《物理性污染控制工程》课件第二章噪声污染与控制-第五节VIP

1、第五 节 噪声的控制技术隔声一、隔声评价量二、隔声构件的隔声性能三、隔声装置四、隔声设计步骤一、隔声评价量隔声技术用隔声构件将噪声源和接收者隔开，阻挡声音的传播、使透过的声能大大 减小，从而在隔声构件后面形成一个相对安静的生活竟的技术措施。具有隔声能力的屏蔽物称作隔声构件。如隔声墙、隔声屏障、隔声罩、隔声间。采用适当的隔声措施一般能降低噪声级15dB20dB。（一）隔声构件的传声损失主要评价量：（1）声强透射系数：在无规则入射时，透射声强It与入射声强Ii之比。反映了构件的透声或隔声能力，其数值小于1，一般在10-110-2之间。越小 ，隔声能力越好。（一）隔声构件的传声损失主要评价量：（2）

2、透声量：隔声构件的声强透射系数和其透声面积S的乘积成为构件的透声量，单位为m2。（3）传声损失（构件隔声量），用R表示，单位为dB，定义为：（二）组合构件的隔声量组合构件是指一些隔声性能不同的构件组合而成的隔声构件，如墙、门、窗及孔洞等的组合。（1）组合构件的平均透声系数：（2）组合构件的平均传声损失：（二）组合构件的隔声量当组合构件由面积分别为S1和S2的两种结构组成，且其平均传声损失分别为R1和R2，那么该组合构件的传声损失R（二）组合构件的隔声量例题：有一组合墙面积共22m2，其中墙面S1=20m2，R1=50dB；门：S2=2m2，R2=20dB。求该组合构件的传声损失。图中曲线表示隔

3、声量之差。由组合墙的两种构件的面积比与隔声量，可以在图中查出这一附加隔声量损失；计算出组合墙的隔声量。对于两种以上部件组成的组合墙，可以利用图先求出其中两种部件组合的隔声量，再与第三个部件合并求取，其余类推，直至求出总的隔声量。 组合件隔声量计算图 （二）组合构件的隔声量例题：有一组合墙面积共22m2，其中墙面S1=20m2，R1=50dB；门：S2=2m2，R2=20dB。求该组合构件的传声损失为30.4dB。注意：组合构件R小的元件会大大降低组合构件的R。为提高组合构件的隔声量，应设法提高性能较差元件的R值，如用隔声闷、双层窗等。孔、洞、缝隙也是组合构件的一部分，但它们的=1，即R=0；等

4、透声量设计原则尽可能使组合构件个部分透过的声能相等，即墙S墙= 门S门= 窗S窗（三）插入损失定义：离声源一定距离某处测得的隔声构件设置前、后的声功率级LW1和LW2之差。 IL=LW1- LW2如果设置隔声结构前后，声源的方向性和室内声场分布的情况大致不变，插入损失也就是结构外给定位置上隔声结构设置前后的声压级（L1和L2）之差。IL=L1- L2插入损失通常在现场用来评价隔声罩、隔声屏等构件的隔声效果。（四）分隔墙的噪声降低量声源室S11Lp1接收室Sw2Lp2W2WrV隔墙设声源室和接收室内的空间平均声压级分别为Lp1和Lp2，则分隔墙的噪声降低量NR= Lp1- Lp2（平均声压级差）

5、声源向隔墙入射（透射）的声强不宜直接测定，通常是分别测定声源室和接收室中间区域的平均声压级进行推算。（四）分隔墙的噪声降低量（1）接受室直接声场的平均声能密度为接收室内的声场由隔墙透射而来的直接声和由于接收室内壁反射形成的混响声组成。（2）接受室混响声场的平均声能密度为（3）接受室总声场的平均声能密度为（四）分隔墙的噪声降低量声源室内单位时间内被隔墙吸收的混响声能与隔墙吸声量占总吸声量的比例成正比。声源室内混响声功率：投射到隔墙上的声功率：接受室内的声功率：（四）分隔墙的噪声降低量接受室总声场的平均声能密度为接受室平均声压级：声源室平均声压级：（四）分隔墙的噪声降低量接受室平均声压级：声源室平

6、均声压级：隔墙的噪声降低量（四）分隔墙的噪声降低量隔墙的噪声降低量隔墙的噪声降低量的简化条件：（四）分隔墙的噪声降低量隔墙的噪声降低量简化计算：根据要求达到的Lp2，可以求出分隔墙所需的隔声量：（四）分隔墙的噪声降低量隔声构件的传声损失：插入损失：隔墙的噪声降低量与隔声构件本身属性有关，仅用于评价隔声构件的隔声性能。同一测点上比较降噪措施实施前后的隔声效果。与隔声构件本身属性及接收室内的吸声性能有关，且比较的是隔声的平均效果（区域内隔声效果的比较）。二、隔声构件的隔声性能隔声技术中，常把板状或墙状的隔声构件成为隔板或隔墙，简称墙。仅有一层隔板的称为单层墙；有两层或多层，层见有空气或其他材料的称

7、为双层墙或多层墙；墙上内外有铺设其他材料的，称为复合墙。（一）单层均质墙单层匀质墙的隔声频率特性曲线 刚度和阻尼控制区 质量控制区 吻合效应区 共振基频 临界吻合频率 墙板的隔声量随着入射声波频率的增加而以每倍频程6dB的斜率下降。 声波频率与墙板固有频率相同时，引起共振，隔声量最小。 随着声波频率的增加，共振减弱，直至消失，隔声量总趋势上升。 共振区的大小与墙板的面密度、形状、安装方式和阻尼有关。 隔声构件，共振区越小越好。 阻尼越大，对共振的抑制越强，一般采用增加墙板的阻尼来抑制共振现象。频率大于fn,共振影响消失，墙板的隔声量受墙板惯性质量影响。墙板的面密度愈大，即质量愈大，隔声量愈高。

8、面密度一定时，隔声量随入射声波频率的增加，而以斜率为6dB/倍频程直线上升。 隔声设计中，希望质量控制区尽可能大。（隔声构件的主要工作区即为质量控制区）。 随入射声波频率继续升高，隔声量反而下降，曲线上出现低谷，这是吻合效应的缘故。 越过低谷后，隔声量以每倍频程10dB趋势上升，接近质量控制的隔声量。 增加板的厚度和阻尼，可使隔声量下降趋势得到减缓。1、隔声频率特性由于对每一个振动频率都有自己的听阈和最大或听阈，因而就能绘制出表示人耳对振动频率和强度的感受范围的坐标图，如图所示。其中下方曲线表示不同频率振动的听阈，上方曲线表示它们的最大听阈，两得所包含的面积则称为听域。凡是人所能感受的声音，它

9、的频率和强度的坐标都应在听域的范围之内。由听域图可看出，人耳最敏感的频率在1000-3000Hz之间。通常人耳能感受的振动频率在20-20000Hz之间.对于其中每一种频率，都有一个刚好能引起听觉的最小振动强度，称为听阈。当振动强度在吸阈以上继续增加时，听觉的感受也相应增强，但当振动强度增加到某一限度时，它引起的将不单是听觉，同时还会引起鼓膜的疼痛感觉，这个限度称为最大可听阈。一定频率的声波以入射角投射到墙板上，激起构件弯曲振动若入射声波的波长在墙板上的投影正好与墙板的固有弯曲波波长b相等时，墙板弯曲波振动的振幅便达到最大，声波向墙板的另面辐射较强，墙板隔声量明显下降，此现象称为“吻合效应”

10、。 吻合效应吻合的成立条件吻合效应的条件入射角 定义：产生吻合效应的最低频率，即b= 时的频率 fc的计算公式 或临界吻合频率fc墙板面密度，kg/m2 墙板的弯曲劲度，Nm 墙板密度，kg/m3墙板的弹性模量，N/m2 墙板的厚度，m 由式可知，临界吻合频率受墙板厚度、密度、弹性等因素的影响；墙板越厚，fc越低；轻而弹性模量大的隔板，fc常常降到听觉敏感的声频范围内，对隔声造成不利影响。表 几种常用材料的密度和弹性模量 几种常用材料计算临界吻合频率的参数，可用于设计计算。 材料名称ENm-2m-3/E(Nm)-1玻璃8.510102.41030.2810-7铝7.1510102.71030.

11、3810-7钢19.610107.81030.4010-7砖2.4510101.81030.7310-7铸铁8.810107.81030.8910-7混凝土2.4510102.61031.0610-7胶合板0.3610100.51031.3910-7铅1.67101011.31036.7710-7选用合适的密度和弹性模量及合适厚度的材料，使吻合频率移出人耳的听阈或敏感区；通过在墙板上开槽减小板的颈度和减小板厚D，使墙板的临界频率移到人耳不敏感的高频以上（4kHz以上);增加墙板的阻尼，抑制弯曲波的振幅；采用多层结构，使各层的临界频率fc相互错开，进行性能互补。减轻吻合效应影响的措施单层匀质墙的

12、隔声量公式建立条件为：声波垂直入射到墙上；墙将空间分成两个半无限大空间，且墙的两侧均为通常状况下的空气；墙为无限大，即不考虑边界的影响；将墙视为一个质量系统，即不考虑墙的刚性、阻尼；墙上各点以相同的速度振动。（一）单层均质墙2、单层匀质墙的隔声量（1）正入射时墙板隔声的质量定律从透声系数的定义及平面声波理论，可以导出单层墙在质量控制区的声波垂直入射时的隔声量计算公式墙板面密度，kg/m2 入射声波频率，Hz 空气密度，kg/m3（一）单层均质墙2、单层匀质墙的隔声量（1）正入射时墙板隔声的质量定律常称为隔声质量定律。它表明了单层匀质墙的隔声量与其面密度及入射声波频率的关系。 面密度越大，隔声越

13、好，m 或f 增加1倍，隔声量都增加6dB。一般情况下，fm0c，因此 （一）单层均质墙2、单层匀质墙的隔声量（1）正入射时墙板隔声的质量定律实际上（无规则入射），计算的结果与实测存在差异，修正的隔声量（实验）估算经验式：实际上若频率不变，面密度每增加一倍，隔声量约增加5.4dB；当面密度不变时，频率每增加一倍，隔声量约增加3.6dB。 （一）单层均质墙2、单层匀质墙的隔声量（2）无规入射时墙板隔声的质量定律（一）单层均质墙工程估算单层墙对各频率的平均隔声量的经验公式按主要的入射声频率1003150Hz范围内隔声量的平均值。计算值和工程实测值良好一致。2、单层匀质墙的隔声量（2）无规入射时墙板

14、隔声的质量定律结构名称面密度倍频程中心频率/Hz 125 250 500 1000 2000 4000 测 计 定 算1/4砖墙，双面粉刷11841 41 45 40 46 47 43 421/2砖墙，双面粉刷22533 37 38 46 52 53 45 461/2砖墙，双面木筋板条加粉刷280 52 47 57 54 50 471砖墙，双面粉刷45744 44 45 53 57 56 49 511砖墙，双面粉刷53042 45 49 57 64 62 53 52100mm厚木筋板条墙双面粉刷7017 22 35 44 49 48 35 39150mm厚加气混凝土砌块墙双面粉刷17528 3

15、6 39 46 54 55 43 42 一些常用单层隔声墙的隔声量 注：1砖墙厚度约为24cm（二）双层隔声墙的隔声性能当声波依次透过特性阻抗完全不同的墙体与空气介质时，在四个阻抗失配的界面上造成声波的多次反射，发生声波的衰减，并且由于空气层的弹性和附加吸收作用，使振动能量大大耗减。IIIIII反射波1反射波2入射波透射波1透射波2ab1、隔声原理（二）双层隔声墙的隔声性能2、隔声特性曲线c满铺吸声材料 b有少量吸声材料 a双层墙隔声量 e单层墙隔声量 共振频率 吻合频率 双层隔声墙相当于一个由两层墙体与空气层组成的振动系统。 当入射声波频率比双层墙共振频率低时，双层墙板将作整体振动，此时空气

16、层不起作用，隔声能力与同样重量的单层墙没有区别。 当入射声波达到共振频率时，隔声量出现低谷。 超过 以后，隔声曲线以每倍频程18dB的斜率急剧上升，充分显示出双层墙结构的优越性 随着频率升高，两墙板间会产生一系列驻波共振，使隔声特性曲线上升趋势转为平缓，斜率为12dB倍频程； 进入吻合效应区后，临界吻合频率 处又出现一隔声量低谷；双层墙的 与吻合效应状况取决于两层墙的临界吻合频率。 【结论】双层墙隔声性能较单层墙优越的区域主要在共振频率以后，故在设计中尽量将共振频率控制在人类不敏感的频率区域。（二）双层隔声墙的隔声性能3、隔声性能的影响工程应用中，需要在两层墙板间采用刚性连接，例如安装框架、龙

17、骨等构架，使双层墙成为一个具有一定刚度的整体。当一面墙板振动时，通过连接物会将振动传递给另一面墙板，这种传声的连接物称为声桥。由于声桥的耦合作用，使两层墙板的振动趋于一个整体的振动，导致总的隔声量下降。（二）双层隔声墙的隔声性能3、隔声性能的影响f0为共振频率；fB为声桥存在时双层墙的驻波共振与谐波共振临界频率；fL为无声桥时理想双层墙的驻波共振与谐波共振临界频率ffB，声能主要通过声桥的耦合作用传递，隔声降低；隔声曲线上的转折点也有fL降低为fB。（二）双层隔声墙的隔声性能3、隔声性能的改善在两层墙中间的空气层中添加吸声材料，减弱空气层的耦合作用，改善共振是的低谷，增大主要频段的隔声量；尽量

18、避免面向空气层的两个墙面相互平行，减少驻波共振的影响；设计和施工时，在保证构件机械性能要求的前提下，减少使用不必要的支撑材料（声桥）；在结构设计上要防止“墙-墙”、“墙-基础或顶棚”间的刚性连接，易采用弹性结构来代替刚性结构；在声桥与墙面的接触处，易插入适当的弹性或阻尼垫层等。采用经验公式进行计算：在主要声频范围1003150Hz内，平均隔声量可由：式中：M1和M2为各层墙的面密度，kg/m2；R(D)为空气层的附加隔声量，dB。（二）双层隔声墙的隔声性能4、隔声量计算双层墙附加隔声量与空气层厚度的关系 双层加气混凝土墙 双层无纸石膏板墙双层纸面石膏板墙R(D)空气层的附加隔声量与空气层厚度D

19、的关系，可由多层复合板是由几层面密度或性质不同的板材组成的复合隔声构件。通常用金属或非金属的坚实薄板做面层，内侧覆盖阻尼材料，或填入多孔吸声材料或空气层等组成。多层复合板质轻和隔声性能良好，广泛用于多种隔声结构中，如隔声门(窗)、隔声罩、隔声间的墙体等。（三）复合墙与多层轻质复合隔声结构三、隔声装置隔声屏用来阻挡噪声源于受声点之间直达声的障板或帘幕。隔声罩将噪声源封闭隔离起来的罩形壳体结构，以减少向周围环境的省环境，同时又不妨碍生源设备的正常功能性工作。隔声间由各种隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间。1、隔声屏降噪效果的评价量隔声屏对声影区的降噪效果通常用插入损失来衡量。受声点处的插入损失由

20、受声点上在安装屏障前后的声压级（Lp1、Lp2）之差而得，即：IL=Lp1-Lp2。隔声屏的插入损失是声波绕射衰减、屏障透声损失和反射损失及地面或室内声学特性产生的综合效果评价。（一）隔声屏2、隔声屏的衍射理论惠更斯-菲涅耳衍射原理：声波遇到障碍物产生绕射现象。 假设： （1）声源为点声源或虽为有限长的线声源，但其长度远远小于声源至受声点的距离时，该线声源可视作点声源。 （2）屏障的面密度或隔声量R足够大，与绕射声相比透射声和小，屏幕后主要为衍射声。 （3）隔声屏的几何尺寸较小，屏障边缘与房间壁面间的开敞部分面积足够大，在计算声屏障对直达声的附加衰减时可以忽略壁面反射声的影响； （一）隔声屏2

21、、隔声屏的衍射理论惠更斯-菲涅耳衍射原理：声波遇到障碍物产生绕射现象。 假设： （4）各声屏的尺寸远大于声波波长，且屏障的长度LB远大于高度HB（5倍以上），对于点声源而言，此隔声屏可认为是无限长声屏障。 （5）屏障下边无缝竖立在地面上，没有漏声现象。（一）隔声屏声波传播经屏障阻挡绕射后，由于屏高引起声源到受声点的传播距离增大，而且传播方向也发生了改变，从而产生了声衰减，从而形成了声影区。声衰减强弱可以采用菲涅尔数（声学上）来衡量，也可采用声程差来表示。（一）隔声屏声程差：声源和接收点之间衍射声路程和直达声路程之间的差值。2、隔声屏的衍射理论（一）隔声屏菲涅耳数N：声程差与半波长/2的比值，衡

22、量声程差声学上的大小。如果声源与受声点连线与声屏障法线之间有一个角度，则菲涅尔数为：2、隔声屏的衍射理论（一）隔声屏衍射系数D：受声点上，有屏和无屏时的衍射声声压平方值之比，D=pb2/pd2菲涅尔公式：（1）如果屏长远大于屏高（5倍以上），可不计侧向绕射，菲涅尔公式简化为: D=1/(3+20N1)=1/(3+20N)。（2）插入屏障后声波衍射声场的有效声压方值为：2、隔声屏的衍射理论（一）隔声屏（3）由室内声场理论，屏障后混响声场的有效声压为：（4）受声点上的有效声压方值为：（5）受声点上的插入屏障前后的声压级为：2、隔声屏的衍射理论（一）隔声屏（6）室内受声点处的插入损失：在自由声场或室

23、外开阔地中（相当于半自由场声场），此时=1，R1=R2 ，4/R1=4/R2=0，则室内受声点的插入损失可简化为：2、隔声屏的衍射理论由式可知隔声屏的插入损失与声路程差密切相关，愈大，IL愈大。故增高屏障，即增加路程差时，可提高降噪效果。菲涅尔数N增大，插入损失IL亦增大；但实验表明，插入损失有一个上限值为24dB（相当于N=12）。屏的插入损失与入射声波长有关，波长愈长，插入损失愈低。换言之，隔声屏对高频声的降噪效果优于低频声。 当i很小时（屏障高度接近声源与受声点的高度）或很大（f低），N0，此时声屏障的插入损失IL=10lg3=5dB。N1时，20N3，此时插入损失IL=10lgN+13

24、；例：自由声场中，在噪声源和受声点之间设置一个3m高的隔声屏，如图所示，求该隔声屏在各倍频带上的插入损失。O3m2m5m1mSR倍频程中心频率/Hz631252505001000200040008000NIL/dB（1）由勾股定理计算声称差： =SO+OR-SR=0.86m（2）根据菲涅尔数计算公式计算菲涅尔数N: Ni=2/i=2 fi/c（3）计算各频带插入损失： ILi=10lg(1/Di)=10lg(3+20Ni)（一）隔声屏室内声学特性变化（小空间内设置隔声屏）时，隔声屏的插入损失：3、室内隔声屏的插入损失（一）隔声屏4、交通隔声屏的绕射声衰减量（1）隔声屏应有足够的长高比，通常长度

25、大于高度，一般宽度为高度的1.52倍，（2）隔声屏具有足够的隔声量，一般隔声构件的隔声量要比插入损失大10dB。（3）隔声屏须配合吸声处理，尤其是在混响声明显的场合。吸声型屏障的平均吸声系数0.5，且常采用轻便结构。5、隔声屏设计要点（一）隔声屏（4） 隔声屏主要用于控制直达声，特别是阻断高频声。如图所示，其结构简单，形式多样，有二边形、三边形、遮檐式等，能有效地防止噪声的发散。其中带遮檐的多边形隔声屏效果尤为明显。 （一）隔声屏5、隔声屏设计要点（一）隔声屏5、隔声屏设计要点（5）隔声屏障上开设观察窗要有足够的隔声量；为便于人或设备的通行，在隔声要求不是太高时，可用人造革等密实的软材料护面，

26、中间夹以多孔吸声材料制成隔声帘悬挂起来。（6）隔声屏应适当靠近噪声源，形式有固定式或移动式，后者可装扫地橡皮，以减少漏声,多块隔声屏并排使用时，应尽量减少各块间接头处的缝隙。（二）隔声罩一种将噪声源封闭（声封闭）隔离起来的罩型壳体结构，以减小向周围环境的声辐射，而同时又不妨碍声源设备的正常功能性工作。隔声罩常用于车间内如风机、空压机、柴油机、鼓风机、球磨机等强噪声机械设备的降噪。降噪量一般在1040dB之间。（二） 隔声罩1.主要结构形式： A声级降噪量 活动密封型 1530dB 固定密封型 3040dB 局部开敞型 1020dB 通风散热型 1525dB局部开敞型固定密封型活动密封型通风散热

27、型（二） 隔声罩2、隔声罩的插入损失全封闭式 当噪声源实际发出的声功率保持不变，由能量关系可导出隔声罩的插入损失计算公式：式中：1为罩内表面的平均吸声系数（包括地面）； 为隔声罩的平均投射系数； R为隔声罩的隔声量（传声损失），dB。S11S22（二） 隔声罩2、隔声罩的插入损失 （1）若10，则IL=0，表示声能在罩内积累，根据能量守恒定律，最终声能将全部透射出来，因此隔声罩内表面必须进行吸声处理。（2）若罩内作吸声处理，1增大，同时选用隔声量大的板材，则较小，此时IL=10lg(1/);（3）当吸声和透声考虑的隔声罩内表面的总面积相同时，IL=10lg(吸声量/透声量)；（4）若隔声罩各罩

28、板构件的i相等，地面透声率为0，则IL=R+10lg (吸声量A/透声面积S透)。（二） 隔声罩2、隔声罩的插入损失经验公式 罩内无吸收时：罩内略有吸收时：罩内有强吸收时：（二） 隔声罩一个高为1.1m，长和宽均为1.2m的隔声罩由5个罩面组成（向下开口），扣在水泥地面上。已知罩板的隔声量为30dB，内表面镶饰10cm厚、平均吸声系数为0.8的吸声材料，水泥地面的平均系数为0.02，试求隔声罩的插入损失IL。（二） 隔声罩根据隔声罩插入损失计算公式计算：首先计算罩内表面的平均吸声系数然后计算隔声罩的插入损失：（二） 隔声罩2、隔声罩的插入损失半封闭式式中：1为罩内表面的平均吸声系数（包括地面）

29、； 为隔声罩的平均透射系数； S0，S1为局部隔声罩的开口面积和罩板内表面面积，m2； W为声源的声功率，W； Wt为传出隔声罩的声功率，W。例题：某隔声罩用厚度为1mm，隔声量为30dB的钢板制成，全部内表面镶饰吸声系数为0.5的吸声材料，容积的长宽高分别为2m、2m和1m，在一个壁面上有一个面积为1m2的隔声门（门的结构和罩壁相同）。试求当隔声罩在开门和关门时的插入损失分别为多少。根据隔声罩插入损失计算公式计算：（2）开门情况解：（1）关门情况：开门时隔声罩的隔声效果显著下降，因此需要对开口部位进行消声处理，对于孔洞和缝隙也要严格密封。半封闭局部隔声罩仅对高频噪声有良好的降噪效果，对于中低

30、频噪声的效果很差或无效。在隔声罩上开口，开口和罩腔可能会形成一个亥姆霍兹共振器，在共振频率上会出现噪声放大作用。共振频率可由下式进行计算： 如果要降低共振频率f0，那么必须减小开口的截面积A，增加开口的长度，或者增加罩腔的体积V。隔声间（室）：由不同隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间。结构：封闭式与半封闭式两种，一般多用封闭式。隔声间除需要有足够隔声量的墙体外，还需设置具有一定隔声性能的门、窗或观察孔等。（三） 隔声间隔声间 1.隔声间的插入损失 （三） 隔声间R隔声间的平均隔声量，dB；A隔声间内表面的总吸声量，m2；St隔声间的总透声面积，m2；2.隔声门和隔声窗 1.隔声设计计算步骤 四、 隔声设计（1）首先实测或厂家提供的资料掌握声源的声功率，估算或实测室内受声点的各倍频程带声压级；（2）根据被隔离区域的用途，根据工业企业企业噪声控制设计规范确定该区域内的允许的A声级，确定相应的NR数及NR数对应的各倍频程的声压级；（3）计算各倍频程上需要的噪声降低量NR或插入损失IL；（4）选择隔声设施的类型（声源特性，暴露人群，设备操作、维修等要求）；（5）选择或设计适当的隔声结构与设施；（6）进行隔声设施的详细尺寸与结构设计。2.隔声设计