隔声结构技术测量设计简介

第五章隔声第一节隔声结构第二节隔声技术第三节隔声测量第四节隔声设计第一节隔声结构一、单层结构二、双层结构三、轻质复合结构一、单层结构

单层均质结构的隔声量与频率的关系大致如图5-2所示。在低于结构共振频率的范围内，其隔声量主要由板的劲度所控制，单层结构的刚性越大，隔声量就越高。随着频率的增高，隔声曲线进入由板的共振频率所控制的频段，这时板的阻尼起作用。共振频率与板的大小和厚度有关，也与板材料的面密度、弹性模量和泊松比等有关。一般建筑构件的共振频率在几赫到几十赫的范围内。共振区以上的一段频率范围是质量控制区，这时板的隔声能力主要取决于板的面密度，面密度越大，其惯性阻力也越大，因而就越不易振动，隔声也就越好，同时频率越高隔声效果有越好。面密度和频率与隔声量的这种关系就是建筑声学中常用的质量定律，它在无规入射条件下可用下式表示

式中R——单层结构的隔声量，单位为dB；——入射声波的频率，单位为Hz；——单层结构的面密度，单位为kg/m2。

频率高到一定值以上时，将出现质量效应和弯曲劲度效应相抵消的情况，结果使阻抗极小，隔声量又出现了低谷。这种效应就是吻合效应。因此，此频段内的隔声量在很大程度上是由吻合效应控制的。波的吻合效应如图5-3所示。当平面声波以一定的入射角θ入射到构件表面时，会激起构件作弯曲振动，这种振动在构件内以弯曲波的形式传播。当入射声波达到某一频率时，构件中弯曲波的波长正好等于空气中声波波长在构件上的投影值，这样就会发生吻合效应，此时构件与空气运动之间达到高度的吻合，声波透过构件十分容易，就好像构件不存在似的，或者说构件的隔声量很低。出现吻合效应的最低频率为临界频率fc（单位为Hz），它由下式决定

（5-4）

（5-4）式中c——空气中的声速，单位为m/s；B——构件的弯曲劲度；

——构件的面密度，单位为kg/m2。吻合频率可按下式计算

（5-5）式中的如图5-3所示。出现吻合效应时，构件的隔声量可比质量控制区的低十几分贝，而且影响面相当宽，大致可有3个倍频程的频率范围，若要减小吻合效应的影响，只有设法使构件的临界频率尽可能不出现在主要频率范围内。在工程上，可以选用厚而且刚度大的构件，使下降；也可以选用重而软的构件，使上升；还可以在结构表面涂加阻尼材料，使上升，从而减弱构件本身的共振和吻合效应引起的隔声量降低。经过大量的研究和试验，人们发现单层结构的构件的实际隔声量，与由公式5-3计算出来的结果有些差别：低频的实际隔声量比理论计算值高；而高频的又比理论计算值低。因此，人们又总结出两个经验公式，用来计算单层结构构件的隔声量，即

（5-7）（5-6）二、双层结构把两个单层结构的构件分开，中间留有空气层或填充矿棉一类的松散材料就组成了双层结构的构件。它的隔声量比同样重量的单层结构构件的要大6~10dB；若要隔声量相同，则双层结构构件的重量要比单层结构构件的减少50%~70%。入射声波激起第一层构件振动后，就向中间层辐射声波，由于中间层的弹性作用和附加吸声作用，声波会产生较大的衰减，然后再传到第二层构件，第二层构件又向外界空气辐射声波，界面媒质声阻抗率的不连续性，使声波除了每层构件本身的因素外，还附加了较大的衰减。因此，双层结构构件的隔声性能就有了很大的改善。双层结构构件的隔声量一般可用下面经验公式计算

（5-8）式中

、——分别为两层构件的面密度，单位为kg/m2；

——附加隔声量，见式5-11和图5-4。双层结构的共振频率为

（9-5）

——大气压力，取=105Pa；

=1.41；

d——空气层厚度，单位为m。当入射声波的频率与构件的共振频率一致时，大量声能透过构件，隔声量大大下降，比与面密度相同的单层结构构件的隔声量还要低得多。在入射声波频率低于的范围内，双层结构就像一个整体那样振动，其隔声量与同样重量的单层结构的相同。当频率大于时，隔声量开始越过质量定律，频率越高，双层结构的隔声效果比单层结构的就越显著。在高频范围内，空气层中的驻波可形成高阶共振，其共振频率为

（5-10）若在双层结构的空腔中填充多孔材料，则可以有效地消除这种驻波共振，减少构件在高频区的隔声损失。双层结构也存在着吻合效应的影响，一般可采用两种临界频率不同的单层构件，并在空腔中填充多孔材料，以此来减弱吻合效应的影响。当入射声波的频率高于，双层结构的隔声量将比同样质量的单层结构的高出一个附加增量。对于宽频带，双层结构由空腔引起的平均隔声量可由图5-4查出。对于在空腔中填充多孔材料而引起的附加隔声量

（单位为dB）可由下式算出

=rd

式中r——多孔材料单位长度声波传播时的衰减量，单位为dB/cm；d——多孔材料的厚度，单位为cm。

三、轻质复合结构在丹曾轻质结构的基础上，复合某种吸声材料和阻尼材料，利用它们引起的衰减以减少单层轻质结构的振动和辐射，从而改善其隔声性能，这类构件称为清知复合结构构件。单层轻质结构的面密度较小，具有很高的吻合频率，结构本身的固有频率也较高，它的隔声量很小。当这种结构的构件与机器或基础采用刚性连接，而且它们的表面积又很大时，反而会使噪声辐射得更厉害。因此，轻质结构的隔声性能主要取决于复合其上的吸声材料和阻尼材料。在双层轻质板中填充多孔吸声材料，由于层间材料的阻抗足够大，再分层街面上生能产生较大的反射，因而会获得十分显著的隔声效果。轻质薄板受声波影响时，很容易发生弯曲振动并辐射噪声，若将阻尼材料涂敷在薄板表面上，则当薄板发生弯曲振动时，振动能量会迅速地传给阻尼材料，从而引起薄板和紧贴着它的阻尼层之间产生相互摩擦和错动，使振动能量被消耗而转化成热能发散掉。由于板的振动受到抑制，辐射的声音也就相应的减小。第二节隔声技术一、隔声罩二、声屏障一、隔声罩

一般把用来阻隔机器向外辐射噪声或用来防止外界噪声透入的罩子称为隔声罩。隔声罩可以是完全封闭的，也可以设置必要的观察窗和隔声门。隔声罩通常具有隔声、吸声、隔振、阻尼以及通风、消声等多种综合功能。罩的主要结构一般是外层采用0.5~3mm厚的钢板或铝板，为了避免发生板的吻合效应和低频共振，在罩内侧金属板上可涂敷阻尼层。阻尼层常用沥青浸麻袋片、玻璃布、毡类或石棉绒以及特制的阻尼浆等材料，其厚度应为金属板厚的2~3倍。阻尼层内侧粘附30~100mm厚的多孔吸声材料，用来吸收声波减弱罩内噪声。吸声材料外包纤维布，并在其上覆一层穿孔率为20%的护面穿孔板。在罩和机器、罩和基础、机器和基础之间，应该采用隔振元件，以防止振动的传播。为了满足散热通风的需要，可在隔声罩上开设通风口并安装消声器。隔声罩的实际隔声效果可以按下式计算（5-12）式中——实际隔声效果，单位为dB；——隔声罩内表面的平均吸声系数——构件的理论隔声量，单位为dB公式5-12表示在罩外空间的某点，加罩前后的声压级差值，即插入损失。因为＜1，故＜0，所以＜。这说明如果罩内表面不作吸声处理，则隔声罩的隔声量就会大大下降，甚至没有隔声作用。例如，有一用2.5mm厚钢板制成的隔声罩，钢板的平均隔声量约30dB，平均吸声系数，根据公式5-6，此时该罩子的隔声量为

如果罩内贴有平均系数为0.6的岩棉，则其隔声量为

对于隔声量要求较高的隔声罩，宜采用双层薄金属板的罩壁结构，内层较外层薄一些，厚度应大于50mm，双层间填充多孔材料，罩内壁仍应设置吸声层和护面穿孔板。隔声罩外壳也可以用木板、石膏板或塑料板等金属材料制作，此时可以不在内壁涂敷阻尼层，但仍要设置吸声层及护面板。隔声罩是接近声源的隔声结构，设计时应在罩壁和机械设备之间留有较大的空间（通常应留设备体积的三分之一空间），以防止罩的壳体振动和空间耦合共振。若限于条件，罩的体积和声源的体积相差不多，则必须加阻尼层和较厚的吸声材料，此时吸声材料的厚度应不小于罩和声源之间空腔厚度的一半。在罩上开口或留有孔隙时，罩的隔声性能就会显著下降。当罩上有占罩总表面积1/n的孔隙时，如果罩内的声压级为L1，泄漏到外面的声压级为L2（单位为dB），则L2=L1-10lgn（5-13）设计隔声罩时，如果不综合考虑泄漏程度和壁面材料的隔声效果两方面的问题，而仅去选择隔声结构，则煞费苦心的设计也会因漏声而达不到预期效果。隔声罩上孔隙的漏声，不仅与孔隙的大小有关，而且还与它的位置以及噪声的频率有关。一般来说，棱角上的孔隙要比罩壁中心处的漏声大1~4倍；低频噪声比高频噪声泄漏得更为严重。因此，在隔声罩上应尽量减少孔隙，特别是用于低频噪声源的隔声罩，更要注意漏声问题。应在需要开孔洞处采取消声措施，并对罩体接缝处作密封处理。二、三声屏三障在声三源和三接收三者之三间插三入一三个设三施，三使声三波传三播有三一个三显著三的附三加衰三减，三从而三减弱三接收三者所三在的三一定三区域三内的三噪声三影响三，这三样的三设施三就称三为“三声屏三障”三。声波三在传三播过三程中三遇到三声屏三障时三，就三会发三生反三射、三透射三和绕三射三三种现三象。三通常三我们三认为三屏障三能够三阻止三直达三声的三传播三，并三使绕三射声三有足三够的三衰减三，而三透射三声的三影响三可以三忽略三不计三。因三此，三声屏三障的三隔声三效果三一般三可采三用减三噪量三表示三，它三反映三了声三屏障三上述三两种三屏蔽三透声三的本三领。如图5-三5所示三，在三声源S和接三收点R之间三插入三一个三声屏三障，三设屏三障无三限长三，声三波只三能从三屏障三上方三绕射三过去三，而三在其三后形三成一三个声三影区三，就三像光三线被三物体三遮挡三形成三一个三阴影三那样三。在三这个三声影三区内三，人三们可三以感三到噪三声明三显地三减弱三了，三这就三是声三屏障三的减三噪效三果。声屏三障的三减噪三量与三噪声三的波三长、三声源三与接三收点三之间三的距三离等三因素三有关三，引三入参三量菲三涅耳三数N，来三估算三屏障三的减三噪量（5-三14）式中——声波三的波三长；——有屏三障与三无屏三障时三声波三从声三源到三接收三点之三间的三最短三路径三差。室外三开阔三地（三相当三于半三自由三声场三），三声屏三障的三减噪三量RN与N的关三系见表5-三1。表5-三1三N与RN的关三系N-0.1-0.0100.10.5123510122050RN/dB2457111316172123242630当N为正三值时三，用三波的三绕射三理论三和边三缘的三近场三修正三，可三以得三到屏三障的三减噪三量近三似公三式（5-三15）由公三式5-三15可知三，当N→三0时，RN三→5三dB，也三就是三说当三屏障三的高三度接三近声三源和三接收三点的三高度三时，三还有5d三B的减三噪量三。N为负三值时三，表三示屏三障没三有遮三挡住三声源三到接三收点三的直三达声三，这三时最三大的三减噪三量低三于5d三B。如果三声源三和接三收点三都在三地平三面上三，见三图5-三6，则三当满三足条三件d》三r≥三h时，三屏障三的减三噪量RN为在室三内（三相当三于半三混响三声场三），三屏障三的减三噪量三与声三源的三性质三以及三室内三的房三间常三数等三因素三有关三。对三于混三响声三场，三并且三接收三点在三声源三的远三场范三围内三的情三况，三声屏三障没三有减三噪效三果。三因此三，如三果在三室内三设置三声屏三障，三应要三求室三内具三有较三高的三声吸三收，三减小三室内三混响三，从三而使三声屏三障获三得较三好的三减噪三效果三。室外三的声三屏障三一般三采用三砖或三混凝三土结三构，三室内三的声三屏障三可用三钢板三、木三板、三塑料三板或三石膏三板等三结构三。板三式声三屏障三可由0.三5~三1m三m厚的三钢板三附加三阻尼三层和三吸声三层构三成；三帘幕三式声三屏障三可用三人造三革护三面中三间附三加柔三软纤三维材三料构三成。声屏三障的三高度三，可三根据三声源三与接三收点三之间三的距三离设三计。三声障三的高三度增三加1倍，三则其三减噪三量可三增加6d三B。声三屏障三的减三噪效三果与三噪声三的频三率成三分关三系很三大，三对大三于20三00三Hz的高三频声三比对80三0~三10三00三Hz的中三频声三的减三噪效三果要三好，三但对三于25三0H三z左右三的低三频声三，则三由于三波长三比较三长，三声波三很容三易从三屏障三上方三绕射三过去三，所三以效三果就三很差三。通三常，三声屏三障对三于高三频声三减噪三量为10三~1三5d三B。如果三声源三与接三收点三的距三离以三及屏三障的三高度三都是三固定三的，三屏障三位于三声源三与接三收点三之间三正好三二分三之一三的位三置上三，则三其减三噪量三最小三。所三以屏三障应三尽量三靠近三声源三或接三收点三。室内三使用三声屏三障时三，在三需要三减噪三的范三围内三，任三意接三收点三的位三置到三声源三的距三离都三要小三于r=三0.三14（三为房三间常三数）三。目前三，声三屏障三主要三用于三铁路三和公三路沿三线，三控制三交通三噪声三对附三近城三市区三域的三影响三。测量三构件三的隔三声量三，可三以在三现场三或混三响室三内进三行。19三54年，IS三O正式三推荐三混响三室法三为测三试构三件隔三声性三能的三标准三方法三。混响三室法三是在三两间三体积三大于50三m3的混三响室三的公三共墙三上安三置一三个面三积为10三m2的试三件，三一间三混响三室作三为声三源室三，另三一间三作为三接收三室。三试件三的隔三声量R可由三下式三确定（5-三17）式中L1——声源三室中三的平三均声三压级三，单三位为dB；L2——接收三室中三的平三均声三压级三，单三位为dB；A——接收三室中三的吸三声量三，单三位为m2；S——试件三的透三声面三积，三单位三为m2。第三三节三隔三声三测三量两个三混响三室内三的平三均声三压级三，都三可在40三0H三z以下三测6个点三平均三值，三在50三0H三z以上三测3个点三平均三值来三求得三。现场三测量三方法三与混三响室三法相三似，三一般三要在三测量三后计三算标三准声三压级三差Ds（单三位为dB），三用Ds衡量三构件三的隔三声效三果，（5-三18）式三中A0——接收三室中三的标三准吸三声量三，一三般可三取A0=1三0m2。测量三小试三件时三，可三采用三混响三室—消声三箱法三。该三法声三源室三仍是三一个三混响三室，三接收三室则三是一三个小三的消三声箱三。试三件面三积小三于1m2，其三隔声三量可三用下三式计三算（5-三19）式中r2——消声三箱内三的房三间常三数，三单位三为m2S——试件三面积三，单三位为m2。第四三节三隔三声三设三计一、三设计三原则二、三基本三公式三、三设计三方法一、三设计三原则隔声三设计三一般三应从三声源三处着三手，三在不三影响三操作三、维三修及三通风三散热三的前三提下三，对三车间三内独三立的三强噪三声源三，可三采用三固定三密封三式隔三声罩三、活三动密三封式三隔声三罩等三，以三便用三较少三的材三料将三强噪三声的三影响三限制三在较三小的三范围三内。三一般三来说三，固三定密三封式三隔声三罩的三减噪三量（A声级三）约三为40三dB，活三动密三封式三隔声三罩的三约为30三dB，局三部隔三声罩三的约三为20三dB。当不三宜对三噪声三源作三隔声三处理三，而三又允三许操三作管三理人三员不三经常三停留三在设三备附三近时三，可三以根三据不三同要三求，三设计三便于三控制三、观三察、三休息三使用三的隔三声室三。隔三声室三的减三噪量三（A声级三）一三般约三为20三~5三0d三B。在车三间大三、工三人多三、强三噪声三源比三较分三散，三而且三难以三封闭三的情三况下三，可三以设三置留三有生三产工三艺开三口的三隔墙三或声三屏障三。在作三隔声三设计三时，三必须三对孔三洞、三缝隙三的漏三声给三予特三别注三意。三对于三构件三的拼三装节三点，三电缆三孔、三管道三的通三过部三位以三及一三切施三工上三特别三容易三忽略三的隐三蔽漏三声通三道，三应作三必要三的声三学设三计和三处理三。二、三基本三公式在隔三声设三计中三，要三确定三构件三的需三要隔三声量R，R可分三下列三几种三基本三情况三按12三5~三40三00三Hz的6个倍三频程三（必三要时三可按63三~8三00三0H三z的8个倍三频程三或1/三3倍频三程）三逐个三进行三计算三：（1）对三于室三外设三置的三隔声三罩或三隔声三室，三按照三自由三空间三半球三面辐三射的三声衰三减公三式计三算（5-三20）式中LW——声源三的声三功率三级，三单位三为dB——接收三点的三设计三声压三级，三单位三为dB；S——隔声三结构三的透三声面三积，三单位三为m2；A——隔声三结构三的吸三声量三，单三位为m2；r——隔声三结构三到接三收点三的距三离，三单位三为m。（2）在三室外三声场三中设三置隔三声室三，可三按下三式计三算（5-三21）式中——室外三声场三的平三均声三压级三，单三位为dB。（3）在三室外三对声三源和三接收三点处三两方三面均三设置三隔声三结构三时，三可按三下式三计算（5-三22）式中R1、R2——隔声三罩和三隔声三室的三