第八章.隔声技术

第八章隔声降噪技术教学目的隔声原理及评价指标(B：理解)单层构件的隔声性能(B：理解)组合墙、分隔墙、复合墙的隔声量及设计计算(B：理解C：识记)B、教学重点(1)隔声原理及评价指标(2)单层构件的隔声性能(3)组合墙、分隔墙、复合墙的隔声量及设计计算(4)孔隙漏声及防治措施(5)声屏障、隔声罩、隔声间(6)管道隔声包扎教学难点1、隔声原理2、单层构件的隔声性能3、组合墙、分隔墙、复合墙的隔声量及设计计算D、教学用具多媒体——幻灯片E、教学方法讲授法、讨论法F、课时安排3课时G、教学过程对于固体声隔离，主要是隔振与阻尼降噪，属振动控制。对于空气声，是噪声控制技术研究的对象，重点在隔声构件对空气（传）声的隔绝问题。一、隔声原理及评价指标1、原理：界面声阻抗的突变，使声波部分反射，透射声能小于入射声能，则在隔声构件的另一侧噪声降低。2、评价指标：①透射系数（声强的）由教材上对于单层墙的推导有：（注意声压反射系数的求出时的边界条件（有限厚度墙体的双面边界））k2——波数，，D——隔声材料的厚度，脚标1——空气介质的参数脚标2——隔声材料中的参数若D<<λ（低频）即时K2D<<1且∵一般ρ2c2>>ρ1c1则面密度（kg/m2）τ=0.05即有5%的声能透过τ=1即无隔声效果由于τ不能反映以dB表示的隔声量，且对于大多数结构，τ<<1，故为使和直观方便，噪控工程中常采用以下四种隔声评价指标。②隔声量（传声损失）定义(时)常用来表征隔声材料本身的固有隔声量，由实验测定，与所处环境无关，是隔声材料两侧测点的声功率级之差。故有：各频率上值不同，有时采用平均隔声量，③噪声衰减量NR（声压级差）NR=Lp1-Lp2式中Lp1和Lp2分别为隔声构件两侧的声压级，它包含了隔声吸收，侧向传声，结构噪声的影响等，故适用于现场隔声性能测定。④插入损失ILIL定义为离声源一定距离某处测得无隔墙时的声功率级与有隔墙时的声功率级之差，即。IL不仅包括现场各方面的影响（如侧向传声、背景噪声等），还包括放置隔声构件前后内外声场的变化所产生的影响。插入损失指标经常在现场被用来评价隔声罩、隔声间等的实际降噪效果。⑤隔声指数α考虑隔声构件频率特性，用单一指标来表征其隔声量。克服了平均隔声量的不足。常用于建筑隔声评价。ISO/R140-1978及R717-1968给出标准隔声评价参考轮廓线（折线）其各值如下：～fF(Hz)R´(dB)1003312536160392004225045315484005150052F(Hz)R´(dB)6305380054100055125056160056200056250056315056即其各段频率为：100～400Hz每倍频程递增9dB。400～1250Hz每倍频程递增3dB。1250～4000Hz每倍频程递增0dB(平直线)。将构件隔声频谱与之比较得隔声指数Iα，方法如下：将预制同一座标的ISO轮郭线（用有机玻璃或无色透明型料板做成活动W）套盖在实测构件隔声频率曲线上，上下平移，调整两者之间的距离，使其在1/3倍频程上，符合下列两个条件：①用负偏差的总数，除以测量频率数，所得平均负偏差绝对值大于1dB，小于或等于2dB。即曲线低于折线的差值之和不得大于32dB.②任何频率下，最大负偏差≯8（1/3倍频程时）或5dB（倍频程时）。即曲线低于参考曲线的最大差值不得大于8dB.注意只计及负方向上的偏差即实际隔声线上点值小于标准轮郭线上的同频率点值的分贝数。满足上述两条件后，参考轮廓线上500Hz处对应于实际隔声频率如线圈上纵座标的隔声量读数即为该隔声构件的隔声指数值。另有：平均隔声量（对频率的算术平均）二、单层墙的隔声性能1.隔声质量定律：垂直入射时:参见P17~18页垂直入射声波的反射和透射的界面平衡条件：声压连续，质点振动速度连续。可推得：单层墙隔声量(P150平面波假设下)（1）式中：；；即上式可简化为：对于一般的固体材料，如：砖墙、木板、钢板、玻璃等，，故隔声量可以写成，它表明单层隔声墙的隔声量和单位面积的质量的常用对数成正比，可见m加倍，增加6dB，故称上式为单层墙隔声的“质量定律”。f加倍也增加6dB，高频隔声性能优于低频。若有1%的能量透射则为20dB，若有1‰的声能量透射则为为30dB，欲有50dB的隔声量则声能透射系数不能超过十万分之一。将，空气中的代入，可表示为：无规入射时：由于声波实际上常为无规入射，故仿照质量定律的形式，通过大量实验数据关联出无规入射时的隔声量，即用平均隔声量(100-3200Hz范围内求平均)(与实测值吻合较好，见P151表8-1)2、吻合效应：质量定律的推导中忽略了构件的弹性行为，当入射声波以某角度入射时，将激起构件的弯曲振动，构件中产生自由弯曲波沿板面方向传播，若入射声波频率与构件弯曲振动频率吻合时，弯曲振动及向另一而后声辐射都达到极大，相应隔声量大大减小，此现象称为“吻合效应”，相应的频率为“吻合频率”，从P151图8-3可知当时为发生吻合效应的条件∵∴λ≤λb即()均有其相对应的最低频率，低于这一频率的声波不会在该构件中产生吻合效应，故称为吻合效应临界频率。相等时产生共振相等时产生吻合效应值得注意的是：区分固有频率相等时产生共振相等时产生吻合效应构件振动频率fc入射声波频率f纯属构件的本身特征值，其与构件的组成，物理特性之关系式如下：D=0.2时ρE而胶合板=1.39x10-7ρED=0.006m时，fc=3994Hz一般，厚度小于5mm的构件其fc>4000Hz吻合谷出现在常用声频之上，厚度大于10mm，则吻合谷出现在高频段且随厚度增加而移向中频与低频段。D↓fc↑但LTL相应降低。3、单层均质构件隔声频率特性曲线可分为三个区域：见p153图8-5（虚线为阻尼作用使共振和吻合效应得到抑制）对于厚墙，因低（如900Hz），故隔声设计往往利用质量定律延伸区，（主声频落在该范围），对吻合效应应加以注意，对于轻质薄墙，其高（如4000Hz以上），故主声频常落在质量定律控制区，但应注意结构共振频率。一般土建材料等构成的墙体的共振频率低于听域，可不予考虑。三、组合墙、分隔墙、复合墙的隔声1、组合墙指在同一平面上各部分由不同构件组合而成的墙。实际工程中，门、窗等总存在，各部位隔声性能不同，其隔声量用平均隔声量表示：平均透声系数由各透声系数对相应面积计数平均而得即注意提高组合墙的隔声量的关键在于门窗等薄弱部位的设计，其部分设计结构见P154～168。2.隔声门结构与设计①一般门隔声量10～15dB，大于15dB者都需采取一定的技术措施方能达到。在隔声要求较高的场所，门窗应尽量少开，或尺寸尽可能开小一些，或设置双层隔声门、窗、声闸。空心门一般隔声效果不佳，为了提高门的隔声效果，常取多层结构，中间夹层填充吸声材料，基本结构形式如下图：木纤维板白铁皮超细玻璃棉玻纤棉玻璃丝布木板穿孔板毛毡例：在240mm厚砖墙上做的双扇双层轻便门，每扇均为双层5mm厚五合板，板间距30mm，门间距160mm，贴乳胶条密封，TL双=34.4dB，TL单=25.4dB。考虑点：门缝密封致关重要：a.门与门框间的缝隙处理b.双页门合缝处理c.门槛缝隙处理对于频繁开启、隔声量大的门可设计“声闸”结构：因设置声闸而增加的隔声量TL可用下式估算：α——声闸内表面平均吸声系数S——门扇面积φ和d如图所示A=∑Sidi②隔声窗结构与设计单层玻璃窗：主要取决于玻璃的隔声性能在中、低频时，玻璃的隔声量由面密度控制，但斜率低于质量定律，高频时有吻合谷的为10dB。其吻合频率fc可按下式计算：对于双层窗，在低频段易受共振影响，产生隔声低谷式中，L——两层玻璃之间空气层的厚度，cm(应大于50mm)t1、t2——分别为两层玻璃的厚度，cm双层窗间加吸声处理（沿窗框作吸声处理）能使隔声量增加3～5dB，且能削弱吻合效应的影响。注意玻璃边缘与窗框之间的接缝严密（衬垫毛毡、海绵、软橡胶等弹性材料）。两层之间要有一定的倾斜度，以消除驻波，声源侧倾斜。3、复合墙由多层相同或不同材料复合而成的隔声墙。在此仅讨论一下双层墙。如：层间留有8～14cm厚的空气层（太薄则由于空气层的弹性较大使第一层的振动传到第二层因而较单层结构隔声效果提高甚少，太厚则相互独立，空气弹簧失效），可使隔声量增加8～12dB（总重量与单层墙相同时）。机理：空气层的阻尼作用和附加吸收作用。理论公式(入射声波频率高于共振频率)：面密度为两墙这和的由空气层而产生的附加隔声量单层墙隔声量条件：①kD<<1②M1=M2=M③(入射声波频率高于共振频率或重墙)工程上还常按下式计算平均隔声量：kg/m2时kg/m2时△R——空气层所产生的附加隔声量（可取△R=8）对于TL大于41dB的双层墙在100～3.15KHz范围内的TL有经验公式M—kg/m2D—mm双层墙设计时的注意事项：①空气层最佳厚度的选择D取8～12cm②固有振动频率为只有当入射声频率超过双层墙的固有频率倍时，其隔声性能方能优于同面密度的单层墙，双层砖墙、混凝土墙的f0常均小于25Hz，故其共振可不予考虑，但对于轻质双层隔墙（如胶合板、顶棚），面密度小于30kg/m2，D小于30mm者，f0高达200Hz，在入射声波的激励下易发生共振。③应防止层间的刚性连接形成“声桥”（固体传声），否则TL急剧下降。④提高隔声量的补偿措施在空气层中悬挂或敷设吸声材料毡。多层复合板的隔声性能较组成它的同等重量的单层或双层有明显的改善，这主要是由于：①分层材料的阻抗各不相同，使声波在各层界面上产生多次反射，阻抗相差越大，反射声能越多，透射能量就越小；②夹层材料的阻尼和吸声作用，致使声能衰减，并减弱共振与吻合效应；③使用厚度和材质不同的多层结构，可以错开共振与临界的吻合频率，改善共振区与吻合区的隔声低谷效应，因而总的隔声性能可大大提高。四、缝隙漏声及防治措施当墙壁上有占总面积1/n的孔时，则泄漏到另侧的声强级LI2近似为LI1——声涌侧声强级(太大的缝隙则此式不适用，要考虑到绕射等)n→1时即1/n→100%则无隔墙n=10000时即1/n=1/10000,则dB说明只要有了总面积的1/10000的面积的孔，隔声量就不可能超过40dB，无论其它部位隔声能力如何。n=1000时LIL≤30dBn=10时LIL≤10dB建筑工程中，门窗的缝隙、各种管道的孔洞、隔声罩焊缝的不严密、砖砌墙的蜂窝孔，皆是适射声较大的环节，直接影响墙的总隔声量。防治措施：严格避免缝隙的出现，有缝隙处采用毛毡、软橡胶等弹性材料密封。砖墙混凝土墙控制无蜂窝孔洞，有通风口处应装进排气消声器，管线孔洞处应加一套管并在四周用柔性材料包扎严密封紧。门窗四周严格密封。五、声屏障、隔声罩、隔声间1、隔声屏障以降低高频噪声为主，利用屏障的局部声影区域小直达声的危害。对于低、中、高频，声影区域范围不同：自由声场中声屏障的设计常采用菲涅手法。条件：①声源可视为点声源；②屏障视为无限长（高度≥5倍声源高度，长度≥2～5倍声源长度）；③屏障表现无吸声处理；④忽略本身透声影响。（TL比IL大10dB以上）绕射声衰减量：式中：N=2δ/λ为菲涅尔数；δ：声程差，δ=(a+b)-(c+d)；λ：声波波长。线声源的处理：绕射声衰减量：式中：t=40fδ/3c；f：频率；δ：程差；c：声速。2、隔声罩和隔声间（1）隔声罩对声源集中时控制扩散干扰范围 ——内绵吸声材料的吸声系数TL——罩壁固有隔声量对于局部封闭隔声罩S0——非封闭面的总面积,m2S1——封闭面的总面积,m2可见，欲得到一个效果好的隔声罩，要求罩壁隔声量要大，且罩内壁的吸声效果要好，开孔要少，漏声要少。(2)隔声间用于评价隔声间综合降噪效果的一个物理量是插入损失IL,它是被保护者所在处安装隔声间前后的声压级之差：A:隔声间内表面的总吸声量面积，m2；S：隔声间内表面的总面积，m2.：隔声间的平均隔声量。Si:第i面结构面积，m2TLi：第i面结构固有隔声量,dB各面结构常按“等隔声量”原则设计，即TLi趋于相同。六、管道隔声包扎高速气流在弯头、阀门和其它变位处会产生空气噪声，且由于直接冲击薄的管壁而产生固体声，且会传送风机、压缩机等所产生的强大噪声，使离声源很远处仍然成为一个有效的声能辐射体。为线声源，在自由场内声压级随距离加倍下降3dB，而不是6dB，故它的干扰范围更大。矩形管道：通风系统常用薄片板材（如1至1.5mm厚的铁皮）的矩形管道。在风速不高情况下，我们只需考虑它的空气隔声性能，质量定律基本适用，但应注意吻合效应。圆管：可近似看作无限长的圆柱体，其在声波作用下的振动方式与平板不同。通常圆管的隔声量在“自鸣频率”(CL为管壁内纵波的传播速度，钢为5100米/秒)以上几乎与平板一样，（d为标称管径cm），自鸣频率是管截面的最低共振频率。表1在自鸣频率fr以下，对圆柱形管壁隔声量的修正值f/fr0.0250.050.10.20.30.40.50.60.70.8修正值