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1、第八章隔声技术本讲稿第一页，共二十七页一、声波透过一、声波透过单层单层匀质构件的传播匀质构件的传播二、二、双层双层隔墙隔墙三、三、门窗和孔隙门窗和孔隙对墙体隔声的影响对墙体隔声的影响四、隔声间的降噪量四、隔声间的降噪量五、隔声罩的降噪量五、隔声罩的降噪量主要内容：主要内容：本讲稿第二页，共二十七页1 1、透射系数、透射系数2 2、隔声量：、隔声量：入射声功率级入射声功率级与与透射声功率级透射声功率级之差，也之差，也称称传声损失传声损失。单位。单位dBdB，同一隔声结构，同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量。不同的频率具有不同的隔声量。常用隔声评价量常用隔声评价量本讲稿第三页，共二十七页3
2、3、平均隔声量：在工程应用中，通常把中心频率为、平均隔声量：在工程应用中，通常把中心频率为125125至至4000Hz4000Hz的的6 6个倍频程或个倍频程或100100至至3150Hz3150Hz的的1616个个1/31/3倍频程的隔声量作倍频程的隔声量作算术平均。算术平均。4 4、插入损失：吸声、隔声结构设置前后的声功率、插入损失：吸声、隔声结构设置前后的声功率级的差级的差(IL)(IL)。本讲稿第四页，共二十七页一、声波透过单层匀质构件的传播一、声波透过单层匀质构件的传播入射声波和质点速度方程入射声波和质点速度方程分别为：分别为：空气反射声波和质点速度方程空气反射声波和质点速度方程分别
3、为：分别为：本讲稿第五页，共二十七页在在固体媒质固体媒质中的中的透射波透射波及及反射波反射波的声压和质点速度的声压和质点速度分别为：分别为：本讲稿第六页，共二十七页声波透过隔层后在另一侧的声波透过隔层后在另一侧的声压和质点速度声压和质点速度为：为：由由x=0 x=0处界面上的处界面上的声压连续声压连续和和法向质点速度连续法向质点速度连续条条件可得到：件可得到：本讲稿第七页，共二十七页由由x=Dx=D处的处的声压连续声压连续和和法向质点速度连续法向质点速度连续条件得：条件得：将以上将以上4 4个等式联立求解，得到：个等式联立求解，得到：本讲稿第八页，共二十七页如果如果D，即，即k2D 1，则，则
4、sink2Dk2D，cosk2D1，有由于，有由于p1c1 p2c2，上式可简化为：，上式可简化为：令令M Mp p2 2D D为为固体媒质固体媒质的的面密度面密度，公斤，公斤/米米2 2，则有：，则有：本讲稿第九页，共二十七页所以该所以该固体媒质固体媒质的隔声量为：的隔声量为：这即是隔声中常用的这即是隔声中常用的“质量定律质量定律”。公式表明：。公式表明：隔声量隔声量与墙体质量和声音频率有关与墙体质量和声音频率有关。实际工程实际工程中，需要估算单层墙对各频率的平均隔声量，中，需要估算单层墙对各频率的平均隔声量，在入射频率在入射频率100-3200Hz100-3200Hz范围内求平均，用范围内
5、求平均，用平均隔声量平均隔声量表示，表示，则：则：M200kg/m2M200kg/m2本讲稿第十页，共二十七页吻合效应吻合效应：由于构件本身具有一定的弹性，当声波以某一角度入：由于构件本身具有一定的弹性，当声波以某一角度入射到构件上时，将激起构件的射到构件上时，将激起构件的弯曲振动弯曲振动，当一定频率的声波以某一，当一定频率的声波以某一角度投射到构件上正好与其所激发的构件的弯曲振动产生吻合时，构件角度投射到构件上正好与其所激发的构件的弯曲振动产生吻合时，构件的弯曲振动及向另一面的声辐射都达到极大，相应的弯曲振动及向另一面的声辐射都达到极大，相应隔声量隔声量为极小，这为极小，这一现象称为一现象称
6、为“吻合效应吻合效应”，相应的频率为，相应的频率为“吻合频率吻合频率”。如果一声波以一定角度如果一声波以一定角度投射到构件上时，若发生吻合效应，则有：投射到构件上时，若发生吻合效应，则有：1 1）当入射波频率）当入射波频率高于高于b b对应的频率时，均有其相应的对应的频率时，均有其相应的吻吻合角度合角度产生吻合效应；产生吻合效应；2 2）当入射波频率）当入射波频率低于低于b b对应的频率时，即相应的波长对应的频率时，即相应的波长大于自由弯曲波长大于自由弯曲波长b b时，由于时，由于sinsin值不可能大于值不可能大于1 1，便不会产生吻合效应。，便不会产生吻合效应。b b为薄板为薄板自由弯曲波
7、长自由弯曲波长本讲稿第十一页，共二十七页 固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的弹性性质弹性性质所所决定，引起吻合效应的条件由决定，引起吻合效应的条件由声波的频率声波的频率与与入射角入射角决定。决定。产生产生吻合效应的频率吻合效应的频率和和吻合效应的临界频率吻合效应的临界频率（sinsin1 1时）的计算见书中时）的计算见书中P.152P.152，公式公式8-178-17和和8-188-18。单层墙的单层墙的隔声性能隔声性能与入射波的与入射波的频率频率有关，其频率特性有关，其频率特性取决于隔声墙本身的取决于隔声墙本身的单位面积的质量单位面积的质量、刚度刚度、材料的
8、内材料的内阻尼阻尼以及以及墙的边界条件墙的边界条件等因素。等因素。见书中图见书中图8-58-5。劲度控制、阻尼控制、劲度控制、阻尼控制、质量控制质量控制、吻合控制、吻合控制本讲稿第十二页，共二十七页 质量控制区质量控制区是隔声研究的重要区域。在这一区是隔声研究的重要区域。在这一区域，构件面密度越大，其惯性阻力也越大，也就不域，构件面密度越大，其惯性阻力也越大，也就不易振动，所以隔声量也越大。通常把易振动，所以隔声量也越大。通常把隔声量随质隔声量随质量增大而递增量增大而递增的规律，称为隔声的的规律，称为隔声的“质量定律质量定律”。本讲稿第十三页，共二十七页二、双层隔墙二、双层隔墙1 1、隔声原理
9、、隔声原理 双层间的双层间的空气层空气层可看作与两板相连的弹簧，当声波入可看作与两板相连的弹簧，当声波入射到第一层墙透射到空气层时，空气的弹性形变具有射到第一层墙透射到空气层时，空气的弹性形变具有减减振作用振作用，传递到第二层墙的，传递到第二层墙的振动振动减弱，从而提高墙体的减弱，从而提高墙体的总隔声量。其总隔声量。其隔声量等于两单层墙的隔声量之和，再加隔声量等于两单层墙的隔声量之和，再加上空气层的隔声量上空气层的隔声量。对于单层墙的隔声计算已很复杂，双层墙的隔声计算就对于单层墙的隔声计算已很复杂，双层墙的隔声计算就更麻烦了，要有更麻烦了，要有九个声压方程九个声压方程，由，由四个边界条件四个边
10、界条件得到八得到八个方程组。为讨论问题方便，只讨论两层薄墙的透射，个方程组。为讨论问题方便，只讨论两层薄墙的透射，即即假定假定入射声波的波长比每层墙都大的多，声波入射时就入射声波的波长比每层墙都大的多，声波入射时就象活塞一样做象活塞一样做整体运动整体运动，墙的两个面上的，墙的两个面上的振动速度振动速度一一样。样。本讲稿第十四页，共二十七页由于忽略了墙本身的由于忽略了墙本身的厚度厚度，所以墙两边边界处的，所以墙两边边界处的媒质质点媒质质点应与应与墙体墙体具有相同的具有相同的振动速度振动速度，即，即当当x=0 x=0时时，有：，有：由复变函数理论，可知：由复变函数理论，可知：所以声波运动方程可写成
11、：所以声波运动方程可写成：本讲稿第十五页，共二十七页将将u u1 1代入上式方程得到：代入上式方程得到：同样，对于同样，对于x=Dx=D处的第二墙，其速度及运动方程分别为：处的第二墙，其速度及运动方程分别为：本讲稿第十六页，共二十七页将将x=0 x=0和和x=Dx=D分别代入上述方程，经过分别代入上述方程，经过复杂运算复杂运算，即可解出，即可解出入射声压与透射声压幅值之比入射声压与透射声压幅值之比（公式公式1 1）所以双层墙的所以双层墙的传声损失传声损失为：为：本讲稿第十七页，共二十七页当入射声波频率当入射声波频率很低很低时，即：时，即：则：则：本讲稿第十八页，共二十七页 当当公式公式中虚数项
12、为中虚数项为0 0时，即时，即入射声波与透射声波同相入射声波与透射声波同相时，时，传声损失最小传声损失最小，此时双层墙发生，此时双层墙发生共振共振，共振频率共振频率近似为：近似为：频率比频率比f f0 0稍高稍高时，传声损失公式可改成：时，传声损失公式可改成：当频率当频率更高更高时，时，公式公式不能成立。不能成立。本讲稿第十九页，共二十七页当频率提高使空气层厚度大于空气层中声波半波长时，当频率提高使空气层厚度大于空气层中声波半波长时，即即传声损失要考虑空气和壁面的吸声传声损失要考虑空气和壁面的吸声，高频的传声损失由，高频的传声损失由理论推出近似为：理论推出近似为：其中：其中：S Sw w为隔墙
13、面积，为隔墙面积，S S为两隔墙的总面积。为两隔墙的总面积。双层隔墙的实际估算见双层隔墙的实际估算见P157P157，公式，公式8-288-28和和8-298-29。本讲稿第二十页，共二十七页坚实坚实薄板薄板护面护面层层阻阻尼尼材材料料吸吸声声材材料料多层复合隔声结构多层复合隔声结构本讲稿第二十一页，共二十七页三、门窗和孔隙对墙体隔声的影响三、门窗和孔隙对墙体隔声的影响 隔声量由隔声量由声能透射系数声能透射系数决定，组合件的隔声量由组合决定，组合件的隔声量由组合件的件的平均声能透射系数平均声能透射系数决定。组合件的决定。组合件的平均透射系数平均透射系数为：为：例如例如：在一垛总面积为：在一垛总
14、面积为2222米米2 2的砖墙上有一扇的砖墙上有一扇2 2米米2 2的的普普通木门通木门，对中心频率为，对中心频率为1000Hz1000Hz的倍频带声能，的倍频带声能，其透射系数其透射系数分别为分别为1010-5-5和和1010-2-2，即隔声量分别为，即隔声量分别为50dB50dB和和20dB20dB。此时组。此时组合墙的平均透射系数为：合墙的平均透射系数为：本讲稿第二十二页，共二十七页因此，组合墙的总平均隔声量为：因此，组合墙的总平均隔声量为：(dB)四、隔声间的降噪量四、隔声间的降噪量（墙壁有墙壁有吸声性能吸声性能的情况下的情况下）其中，其中，A A为隔声间内表面的总吸声量，为隔声间内表
15、面的总吸声量，S S为隔声间内表面的总面积，为隔声间内表面的总面积，为隔声间的平均隔声量。为隔声间的平均隔声量。本讲稿第二十三页，共二十七页例例：某隔声间对噪声源一侧用一堵：某隔声间对噪声源一侧用一堵22m22m2 2的隔声墙相隔，该的传声损失为的隔声墙相隔，该的传声损失为50dB50dB，在墙上开一个面积为，在墙上开一个面积为2m2m2 2的的门门，该门的传声损失为，该门的传声损失为20dB20dB，又开，又开了一个面积为了一个面积为4m4m2 2的的窗户窗户，该窗户的传声损失为，该窗户的传声损失为30dB30dB。求开了门窗之后。求开了门窗之后使墙体的使墙体的隔声量下降了多少隔声量下降了多
16、少？解解：由：由传声损失传声损失可知，可知，墙、门和窗墙、门和窗的透射系数分别为的透射系数分别为1010-5-5、1010-2-2和和1010-3-3，所以，所以隔声墙组合体隔声墙组合体的的平均透射系数平均透射系数为：为：则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降为：则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降为：本讲稿第二十四页，共二十七页五、隔声罩的降噪量五、隔声罩的降噪量由于插入损失的表达式为：由于插入损失的表达式为：本讲稿第二十五页，共二十七页例例：用：用2mm2mm厚的厚的钢板钢板做一做一隔声罩隔声罩。已知钢板的传声损失。已知钢板的传声损失为为29dB29dB，钢板的平均吸声系数为，钢板的平均吸声系数
17、为0.010.01。由于隔声效果。由于隔声效果不理想而进行了不理想而进行了改进改进，在隔声罩内作了吸声处理，使平，在隔声罩内作了吸声处理，使平均吸声系数提高到均吸声系数提高到0.60.6。求改进后的隔声罩的实际隔声。求改进后的隔声罩的实际隔声值提高了多少？值提高了多少？解解：罩内未做吸声处理时，根据公式：罩内未做吸声处理时，根据公式：罩内做吸声处理后，则：罩内做吸声处理后，则：所以，改进后隔声罩的实际隔声量所以，改进后隔声罩的实际隔声量比改进前提高比改进前提高的的dBdB数为：数为：本讲稿第二十六页，共二十七页本章作业：本章作业：P.169P.169，3 38 8题题预习作业：预习作业：第九章第九章 消声器消声器本讲稿第二十七页，共二十七页