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1、第七章 隔声第1页，本讲稿共34页第一节 隔 声 结 构一、单层结构一、单层结构二、双层结构二、双层结构三、轻质复合结构三、轻质复合结构第2页，本讲稿共34页一、单层结构一、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，
2、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。第3页，本讲稿共34页 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
3、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）第4页，本讲稿共34页 （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）式中的式中的 如图如图5-35-3所示。所示。第5页，本讲稿共34页出现吻合效应时，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
4、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。第6页，本讲稿共34页 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）第7页，本讲稿共34页二、双层结构二、双层结构把两个单层结构的
5、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610dB；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。第8页，本讲稿共34页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
6、kg/m2；附加隔声量，见式5-11和图5-4。第9页，本讲稿共34页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。第10页，本讲稿共34页 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，其共振频率为第11页，本讲稿共34页 （5-10）若在双层结构
7、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。第12页，本讲稿共34页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。第13页，本讲稿共34页三、轻质复合结构三、轻质复合结构在丹曾轻质
8、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
9、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14页，本讲稿共34页第二节 隔 声 技 术 一、隔声罩一、隔声罩二、声屏障二、声屏障第15页，本讲稿共34页一、隔声罩一、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0.53mm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
10、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23倍。阻尼层内侧粘附30100mm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。第16页，本讲稿共34页 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
11、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 第17页，本讲稿共34页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
12、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。第18页，本讲稿共34页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
13、。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14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。第19页，本讲稿共34页二、声屏障二、声屏障在声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，这样的设施就称为“声屏障”。声波在传播过程中遇到声屏障时，就会发生反射、透射和绕射三种现象。通常我们认为屏障能够阻止直达声的传播，并使绕射声有足够的
14、衰减，而透射声的影响可以忽略不计。因此，声屏障的隔声效果一般可采用减噪量表示，它反映了声屏障上述两种屏蔽透声的本领。第20页，本讲稿共34页如图5-5所示，在声源S和接收点R之间插入一个声屏障，设屏障无限长，声波只能从屏障上方绕射过去，而在其后形成一个声影区，就像光线被物体遮挡形成一个阴影那样。在这个声影区内，人们可以感到噪声明显地减弱了，这就是声屏障的减噪效果。声屏障的减噪量与噪声的波长、声源与接收点之间的距离等因素有关，引入参量菲涅耳数N，来估算屏障的减噪量 （5-14）式中 声波的波长；有屏障与无屏障时声波从声源到接收点之间的最短路径差。室外开阔地（相当于半自由声场），声屏障的减噪量RN
15、与N的关系见表5-1。第21页，本讲稿共34页表表5-1 N与与RN的关系的关系N -0.1-0.01 00.1 0.5 123510 122050RN/dB 2 4 5 7 11 13 16 17 21 23 242630 当N为正值时，用波的绕射理论和边缘的近场修正，可以得到屏障的减噪量近似公式 （5-15）第22页，本讲稿共34页由公式5-15可知，当N0时，RN5dB，也就是说当屏障的高度接近声源和接收点的高度时，还有5dB的减噪量。N为负值时，表示屏障没有遮挡住声源到接收点的直达声，这时最大的减噪量低于5dB。如果声源和接收点都在地平面上，见图5-6，则当满足条件drh时，屏障的减噪
16、量RN为 第23页，本讲稿共34页在室内（相当于半混响声场），屏障的减噪量与声源的性质以及室内的房间常数等因素有关。对于混响声场，并且接收点在声源的远场范围内的情况，声屏障没有减噪效果。因此，如果在室内设置声屏障，应要求室内具有较高的声吸收，减小室内混响，从而使声屏障获得较好的减噪效果。室外的声屏障一般采用砖或混凝土结构，室内的声屏障可用钢板、木板、塑料板或石膏板等结构。板式声屏障可由0.51mm厚的钢板附加阻尼层和吸声层构成；帘幕式声屏障可用人造革护面中间附加柔软纤维材料构成。声屏障的高度，可根据声源与接收点之间的距离设计。声障的高度增加1倍，则其减噪量可增加6dB。声屏障的减噪效果与噪声的
17、频率成分关系很大，对大于2000Hz的高频声比对8001000Hz的中频声的减噪效果要好，但对于250Hz左右的低频声，则由于波长比较长，声波很容易从屏障上方绕射过去，所以效果就很差。通常，声屏障对于高频声减噪量为1015dB。第24页，本讲稿共34页如果声源与接收点的距离以及屏障的高度都是固定的，屏障位于声源与接收点之间正好二分之一的位置上，则其减噪量最小。所以屏障应尽量靠近声源或接收点。室内使用声屏障时，在需要减噪的范围内，任意接收点的位置到声源的距离都要小于 r=0.14（为房间常数）。目前，声屏障主要用于铁路和公路沿线，控制交通噪声对附近城市区域的影响。第25页，本讲稿共34页 测量构
18、件的隔声量，可以在现场或混响室内进行。1954年，ISO正式推荐混响室法为测试构件隔声性能的标准方法。混响室法是在两间体积大于50m3的混响室的公共墙上安置一个面积为10m2的试件，一间混响室作为声源室，另一间作为接收室。试件的隔声量R可由下式确定 （5-17）式中 L1声源室中的平均声压级，单位为dB；L2接收室中的平均声压级，单位为dB；A接收室中的吸声量，单位为m2；S试件的透声面积，单位为m2。第三节 隔 声 测 量第26页，本讲稿共34页 两个混响室内的平均声压级，都可在400Hz以下测6个点平均值，在500Hz以上测3个点平均值来求得。现场测量方法与混响室法相似，一般要在测量后计算
19、标准声压级差Ds（单位为dB），用Ds衡量构件的隔声效果，（5-18）式中 A0接收室中的标准吸声量，一般可取A0=10m2。测量小试件时，可采用混响室消声箱法。该法声源室仍是一个混响室，接收室则是一个小的消声箱。试件面积小于1m2，其隔声量可用下式计算 （5-19）式中 r2消声箱内的房间常数，单位为m2 S试件面积，单位为m2。第27页，本讲稿共34页第四节 隔 声 设 计一、设计原则一、设计原则二、基本公式二、基本公式三、设计方法三、设计方法第28页，本讲稿共34页一、设计原则一、设计原则 隔声设计一般应从声源处着手，在不影响操作、维修及通风散热的前提下，对车间内独立的强噪声源，可采用固
20、定密封式隔声罩、活动密封式隔声罩等，以便用较少的材料将强噪声的影响限制在较小的范围内。一般来说，固定密封式隔声罩的减噪量（A声级）约为40dB，活动密封式隔声罩的约为30dB，局部隔声罩的约为20dB。当不宜对噪声源作隔声处理，而又允许操作管理人员不经常停留在设备附近时，可以根据不同要求，设计便于控制、观察、休息使用的隔声室。隔声室的减噪量（A声级）一般约为2050dB。在车间大、工人多、强噪声源比较分散，而且难以封闭的情况下，可以设置留有生产工艺开口的隔墙或声屏障。在作隔声设计时，必须对孔洞、缝隙的漏声给予特别注意。对于构件的拼装节点，电缆孔、管道的通过部位以及一切施工上特别容易忽略的隐蔽漏
21、声通道，应作必要的声学设计和处理。第29页，本讲稿共34页二、基本公式二、基本公式在隔声设计中，要确定构件的需要隔声量R，R可分下列几种基本情况按1254000Hz的6个倍频程（必要时可按638000Hz的8个倍频程或1/3倍频程）逐个进行计算：（1）对于室外设置的隔声罩或隔声室，按照自由空间半球面辐射的声衰减公式计算 （5-20）式中 LW声源的声功率级，单位为dB 接收点的设计声压级，单位为dB；S隔声结构的透声面积，单位为m2；A隔声结构的吸声量，单位为m2；r隔声结构到接收点的距离，单位为m。第30页，本讲稿共34页（2）在室外声场中设置隔声室，可按下式计算 （5-21）式中 室外声场
22、的平均声压级，单位为dB。（3）在室外对声源和接收点处两方面均设置隔声结构时，可按下式计算 （5-22）式中 R1、R2隔声罩和隔声室的需要隔声量，单位为dB；S1、S2两个结构的透声面积，单位为m2；A1、A2两个结构的内部吸声量，单位为m2；r两个结构之间的距离，单位为m。（4）在车间内设置的隔声罩或隔声室，可按下式计算 （5-23）式中 S隔声罩结构的透声面积，单位为m2；AS车间内的吸声量，单位为m2；AE隔声罩结构内的吸声量，单位为m2。第31页，本讲稿共34页（5）在车间内设置的隔声罩或隔声室，也可按下式计算 车间内的平均声压级，单位为dB；S隔声结构的透声面积，单位为m2；A隔声
23、结构内的吸声量，单位为m2。（5-24）式中 第32页，本讲稿共34页三、设计方法三、设计方法 在一般情况下，进行隔声设计时，首先应根据声源的特性和声源的分布状况，确定合理的隔声措施方案，并根据国家或部门的有关标准确定需要隔声量R。声源的特性主要包括外形尺寸、生产工艺要求、噪声辐射与振动产生的主要部位、声源的声功率级（及其各倍频带分量），噪声与振动传播的主要途径等。R的计算可按表5-2逐项进行。表中项目编号1、2和3为已知数据，4、5为需要进行设计的项目。表表5-2 隔声隔声设计计设计计算表示例算表示例第33页，本讲稿共34页噪声传播衰减吸收减噪量项目编号项目声级或声功率级/dB倍频程分量/dB备注6312525050010002000400080001声源声功率级LW（或平均声压级LpO）2容许噪声级LpE345需要减噪量R第34页，本讲稿共34页