隔音原理

隔声声波在空气中传播时，一般用各种易吸收能量的物质消耗声波的能量使声能在传播途径中受到阻挡而不能直接通过的措施，称为隔声。用构件将噪声源和接收者分开，隔离空气噪声的传播，从而降低噪声污染程度。采用适当的隔声设施，能降低噪声级20～50分贝。这些设施包括隔墙、隔声罩、隔声幕和隔声屏障等。隔声机理如果把单层均匀密实材料的构件（忽略材料的弹性）看作是柔软的，它在受到声波激发时，构件的振幅大小就决定于构件的单位面积质量（称为面密度）、入射声波的声压和频率。构件越重,频率越高,透射波的振幅就越小，构件的隔声效果也越好。阐明这一关系的即为质量定律。在声波垂直入射时构件的隔声量(Ro)可用下式计算：Ro=10 lg|pi/pt|2 =10 lg【1+(ωm/2ρc)2】(dB) 式中pi为入射声压;pt为透射声压;m为面密度;ω为角频率（ω=2πf，f为频率）；ρ为空气密度;c为声速。此式即为垂直入射波的质量定律，其实用公式为：Ro=20 lgm·f-42.5 在无规入射的情况下，对所有方向的入射波进行平均，求出无规入射波的隔声量(R)。其公式为：R=Ro-10 lg(0.23Ro) R值较Ro值为小，Ro越大，其差值就越大。单层墙的隔声量同面密度和频率的关系如图1。上面所述的是忽略材料弹性的理想情况，实际上隔声构件一般是有一定刚度的弹性板，可因吻合现象而降低隔声量。因此单层均匀密实材料板的隔声特性曲线应如图2所示。图中共振区以下，板的隔声量由弹性的劲度控制。在质量控制区以上产生的临界频率处的低谷，是由吻合效应引起的。吻合效应投射于构件板面上的声波速度与板上弯曲速度相一致时产生的现象。如图3所示，设某一时刻斜入射声波a到达板上A点,使板产生振动,经过时间t后，弯曲波到达B点，其波长为λB，传播速度为cB。这时，如声波斜入射的角度θ合适，空气波b以声速c 经同样一段时间t也正好到达B点，即λB=λ/sinθ，则在B点使板受激发因而产生新的弯曲波，恰好同A点传来的弯曲波相吻合，于是使总的弯曲波振幅达到最大。这时，板将向其另一侧辐射大量的声能，在该频率处的隔声量将大幅度下降，而不再符合“质量定律”，此即所谓“吻合效应”。吻合效应只发生在临界频率fc处。fc同板的厚度、材料的密度和弹性模量等有关。噪声对人的影响的频率范围主要为100～3150赫,应尽量避免这一范围发生吻合效应。通常，可用硬而厚的板降低临界频率,或用软而薄的板来提高临界频率（图4）。隔声结构复杂的隔声构件由一些单层构件组成，它在隔声机理上有单层构件的特性，同时又有各种单层构件综合的特性。① 双层构件：两个互不连接的单层构件之间有空气层的构件。空气层起着缓冲的弹性作用，但也能引起两层构件的共振。因此，双层构件的隔声量并非两层构件隔声量的叠加。如在空气层中加填多孔性吸声材料，则可减少共振而提高构件的隔声量。因空气层而增加的隔声量在一定范围内同空气层厚度成正比。通常，双层墙比同样重量的单层墙可增加隔声量5分贝左右。② 轻型墙:目前使用的轻墙板有纸面石膏板、圆孔珍珠岩石膏板和加气混凝土板等，单位面积质量大约为十几公斤至几十公斤。240毫米厚的砖墙每平方米为530公斤。按照质量定律,轻墙板是不能满足隔声要求的。因此，要把双层板材隔离开形成空气层，或在空气层中加填吸声材料，或采用不同厚度或劲度的板材使其具有不同的吻合频率，以提高轻墙的隔声量。表列有不同层数的纸面石膏板在有无填充材料情况下，不同频带的隔声改善值。③ 隔声门窗：门窗结构质量轻，而且有缝隙，因此隔声能力不如墙壁。对于隔声要求较高的门（隔声量为30～50分贝），可以采用构造简单的钢筋混凝土门扇。但通常是采用复合结构的门扇。这种结构的阻抗变化能提高隔声能力。密封缝隙也是保证门窗隔声能力的重要措施。用工业毡做密封材料较乳胶条为佳，尤其是对高频噪声。对隔声要求较高的窗，窗玻璃要有足够的厚度(6～10毫米)，至少有两层。两层玻璃不应平行,以免引起共振，降低隔声效果。玻璃和窗框、窗框和墙壁之间的缝隙要封严。在两层玻璃窗之间的周边，应布置强吸声材料,以增加隔声量。在构造上要便于洗擦。图5是各种隔音窗的隔声特性曲线图。为了避免窗玻璃之间产生吻合效应，隔声窗的双层玻璃应有不同的厚度，否则，在临界频率fc处隔声值将出现低谷。④ 声锁:要使门具有较高的隔声能力,可设置“声锁”，即在两道门之间的空间(门斗)内布置强吸声材料。这种措施的隔声能

力有时相当于两道门的隔声量。为便于开闭，门扇的重量不宜过大。⑤ 组合墙：组合墙是有门或窗的墙。它的隔声量通常要比无门窗的墙低些。因此,不能单纯提高墙的隔声能力。在设计时,应按照“等隔声量”即τw·Sw=τd·Sd的设计原则进行。式中τw和τd分别为平墙和门的透射系数，Sw和Sd为墙和门的面积。因此即Rw＝10 lg(Sw/Sd)×(1/τd)=Rd+10 lg(Sw/Sd)分贝。从上式可知，墙的隔声量只要比门高10分贝左右即可。为了方便，可按图6计算。在以上各种隔声构件的构造内部使用吸声材料，是利用吸声的特性来增加构件的隔声量。隔声和吸声的本质区别不应混淆。隔声是隔离噪声的传播，尽可能使入射声波反射回去，隔声材料愈沉重密实，隔声性能愈好；吸声是尽可能多地吸收入射声波，让声波透入材料内部而把声能消耗掉，因而一般是多孔性的疏松材料。隔声指数近年来,国际标准化组织（ISO）建议采用单一值——隔声指数Ia来评价空气声的隔声效果。图7中的标准曲线在100～400赫间为每倍频带增加9分贝，400～1250赫间为每倍频带增加3分贝，1250～3150赫间平直。在求隔声指数时，先将构件的隔声特性曲线绘制在坐标纸上，再将绘在透明纸上的标准曲线与之重合，并沿垂直方向上下移动,直至满足下列两个条件时为止:①低于标准曲线的任何1/3倍频带的隔声量与标准曲线的差值不得超过8分贝；②低于标准曲线的各个1/3倍频带的隔声量与标准曲线的差值总和不得超过32分贝。图中所示1/3倍频带的中心频率为500赫所对应的隔声量Ia即为隔声指数的读数。