4.第四章隔声技术

5.隔声频率特性
讨论：
[1] f0---共振基频(5～10Hz)
劲度控制区：入射声波f在f0前-------墙体类似于弹簧-------墙体劲度K↑---→TL↑
• K一定时：f↑---TL↓(-6dB/oct)
f =f0时---→共振---→TL低谷
• fn---墙体的多阶共振频率(100Hz左右)---与墙体二亇边长有关
一般情况下：20h2/λr >> 3 ∴ IL = 10lg(3+20h2/λr)≈10 lg(20h2/λr) = 10 lg(h2/r)+10 lg f -12
IL = 10 lg(h2/r)+10 lg f -12
• 讨论：
① h↑---IL↑
(h----有效屏高)
②(r+d)一定时： r↓---δ↑---N↑---IL↑
• 讨论： ( 1.)TL表示隔声抅件本身的隔声性能，与其所处的
环境无关，也不表示实际的隔声效果；
( 2.)TL取决于隔声材料与结构尺寸
( 3.)TL与f有关:fo=125～4kHz六亇倍频程的TLi平均值----平均 ----单值 评价量
4. 组合构件---墙、门、窗及孔洞等的组合
• 组合构件的平均透声系数 透声量
第四章 隔声技术
本章提要
1.隔声原理 与透声计算 2.隔声构件 • 单层均质隔声墙 • 双层隔声墙 • 多层轻质复含结构 3.隔声装置 • 隔声屏 • 隔声罩 • 隔声间
4.1 隔声抅件与隔声原理
• 隔声技术------用隔声抅件将噪声源和接 收者隔开，阻挡声音的传播，在隔声构 件后面形成一个相对安静的环境。
③ f↑---λ↓---IL↑
④ 研究型思考题 2.
(r+d)一定时：
如果d↓----IL？----由此可得出什么结论(屏障的相 对位置对隔声效果的影响)？
例：在自由声场中 • δ = SO+OR-SR =0.86 m • N = 2δ/λ = 2fδ/C = δf/170 • IL= 10 lg(1/D) = 10 lg( 3+20 N )
•
----------发声室平均声压级 dB
•
----------接收室平均声压级 dB
• Sw ----------分隔墙面积 m2
• R2 -------- 接收室房间常数
讨论： 1.当接收室以混响声为主时--- R2很小 ------ Sw/R2 ＞＞1/4
2.当接收室为自由声场或室外时--- R2→∞ ----- Sw/R2 ＜＜¼
⑶ 孔、洞、缝隙的 τI ≈1，TL=0
⑶ 孔、洞、缝隙的 τI ≈1，TL=0
• 例：设 孔隙面积/构件面积=1/4000
若构件TL1 = 40 dB 50 dB 60 dB
△TL =5.5 dB 14 dB
23.5 dB
=34.5 dB 36.0 dB 36.5 dB
• 可见孔洞缝隙会使构件 TL 大大降低，而且原构件的 TL 值越大，损失量 △TL 也越大-------密封措施十分重要
4.1.2 单层均质隔声墙
1.构件的面密度M------单位面积墙体质量 kg/m2
• M = m/S = ρ2 D S /S = ρ2 D
2.正入射时构件(固有)的(理论)隔声量(传 声损失)：
• TLh = 20lgM+20lgf-42.5 dB • (推导过程见教材148～150页)
讨论： TLh = 20lgM+20lgf-42.5
讨论： 1. 附加隔声原理-------阻抗多次失配
2. 空气层具有的弹性(减振)和附加吸收
3. 空气层中填充吸声材料----△TL(D)可再 增加5～10dB
经验公式： = 16 lg(M1+M2)+8+△TL(D)
(M1+M2)＞200 kg/m2
= 13.5 lg(M1+M2)+14 +△TL(D) (M1+M2)≤200 kg/m2
= TL1 - △TL = 50-19.6=30.4 dB • 如果组合构件中还包含有窗，则可
再一次进行组合构件计算。
4.1.1 隔声构件的传声损失
• 讨论：
⑴ 组合构件中TL小的元件(如门窗)， 即是其面积很小，仍会使组合构件 总的 大大下降；
⑵ 为了提高总 ，应设法着重提高性 能较差元件的TL值，如用‘声闸’ 、‘双层窗’等------参见教材第 161-165页
。
[3].如果r4相当大，则Q/4π(r3+r4)2或 DQ/4π(r3+r4)2 → 0 • 此时有 IL = lg(1) = 0 • 对离声源距离很大的远场范围，声屏障的保护作用不大.
[4].对于线声源，声影区后的衰减一般要比点声源小5dB以内
• 研究型思考题 1.：衍射系数D=1/(3+20 N)还是1/(3+10 N) ？
4.1.1 隔声构件的传声损失 10 0.1TL 1.声强透射系数---τI=It/Ii (无规入射)---反映
抅件的透声本领 2.透声量=τISi
3.传声损失(构件隔声量)------TL( R或L TL) TL = 10lg1/τI τI = 10 0 . 1 TL
4.1.1 隔声构件的传声损失
•
IL = 10 lg3 = 5 dB
② N↑---IL↑：实际上限=24 dB (相当于 N = 12)
③ N≥1 时： 20N＞＞3
• IL = 10 lg(20 N) = 10lgN +13
讨论：
[2]. 在混响声场中：4/R＞＞ Q/4π(r3+r4)2或 DQ/4π(r3+r4)2 • 此时有 IL = lg(1) = 0 • 在高度混响环境中，声屏障无多大效果，必须先作吸声处理
3.点声源S和受声点R位于同一高度水平上，自由声场，半无限 大屏障(l>5h，h>λ)
• 一般在屏障后留出较大的工作区：d >> r > h (有效屏高)或
h/d << h/r < 1
• δ=(a+b)-(r+d) 有近似公式：当｜x｜<1时：
∴ δ=r
• N = 2δ/λ = h2/λr ∴ IL = 10lg(3+20N) = 10lg(3+20h2/λr)
• 用途：制作隔声门、隔声屏、隔声罩、隔声间
4.1.5 分隔墙的噪声降低量
• 发声室---- R1 , • 接收室---- R2 , ➢ 构件的隔声量(传声损失)------ TL = 10lg1/τI ➢ 室内用分隔墙后噪声降低量----实际的隔声量(平均声压级
差)NR: = TL – 10 lg
阻尼控制区：当入射声波f ∈fn时---谐振---TL↓
改进措施：阻尼-------抑制墙体共振
• 总体上：f↑-----质量效应↑-----TL↑
☆在设计和选用墙体材料时-----应使f0和fn尽可能低
讨论：
[2].质量控制区---声波对墙体的作用类似于牛 顿定律的情况： M↑---振动加速度↓---TL↑
[1].上式----质量控制定律：M↑一倍---TLh↑6dB f↑一倍---TLh↑6dB
[2]. 此时构件(墙体)作整体运动(振动)传声
3. 无规入射时的经验公式： TL = 18.5 lgMf-47.5 dB 场入射隔声量(入射角00～800) ： TL = 20 lgMf-47.5 dB
4. 100～3.2kHz范围内平均构件隔声量： = 13.5 lgM + 14 ( M ≤ 200kg/m2 ) = 16 lgM + 8 ( M＞200kg/m2 )
面积上的透声量) 总透声面积
＝─────
• 组合构件的平均传声损失
dB
(单位
例：有一组合墙共22㎡,其中墙面S1=20㎡,TL1=50dB； 门S2=2㎡,TL2=20dB
＝
＝ TL1 - △TL(损失量) =50-19.6=30.4 dB 或 S2/S1=2/20=1/10 TL1 - TL2 = 50-20 =30 →查图→△TL=19.6
5. 双层结构的共振频率f0------一般控制f0在30～50Hz以下
4.1.4 多层轻质复合隔声结构
• 多层轻质复合隔声结构:不同材质分层(硬层、软层、阻尼层、 多孔材料层等)交错排列组成的隔声结构---其原理为：吸声层 、阻尼层、高M层、阻抗失配界面多、各层f0及fc互相错开。
• 特点：质轻而隔声性能好，可以拼装，使用方便灵活. 例：沥青阻尼层---8 kg/m2
2. 衍射理论
假设： ① 透射声很小，可以忽略，屏障后主要是衍射声；对于室
内声屏障，屏障前、后还有混响声。 ② 隔声屏的插入对室内混响声影响不大，R不变。 ③ 隔声屏的尺寸远大于声波波长λ，且屏障的长度 LB远大
于高度HB(2～5倍)。
• 声程差---δ或△ δ1 =(r1+r2)-(r3+r4) δ2 =(r5+r6)-(r3+r4) δ3 =(r7+r8)-(r3+r4)
• 菲湼尔数---Ni = 2δi/λ • 衍射系数---D = P衍2/ P直2 =1/(3+20N1)+1/(3+20N2)+1/(3+20N3) • 如果屏长远大于屏高(5倍以上)，可以不计侧向绕射，只要考
虑上边(N1)的衍射即可，上式可简化为： D = P衍2/ P直2 = 1/(3+20 N1) = 1/(3+20 N)
1mm钢板 80mm空心层填充玻棉35kg/m3 1mm钢板(复合) 1砖墙(对比) ------------------------------------------ ---------------------------------M = 39.4 kg/m2 = 52.9 dB M = 450 kg/m2 = 50dB
等透声量设计原则
⑷ 等透声量设计原则----尽可能使组合构件各部分(元件)透 过的声能相等----------经济有效原则
• 即设计时使
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τ墙.S墙 = τ门.S门 = τ窗.S窗
•
τ墙. =τ门.S门 / S墙 = τ窗.S窗/ S墙
•
TL墙=TL门+10lg(S墙/S门)
例：如果S墙/S门=10 TL墙=TL门+10lg(S墙/S门) =TL门+10 • 即 TL墙 – TL门=10 dB 即可，TL墙再大并无实际意义
式中：△TL(D)----空气层的附加隔声量
4. 注意事项：
[1]. 防止 ‘墙-墙’、’墙-基础或顶棚’ 之间的刚性连接，因刚性
连接会形成‘声桥’, 使传声‘短路’，引起
↓。
故要改用‘弹性支撑’或‘弹性连接’
[2]. 双层结构可用不同材料、不同厚度、不同刚度组合 (表8-2)--------可提高隔声性能---------为什么？
3.在接收室的分隔墙面相当于一个面声源, 在接收室作吸声处 理(R2↑)，可以提高隔声效果
4.由下式可以求出所需的分隔墙的隔声量
4.2 隔声装置
4.2.1 隔声屏
4.2 隔声装置
4.2.1 隔声屏 • 隔声屏---阻挡噪声源与受声点之间直达声传播的屏障 1. 评价量 • Lp1 --- 受声点上未安装屏障时的声压级 • Lp2 --- 受声点上安装屏障后的声压级 • 受声点处的插入损失 ： IL = Lp1 - Lp2
• [4]. 改善办法：
1. 便fc↑---＞人耳的听阈 或敏感区
2.增加墙板的阻尼
3. 采用多层结构，使各层 的fc互相错开
吻合效应区
4.1.3 双层隔声墙
• 例：
1/2砖墙 M(kg/m2) 225
(dB) 40
1砖墙 450
50
2砖墙 900
55
1砖墙—空气层D--1砖墙 900
65(增加10dB)
f0(Hz) 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k N 0.32 0.63 1.26 2.53 5.06 10.12 20.24 40.48 IL(dB) 9.7 11.9 14.5 17.3 20.2 23.1 26.1 29.1
M一定时：f↑---TL↑(＋6dB/oct) ☆希望质量控制区尽可能大
[3]. 吻合效应区-----墙体弯曲振动效应---固体 介质振动时既有纵向压缩拉伸，又有横向 弹性切变，从而产生弯曲波
• fc-----临界(吻合)频率 • 当入射声波f≥fc后，某一方面频率的声波
以某一入射角θ入射到墙体上，如果波长λ 与墙体固有弯曲波长λb相吻合--------λb =λ/sinθ---就会激发墙体的弯曲振动，从而 向另一侧辐射大量声能---TL↓---吻合效应
• 接收点处的插入损失 ： IL = Lp1 - Lp2 =
讨论：
[1].在自由声场或室外开阔地(相当于半 自由声场)中-----α＝1， R→∞， 4/R→0
• IL= 10 lg(1/D) = 10 lg( 3+20 N )
① δi很小时(屏障的高度接近声源和受 声点的高度)或λ很大时(低f)：N→0