1、环境噪声控制工程Chapter 8 隔声技术8.1 概述8.2 隔声结构8.3 隔声装置8.4 隔声设计8.1 概述o 8.1.1 表示材料隔声性能的物理量o 8.1.2 隔声结构的类型o 8.1.3 隔声原理8.1.1 表示材料隔声性能的量1.透声系数2.隔声量3.隔声指数4.插入损失1.透声系数:定义：材料透射的声能与入射到材料上的总声能的材料透射的声能与入射到材料上的总声能的比值。比值。透射系数越小，表示透声性能越差，透射系数越小，表示透声性能越差，隔声性能越好。隔声性能越好。22itititppIIWW2.隔声量（透射损失、传声损失）a.表示方法：tititippWWIITLdBTLl
2、g20lg10lg10)(1lg10b.平均隔声量：在工程应用中，通常将中心频率为工程应用中，通常将中心频率为125125至至4000 Hz4000 Hz的的6 6个倍频程或个倍频程或100100至至3150Hz3150Hz的的1616个个1 13 3倍频程倍频程的隔声量作算术平均的隔声量作算术平均, ,叫平均隔声量叫平均隔声量3.隔声指数（Ia）o1测得隔声结构的隔声量的频率特性曲线o2与参考折线比较，满足下列两个条件的最高一条折线的号数即为隔声指数值。o任何1/3倍频程上，曲线低于参考折线的数值不能大于8分贝；o全部16个1/3倍频程上，曲线低于参考折线的差值之和不能大于32分贝。4. 插
3、入损失21020121lg10lg10lg10WWWWWWLLILWW插入损失定义为：离声源一定距离某处测得的隔插入损失定义为：离声源一定距离某处测得的隔声结构设置前的声功率级声结构设置前的声功率级L LW1W1和设置后的声功率级和设置后的声功率级L LW2W2之差值，记作之差值，记作ILIL，即：，即：插入损失通常在现场用来评价隔声罩、隔声屏障等隔声结构的隔声效果8.1.2 隔声结构的类型o 隔声墙o 隔声罩o 隔声间o 隔声屏障一、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
4、速度方程分别为：分别为：xktcPuii111cosxktPprr1cosxktPpii1cosxktcPurr111cospippppr2i2rtDaobc1c11c12c2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的声压和质点速度分别为：速度分别为：xktPpii222cosxktcPuii22222cosxktPprr222cosxktcPurr22222cos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：xktPptt1cosxktcPutt111cos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
5、连续法向质点速度连续条件可得到：条件可得到：ririPPPP222222221111cPcPcPcPriri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：DktPDktPDktPtri12222coscoscosDktcPDktcPDktcPtrt11122222222coscoscos将将以上以上4 4个等式联立求解，得到：个等式联立求解，得到：DkccccDkI2222211112222sincos44如果如果D，即，即k2D 1，则，则sink2Dk2D，cosk2D1，有由于有由于1c1 2c2，上式可简化为：上式可简化为：22112244
6、DkccI令令m m2D 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：211211cmI所以该所以该固体媒质固体媒质的隔声量为：的隔声量为：21121lg101lg10cMTLI 这这即是即是隔声中常用的隔声中常用的“质量定律质量定律”。公式表明：。公式表明：隔隔声量与墙体质量和声音频率有关声量与墙体质量和声音频率有关。8.1.3 隔声原理1.质量定律： 声波垂直入射时，在一系列假设的条件下：211)(1lg10cfmTL可近似为： 11211lg20lg10cfmcfmTL1.质量定律o 物理意义：物理意义： 单层墙的隔声量与其单位面积的质量的对数成正单
7、层墙的隔声量与其单位面积的质量的对数成正比；比； 声波的频率越高，隔声量越高声波的频率越高，隔声量越高。o 将将1 1c c1 1=400=400代入代入：5 .42lg20lg20fmTL垂直入射质量定律共振基频共振基频临界吻合频率1.质量定律o 无规入射时，经验公式：无规入射时，经验公式：5 .47lg5 .18mfTLo 场入射场入射隔声量的经验公式：隔声量的经验公式：o 平均隔声量的经验公式：平均隔声量的经验公式：5 .47lg20mfTL)/200(8lg16)/200(14lg5 .1322mkgmmLTmkgmmLT080度度主要入射频率主要入射频率1003200Hz2.吻合效应
8、o 吻合效应：因入吻合效应：因入射角度造成的声射角度造成的声波作用与隔墙中波作用与隔墙中弯曲波传播速度弯曲波传播速度相吻合而使隔声相吻合而使隔声量降低的现象。量降低的现象。o 特殊的共振效应特殊的共振效应o 固体介质既有纵固体介质既有纵向的弹性压缩向的弹性压缩,又有横向的弹性又有横向的弹性切变切变 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，若发生吻合效投射到构件上时，若发生吻合效应，则有：应，则有：频率是产生吻合效应最低得相应得频率时当或0,sincbbbf1 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，均有其相应对应的频率时，均有其相应的的吻合角度吻合角度产生吻合
9、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，即相应的波对应的频率时，即相应的波长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值不可值不可能大于能大于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长自由弯曲波长o 近似为：近似为：0.3 (1-2 2) ) 12222)1 (12sin2EDcfcEDcEDcfc22556. 0122临界吻合频率：能产生吻合效应的最低入射频率。可表示为：临界吻合频率：能产生吻合效应的最低入射频率。可表示为：D墙厚度墙厚度 c声速声速 E杨氏模量杨氏模量 墙密度墙密度 泊
10、松比泊松比, ,横向应变与纵向应变之比横向应变与纵向应变之比问题问题o 要使隔声量大，选择什么样的墙要使隔声量大，选择什么样的墙？密度？厚度？密度？厚度？答案答案o 根据质量作用定律应选密度大，厚度大，这根据质量作用定律应选密度大，厚度大，这样一来，面密度就大样一来，面密度就大o 但是，厚度大，吻合频率会降的很低，不利但是，厚度大，吻合频率会降的很低，不利于隔声于隔声o 密度大要考虑是否声速是否也大密度大要考虑是否声速是否也大2.吻合效应共振基频临界吻合频率8.2 隔声结构o 8.2.1 单层匀质隔声墙单层匀质隔声墙o 8.2.2 双层隔声墙双层隔声墙o 8.2.3 复合隔声结构复合隔声结构8
11、.2.1单层匀质隔声墙共振基频临界吻合频率8.2.2 双层隔声墙1.隔声特性1.隔声特性a a双层墙无吸声材料双层墙无吸声材料b-b-双层墙有少量吸声材双层墙有少量吸声材料料c c双层墙铺满吸声材料双层墙铺满吸声材料d d双层墙双层墙e e 单层墙单层墙2.共振频率的确定210011D2mmcf产生共振时，共振频率为D D 两隔墙之间得距离两隔墙之间得距离 0 0 空气的密度空气的密度3.隔声量的估算:o 入射声波频率低于共振频率入射声波频率低于共振频率：201lg10cmTLo 入射声波频高于共振频率：入射声波频高于共振频率：)2lg(20)2(lg1021240kDTLTLkDcmTLo
12、入射声波频高于共振频率：201lg10cmTL2022lg20cmTL当kD=n时,即D是半波长整数倍当kD=(2n+1)/2时,即D是1/4波长奇数倍,比单独隔声量之和再加6dB3.隔声量的估算:o 经验公式经验公式：TLfmmTL30lg16lg1621o 平均隔声量：平均隔声量：2212122121/200,14lg16/200,8lg16mkgmmTLmmmkgmmTLmmLTTLTL为空气层附加隔声量为空气层附加隔声量 8.2.3 复 合 隔 声 结 构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特点多层复合隔声结构特点o 分层材料的阻抗各不相同，使声
13、波在各层界面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，透射能量就小上，产生多次反射，透射能量就小o 夹层材料的阻尼和吸声作用，致使声能衰减，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；并减弱共振与吻合效应；o 使用厚度和材质不同的多层结构，可以错开共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，振与临界的吻合频率，改善共振区与吻合区的改善共振区与吻合区的隔声低谷效应。隔声低谷效应。8.3 隔声装置o8.3.1 隔声间o8.3.2 隔声罩o8.3.3 隔声屏障8.3.1 隔声间o 在在高噪声环境下高噪声环境下，建造一个具有良好的隔声性，建造一个具有
14、良好的隔声性能的控制室，能有效地减少噪声对操作入员的能的控制室，能有效地减少噪声对操作入员的干扰；干扰；o 另一种情况是另一种情况是声源较多声源较多，采取单一噪声控制措，采取单一噪声控制措施不易奏效，或者采用多种措施治理成本较高，施不易奏效，或者采用多种措施治理成本较高，就把声源围蔽在局部空间内就把声源围蔽在局部空间内，以降低噪声对周，以降低噪声对周围环境的污染。围环境的污染。8.3.2 隔声间o 这些由这些由隔声构件组成隔声构件组成的具有良好隔声性的具有良好隔声性能的房间统称为隔声间或隔声室。能的房间统称为隔声间或隔声室。o 隔声间一般采用封闭式的，它除需要有隔声间一般采用封闭式的，它除需要
15、有足够隔声量的墙体外，还需要设置具有足够隔声量的墙体外，还需要设置具有一定隔声性能的门、窗等。一定隔声性能的门、窗等。8.3.1 隔声间1. 隔声间的结构 2. 隔声门2. 隔声门 3. 隔声窗3. 隔声窗o 隔声窗与普通窗户相隔声窗与普通窗户相比有什么特点？比有什么特点？ 3. 隔声窗设计隔声窗应该注意以下几方面：设计隔声窗应该注意以下几方面：o 多层窗应选用厚度不同的玻璃板以消除调频吻多层窗应选用厚度不同的玻璃板以消除调频吻合效应。合效应。o 多层窗的玻璃板之间要有较大的空气层。多层窗的玻璃板之间要有较大的空气层。o 多层窗玻璃板之间要有一定的倾斜度，朝声源多层窗玻璃板之间要有一定的倾斜度
16、，朝声源一面的玻璃做成倾斜，以一面的玻璃做成倾斜，以消除驻波消除驻波。o 玻璃窗的密封要严，在边缘用橡胶条或毛毡条玻璃窗的密封要严，在边缘用橡胶条或毛毡条压紧，这不仅可以起密封作用，还能起有效的压紧，这不仅可以起密封作用，还能起有效的阻尼作用，以减少玻璃板受声激振透声。阻尼作用，以减少玻璃板受声激振透声。o 两层玻璃间不能有刚性连接，以防止两层玻璃间不能有刚性连接，以防止“声桥声桥”。 4. 隔声间的声学评价a.组合墙的平均隔声量：niiniiiSS11niTLiniiiSSLT11 . 0110lg101lg10iTLiii1 . 0101lg10TL课堂习题例：某隔声间对噪声源一侧用一堵例
17、：某隔声间对噪声源一侧用一堵22m22m2 2的隔声的隔声墙相隔，该的传声损失为墙相隔，该的传声损失为50dB50dB，在墙上开一在墙上开一个面积为个面积为2m2m2 2的门，该门的传声损失为的门，该门的传声损失为20dB20dB，又开了一个面积为又开了一个面积为4m4m2 2的窗户，该窗户的传的窗户，该窗户的传声损失为声损失为30dB30dB。求开了门窗之后使墙体的隔求开了门窗之后使墙体的隔声量下降了多少？声量下降了多少？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
18、声墙组合体的的平均透射系数平均透射系数为：为：总窗窗门门墙墙SSSS001101. 0224102101610325dBTL6 .29001101. 01lg101lg10则则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降了：组合体的隔声量比原墙的隔声量下降了：dBTLTL4 .216 .2950墙 4. 隔声间的声学评价隔声间的声学评价b.插入损失插入损失：lg10lg1021LTSALTLLIL :隔声间的平均隔声量隔声间的平均隔声量：隔声间的总吸声量隔声间的总吸声量S: : 隔声间的隔声间的内表面总面积内表面总面积LT 4. 隔声间设计要点 合适的材料合适的材料 孔洞和缝隙的影响孔洞和缝隙的影响 通风
19、换气口的设计通风换气口的设计8.3.2 隔声罩o 隔声罩是噪声控制设计中常被采用的设备，隔声罩是噪声控制设计中常被采用的设备，例如空压机、水泵、鼓风机等高噪声源，例如空压机、水泵、鼓风机等高噪声源，o 如果具体积小，形状比较规则或者虽然体积如果具体积小，形状比较规则或者虽然体积较大，但空间及工作条件允许，较大，但空间及工作条件允许，可以用隔声可以用隔声罩将声源封闭在罩内，以减少向周围的声辐罩将声源封闭在罩内，以减少向周围的声辐射：射：8.3.2 隔声罩1.主要结构形式：活动密封型固定密封型局部开敞型通风散热型1.隔声罩主要结构形式局部开敞型固定密封型1.隔声罩主要结构形式活动密封型通风散热型2
20、. 隔声罩的基本构造2. 隔声罩的基本构造3. 隔声罩的声学评价隔声罩的声学评价隔声罩的插入损失 全封闭的隔声罩的插入损失：全封闭的隔声罩的插入损失：lg10)lg(10)1lg(10)101lg(101 . 0TLILILTLTL :隔声罩罩壁的隔声量隔声罩罩壁的隔声量 ：内饰吸声材料的吸声系数：内饰吸声材料的吸声系数罩内吸声的影响罩内吸声的影响TLTLTL隔声罩的插入损失 局部封闭的隔声罩的插入损失：局部封闭的隔声罩的插入损失：11 . 00101011lg10lg10SSSSTLILTLTL :隔声罩罩壁的隔声量隔声罩罩壁的隔声量：内饰吸声材料的吸声系数：内饰吸声材料的吸声系数S0: :
21、 非封闭总面积，非封闭总面积，S : :封闭总面积封闭总面积 4. 隔声罩的设计要点选择适当的材料和形状（减少方形）选择适当的材料和形状（减少方形）罩壁采用轻薄材料时，壁面上适当处理罩壁采用轻薄材料时，壁面上适当处理 （减弱共振，吻合效应）（减弱共振，吻合效应）隔声罩的密封隔声罩的密封隔声罩的内表面隔声罩的内表面隔声罩得隔振措施隔声罩得隔振措施课堂习题例：用例：用2mm2mm厚的钢板做一隔声罩。已知钢板的厚的钢板做一隔声罩。已知钢板的传声损失为传声损失为29dB29dB，钢板的平均吸声系数为钢板的平均吸声系数为0.010.01。由于隔声效果不理想而进行了改进，。由于隔声效果不理想而进行了改进，
22、在隔声罩内作了吸声处理，使平均吸声系数在隔声罩内作了吸声处理，使平均吸声系数提高到提高到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：aTLSATLILlg10lg10dBIL9202901. 0lg10291罩内做吸声处理后，则：罩内做吸声处理后，则：dBIL272296 . 0lg10292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：dBILIL18927128.3.3 隔声屏障o 在声源与接收点之间设置障板，阻
23、断声波的在声源与接收点之间设置障板，阻断声波的直接传播，以降低噪声，这样的结构称声屏直接传播，以降低噪声，这样的结构称声屏障。障。o 噪声在传播送径中遇到障碍物，若障碍物噪声在传播送径中遇到障碍物，若障碍物尺寸远大于声波波长时，尺寸远大于声波波长时，大部分声能被反射大部分声能被反射和吸收，一部分绕射和吸收，一部分绕射，于是在障碍物背后一，于是在障碍物背后一定距离内形成定距离内形成声影区声影区o 声屏障将声源和保护目标隔开，使保护目标声屏障将声源和保护目标隔开，使保护目标落在屏障的声影区内落在屏障的声影区内 8.3.3 隔声屏障定义：2NSPOPSO 8.3.3 隔声屏障8.3.3 隔声屏障23
24、33222111NSPPOSOSPPOSOSPPOSOa.有限长薄屏障：首先计算三个传播逾径的声程差和相应的菲涅尔数N1、N2、N3；8.3.3 隔声屏障1,2031lg10NAbaroct声屏障引起的衰减量计算：声屏障引起的衰减量计算：当声屏障很长当声屏障很长时：时：321,203120312031lg10NNNAbaroct8.3.3 8.3.3 隔声屏障隔声屏障8.3.3 隔声屏障隔声屏障b.b.无限长薄屏障：无限长薄屏障：首先计算菲涅尔数首先计算菲涅尔数N N；由图查出衰减量。由图查出衰减量。隔声屏障的基本形式隔声屏障的声学评价点声源无限长声屏障绕射声衰减点声源无限长声屏障绕射声衰减线
25、声源无限长声屏障绕射声衰减绕射声衰减2. 隔声屏障的声学评价插入损失max)(地吸地障（反）（透）（绕）gsrtdLLLLLIL3. 隔声屏障设计要点 声屏障的隔声量应比设计目标值大声屏障的隔声量应比设计目标值大 声屏障应有足够的高度声屏障应有足够的高度 声屏障应尽量靠近噪声源声屏障应尽量靠近噪声源,主要用于阻断主要用于阻断直达声直达声 应尽可能采用应尽可能采用吸声型声屏障吸声型声屏障 8.4 隔声设计隔声设计o 8.4.1 隔声设计原则隔声设计原则o 8.4.2 隔声设计程序隔声设计程序o 8.4.3 隔声设计计算隔声设计计算 8.4.1 隔声设计原则按照室内室外噪声允许原则来计算噪声的隔按
26、照室内室外噪声允许原则来计算噪声的隔声量声量进行隔声处理时要满足防火、防潮、防腐、进行隔声处理时要满足防火、防潮、防腐、防尘等要求防尘等要求对隔声设计的构件的隔声数据，要进行修正对隔声设计的构件的隔声数据，要进行修正 8.4.1 隔声设计原则噪声源、环境情况噪声源、环境情况具体采取措施具体采取措施独立强的噪声源独立强的噪声源密封式隔声罩、活动密封式密封式隔声罩、活动密封式隔声罩以及局部隔声罩隔声罩以及局部隔声罩不宜对噪声源进行隔声处理不宜对噪声源进行隔声处理时，允许操作人员不经常停时，允许操作人员不经常停留在设备附近时留在设备附近时便于控制、观察、休息使用便于控制、观察、休息使用的隔声室的隔声
27、室车间大、工人多、强噪声源车间大、工人多、强噪声源比较分散，且难以封闭比较分散，且难以封闭留有生产工艺开口的隔声墙留有生产工艺开口的隔声墙或声屏障或声屏障隔声措施选择原则：隔声措施选择原则：8.4.2 隔声设计程序根据声源特性估算受根据声源特性估算受声点的声点的各频带声压级各频带声压级选择合适的隔结构与构件选择合适的隔结构与构件了解环境特点，选定噪声控制标准了解环境特点，选定噪声控制标准计算各频带所需隔声量计算各频带所需隔声量与构件的插入损失比较与构件的插入损失比较确定受声点允许的噪声确定受声点允许的噪声级和各频带声压级级和各频带声压级8.4.3 隔声设计计算(以室内声源为例)8.4.3 隔声
28、设计计算(以室内声源为例)o 首先计算出某个室内靠近围护首先计算出某个室内靠近围护(窗口窗口)结构处的倍结构处的倍频带声压级频带声压级栏距离室内某个声源与靠近围1211)44lg(10rSRRrQLLoctWoctp8.4.3 隔声设计计算(以室内声源为例)o 计算出所有室内声源在靠近围护计算出所有室内声源在靠近围护(窗口窗口)结构处产生结构处产生的总倍频带声压级：的总倍频带声压级：10lg10)()(1 ,1 . 01ioctLNioctpTL8.4.3 隔声设计计算(以室内声源为例)计算出室外靠近围护结构计算出室外靠近围护结构(窗口窗口)处的声压级处的声压级)6()()(12,octoctoctTLTLTL8.4.3 隔声设计计算(以室内声源为例)透声面积个倍频带的声功率级声源第计算出等效算成等效的室外声源和透声面积换将室外声级SSTLLLiTLoctoctwwoctoctlg10)(,)(22(5)(5)等效室外声源的位置为围护结构的位置，等效室外声源的位置为围护结构的位置，其倍频带声功率级为其倍频带声功率级为由按室外声源方法计算等效室外声源在预由按室外声源方法计算等效室外声源在预测点产生的声压级。测点产生的声压级。octwL8.4.3 隔声设计计算(以室内声源为例)
