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1、第八章第八章 隔声技术隔声技术第八章第八章 隔声技术隔声技术8.1 8.1 噪声的评价噪声的评价8.2 8.2 单层匀质密实墙的隔声单层匀质密实墙的隔声8.3 8.3 双层隔声结构双层隔声结构8.4 8.4 隔声间隔声间8.5 8.5 隔声罩隔声罩8.6 8.6 声屏障声屏障1 1 隔声量隔声量(1)(1)透射系数透射系数将透射声强将透射声强I It t与入射声强与入射声强I Ii i之比之比定义为透射系数，即：定义为透射系数，即： 一般隔声结构的透射系数通常是指无规入射时各入射角透射一般隔声结构的透射系数通常是指无规入射时各入射角透射系数的平均值透射系数越小，表示透声性能越差，隔声系数的平均
2、值透射系数越小，表示透声性能越差，隔声性能越好性能越好(2)(2)隔声量隔声量隔声量的定义为隔声量的定义为墙或间壁一面的入射声功率墙或间壁一面的入射声功率级与另一面的透射声功率级之差级与另一面的透射声功率级之差隔声量等于透隔声量等于透射系数的倒数以为底的对数：射系数的倒数以为底的对数： 式中：式中：pi,ptpi,pt分别为入射声压和透射声压分别为入射声压和透射声压(3)(3)平均隔声量平均隔声量隔声量是频率的函数，同一隔声结构，不同的频率隔声量是频率的函数，同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量具有不同的隔声量 在工程应用中，通常将中心频率为至在工程应用中，通常将中心频率为至z z的个倍频
3、程或至的个倍频程或至z z的个的个倍频程的隔声量作算术平均，叫倍频程的隔声量作算术平均，叫平均隔声量平均隔声量平均隔声量作为一种单值评价量，在工程设平均隔声量作为一种单值评价量，在工程设计应用中，由于未考虑人耳听觉的频率特计应用中，由于未考虑人耳听觉的频率特性以及隔声结构的频率特性，因此尚不能性以及隔声结构的频率特性，因此尚不能确切地反映该隔声构件的实际隔声效果，确切地反映该隔声构件的实际隔声效果，例如，两个隔声结构具有相同的平均隔声例如，两个隔声结构具有相同的平均隔声量，但对于同一噪声源可以有相当不同的量，但对于同一噪声源可以有相当不同的隔声效果隔声效果(4)(4)隔声指数隔声指数隔声指数（
4、隔声指数（IaIa）是国际标准化组织推荐的对隔）是国际标准化组织推荐的对隔声构件的隔声性能的一种评价方法隔声结构的空声构件的隔声性能的一种评价方法隔声结构的空气声隔声指数按以下方法求得：气声隔声指数按以下方法求得：先测得某隔声结构的隔声量频率特性曲线把先测得某隔声结构的隔声量频率特性曲线把所测得的隔声曲线与一簇参考折线相比较，求出满所测得的隔声曲线与一簇参考折线相比较，求出满足下列两个条件的最高一条折线，该折线的号数即足下列两个条件的最高一条折线，该折线的号数即为隔声指数为隔声指数IaIa值值在任何一个倍频程上，曲线低于参考折线的在任何一个倍频程上，曲线低于参考折线的最大差值不得大于最大差值不
5、得大于8dB8dB对全部个倍频程（对全部个倍频程（z z）曲线低于折线的差值之和不得大于）曲线低于折线的差值之和不得大于dBdB用平均隔声量和隔声指数分别对图中两用平均隔声量和隔声指数分别对图中两条曲线的隔声性能进行评价比较可以求出两种隔条曲线的隔声性能进行评价比较可以求出两种隔声墙的平均隔声量分别为声墙的平均隔声量分别为. .dBdB. .dBdB，基，基本相同按这上述方法求得它们的隔声指数分别为本相同按这上述方法求得它们的隔声指数分别为和，显然隔声墙的隔声性能要优于隔声和，显然隔声墙的隔声性能要优于隔声墙墙(5)(5)插入损失插入损失 插入损失定义为：插入损失定义为：离声源一定距离某处测得
6、的隔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LW1LW1和设置后的声功率和设置后的声功率LW2LW2之差值，记作，之差值，记作，即：即：插入损失通常在现场用来评价隔声罩，隔声屏障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等隔声结构的隔声效果一、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为：分别为：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的声压和质点速度分别为：度分别为：声波透过隔层后在另
7、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=0x=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件可得到：条件可得到：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个等式联立求解，得到：个等式联立求解，得到：如果如果D，即，即k2D 1，则，则sink2Dk2D，cosk2D1，有由于，有由于p1c1 p2c2，上式可简化，上式可简化为：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，则有：，则有：所以该所以该固体媒质固体媒质的隔声量
8、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。 实际工程实际工程中，需要估算单层墙对各频率的平均隔中，需要估算单层墙对各频率的平均隔声量，在入射频率声量，在入射频率100-3200Hz范围内求平均，用范围内求平均，用平平均隔声量均隔声量表示，则：表示，则：M200kg/m2M200kg/m23 吻合效应吻合效应(1)(1)弯曲波弯曲波声波在空气中传播时，只存在压缩波，即声波在空气中传播时，只存在压缩波，即纵波纵波，而声音在固体介质中传播时，固体质元既有纵向而声音在固体介质中传播时，
9、固体质元既有纵向的弹性压缩，也有横向的弹性切变，两者结合作的弹性压缩，也有横向的弹性切变，两者结合作用，会在介质中产生一种用，会在介质中产生一种弯曲波弯曲波设弯曲波的波长为设弯曲波的波长为b b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：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，将激起构件的度入射到构件上时，将激起构件的弯曲振动弯曲振动，当一定频率的，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，构件的弯曲振动及向另一面的声辐射都达振动产生吻合时，构件的弯曲振动及向另一面的
10、声辐射都达到极大，相应到极大，相应隔声量隔声量为极小，这一现象称为为极小，这一现象称为“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，若发生吻合效投射到构件上时，若发生吻合效应，则有：应，则有：1）当入射波频率）当入射波频率高于高于b对应的频率时，均有其相应对应的频率时，均有其相应的吻合角度产生吻合效应；的吻合角度产生吻合效应；2）当入射波频率）当入射波频率低于低于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时，由于时，由于sin值不可能大值不可能大于于1，便不会产生吻合效
11、应。，便不会产生吻合效应。b为薄板为薄板自由弯曲波长自由弯曲波长(2)(2)吻合效应吻合效应当入射声波以当入射声波以角向墙体表面入射时，其同一波阵面的角向墙体表面入射时，其同一波阵面的各点是先后到达墙体表面的，或者说在同一时刻入射波在墙各点是先后到达墙体表面的，或者说在同一时刻入射波在墙面上各点的位相是不同的面上各点的位相是不同的对墙体上某一点，当入射波两个相邻同位相波阵面经过该点对墙体上某一点，当入射波两个相邻同位相波阵面经过该点的时间，正好和弯曲波在墙内沿横向传播的周期相同时，即的时间，正好和弯曲波在墙内沿横向传播的周期相同时，即当当b bsinsin时，声波对墙体的作用与墙体的弯曲波振时
12、，声波对墙体的作用与墙体的弯曲波振动相吻合，则墙体的弯曲振动达到极大值；动相吻合，则墙体的弯曲振动达到极大值；由于墙体振动而向墙的另一侧辐射的声能也达到最大值，从由于墙体振动而向墙的另一侧辐射的声能也达到最大值，从而使隔声量大大降低这种因声波入射角度造成的声波作用而使隔声量大大降低这种因声波入射角度造成的声波作用与隔墙中弯曲波传播速度相吻合而使隔声量降低的现象，叫与隔墙中弯曲波传播速度相吻合而使隔声量降低的现象，叫做做吻合效应吻合效应 固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的弹性性质所决定，因固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的弹性性质所决定，因此引起吻合效应的条件由声波的频率与入射角决定产生此引起吻
13、合效应的条件由声波的频率与入射角决定产生吻合效吻合效应的频率应的频率c c为：为： c cc2/2c2/2sin212(1-2)/ED21/2sin212(1-2)/ED21/2 式中：式中：c c声速，声速，m/sm/s厚度，厚度，m m密度，密度，kgkgm3m3 E E杨式模量，杨式模量，N/m2N/m2 泊松比泊松比由于由于sinsin，故只有在，故只有在bb的条件下才能发生吻合的条件下才能发生吻合效应，当效应，当=b=b时，相应的频率时，相应的频率c0c0是产生吻合效应的最低是产生吻合效应的最低频率，称为吻合效应的频率，称为吻合效应的临界频率临界频率，此时，此时sinsin，低于这，
14、低于这一频率的声波就不会产生吻合效应根据上述条件，并考一频率的声波就不会产生吻合效应根据上述条件，并考虑一般情况下泊松比虑一般情况下泊松比的值约为的值约为. .，即（，即（），于是可以求得吻合效应的临界频率的近似值为：，于是可以求得吻合效应的临界频率的近似值为：c0=c2/2D (12/E)1/2=0.556c2/D(/E)1/2c0=c2/2D (12/E)1/2=0.556c2/D(/E)1/2 在频率等于在频率等于c0c0及大于及大于c0c0的某些频率范围内，会出的某些频率范围内，会出现一些隔声量的低谷，叫现一些隔声量的低谷，叫“吻合谷吻合谷” 固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的固体隔墙
15、中弯曲波的波长由固体本身的弹性性弹性性质质所决定，引起吻合效应的条件由所决定，引起吻合效应的条件由声波的频率声波的频率与与入入射角射角决定。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，其频率有关，其频率特性取决于隔声墙本身的特性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、材材料的内阻尼料的内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
16、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 质量控制区质量控制区是隔声研究的重要区域。在这是隔声研究的重要区域。在这一区域，构件面密度越大，其惯性阻力也越一区域，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。通大，也就不易振动，所以隔声量也越大。通常把隔声量随质量增大而递增的规律，称为常把隔声量随质量增大而递增的规律，称为隔声的隔声的“质量定律质量定律”。. . .单层隔声墙的频率特性单层隔声墙的频率特性单层匀质密实墙的隔声性能与入射波的频率有关，其频率单层匀质密实墙的隔声性能与入射波的频率有关，其频率特性取决于隔声墙本身
17、的单位面积的质量，刚度，材料的内阻特性取决于隔声墙本身的单位面积的质量，刚度，材料的内阻尼以及墙的边界条件等因素严格地从理论上研究隔声墙的隔尼以及墙的边界条件等因素严格地从理论上研究隔声墙的隔声性能是相当复杂和困难的，这里只做定性介绍声性能是相当复杂和困难的，这里只做定性介绍单层匀质迷失墙典型的隔声频率特性如图所示单层匀质迷失墙典型的隔声频率特性如图所示 频率从低端开始，隔声量受劲度控制，隔声量随频率频率从低端开始，隔声量受劲度控制，隔声量随频率增加而降低；随着频率的增加，质量效应的影响亦增加，增加而降低；随着频率的增加，质量效应的影响亦增加，在某些频率上，劲度和质量效应相抵消而产生共振现象在
18、某些频率上，劲度和质量效应相抵消而产生共振现象隔声曲线进入由墙板各种共振频率所控制的频段，这时墙隔声曲线进入由墙板各种共振频率所控制的频段，这时墙的阻尼起作用，图中的阻尼起作用，图中为共振基频为共振基频一般的建筑结构中，共振基频一般的建筑结构中，共振基频为很低，为为很低，为z z左右，这时板振动幅度很大，隔声量出现极小左右，这时板振动幅度很大，隔声量出现极小值，大小主要取决于构件的阻尼，称为阻尼控制；值，大小主要取决于构件的阻尼，称为阻尼控制；当频率继续增高，则质量起重要控制作用，这时隔声当频率继续增高，则质量起重要控制作用，这时隔声量随质量和频率的增加而增加，这就是所谓的质量定量随质量和频率
19、的增加而增加，这就是所谓的质量定律，称质量控制区；律，称质量控制区；而在吻合临界频率而在吻合临界频率c c处，隔声量有一个较大的降低，处，隔声量有一个较大的降低，形成形成“吻合谷吻合谷”从图中看出，在主要声音频率范围内，隔声量受质量从图中看出，在主要声音频率范围内，隔声量受质量定律控制定律控制二、双层隔墙二、双层隔墙1 1、隔声原理、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形变具有减振作用减振作用，传递到第二层墙的，传递到第二层墙的振动振动减弱，减弱
20、，从而提高墙体的总隔声量。其从而提高墙体的总隔声量。其隔声量等于两单层墙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的隔声量之和，再加上空气层的隔声量。 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，要有声计算就更麻烦了，要有九个声压方程九个声压方程，由由四个边四个边界条件界条件得到八个方程组。为讨论问题方便，只讨论得到八个方程组。为讨论问题方便，只讨论两层薄墙的透射，即两层薄墙的透射，即假定假定入射声波的波长比每层墙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都大的多，声波入射时就象活塞一样做整体运动整体运动，墙的两个面
21、上的墙的两个面上的振动速度振动速度一样。一样。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媒质质点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=0x=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：所以声波运动方程可写成：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：将将x=0x=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，即可解出入射声
22、压与透射声压幅值之比解出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：当入射声波频率当入射声波频率很低很低时，即：时，即：则：则： 当当公式公式中虚数项为中虚数项为0 0时，即时，即入射声波与透射声波同入射声波与透射声波同相相时，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，共振频共振频率率近似为：近似为：频率比频率比f0f0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。当频率提高使空气层厚度大于空气层中声波半波当频率提高使空气层厚度大于空气层中声波半波长时
23、，即长时，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，高频的传声损失由理论推出近似为：频的传声损失由理论推出近似为：其中：其中：SwSw为隔墙面积，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。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.双层结构的隔声特性双层结构的隔声特性设两隔层中间距离为，单位面积质量分别为设两隔层中间距离为，单位面积质量分别为m1m1和和m2m2，为简化分析计算，设两层单位面积的质量相等
24、，都为为简化分析计算，设两层单位面积的质量相等，都为m m，且设声，且设声波垂直入射利用声学边界条件可计算得入射声压波垂直入射利用声学边界条件可计算得入射声压pipi和最终从和最终从第二层墙透射出来的透射声压和第二层墙透射出来的透射声压和ptpt之比为：之比为： pi/pt=1+jpi/pt=1+jm/0c+(jm/0c)2(1-e-j2kD)m/0c+(jm/0c)2(1-e-j2kD) 式中：式中：k=2/k=2/是波数是波数 0c 0c是空气的特性阻抗是空气的特性阻抗通常声波的波长比两隔层间的距离大得多，即通常声波的波长比两隔层间的距离大得多，即kD1kD0N0L= 5 N=0L= 5
25、N=0 20lg (2 N )1/2/tan(2 N )1/2 +5 - 20lg (2 N )1/2/tan(2 N )1/2 +5 -0.2N00.2N0 0 N-0.2 0 N-0.2式中：式中：为菲涅尔数为菲涅尔数声程差，声程差，（a+b)-(c+d)a+b)-(c+d) 声波波长声波波长.声屏障的设计要点声屏障的设计要点声平展本身必须有足够的隔声量，声屏障对声波有三种物声平展本身必须有足够的隔声量，声屏障对声波有三种物理效应：隔声（透射），反射和绕射效应，因此声屏障的隔声理效应：隔声（透射），反射和绕射效应，因此声屏障的隔声量应比设计目标值大（量应比设计目标值大（dBdB以上）以上）
26、设计声屏障上四，应尽可能采用配合吸声型屏障，以减弱设计声屏障上四，应尽可能采用配合吸声型屏障，以减弱反射声能及其绕射声能材料平均吸声系数反射声能及其绕射声能材料平均吸声系数. .，其结构如，其结构如图所示图所示声屏障主要用于阻断直达声，为了有效地防止噪声的发声屏障主要用于阻断直达声，为了有效地防止噪声的发散，其形式有型，型，型等其中型（带遮檐）散，其形式有型，型，型等其中型（带遮檐）的效果尤为明显的效果尤为明显声屏障周边与其他构件的连接处，应注意密封声屏障周边与其他构件的连接处，应注意密封作为交通道路的声屏障，应注意景观，其造型和材质的作为交通道路的声屏障，应注意景观，其造型和材质的选用应与周围环境相协调选用应与周围环境相协调声屏障的结构设计，其力学性能（如风荷载等）应符合声屏障的结构设计，其力学性能（如风荷载等）应符合有关的国家标准有关的国家标准声屏障的高度和长度应根据现场实际情况由相关公式计声屏障的高度和长度应根据现场实际情况由相关公式计算确定算确定
