噪声污染与控制cha.ppt

第八章 隔声技术,第八章 隔声技术,8.1 噪声的评价 8.2 单层匀质密实墙的隔声 8.3 双层隔声结构 8.4 隔声间 8.5 隔声罩 8.6 声屏障,1 隔声量,(1)透射系数 将透射声强It与入射声强Ii之比定义为透射系数，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系数的平均值透射系数越小，表示透声性能越差，隔声性能越好,(2)隔声量 隔声量的定义为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隔声量等于透射系数的倒数以为底的对数： 式中：pi,pt分别为入射声压和透射声压,(3)平均隔声量 隔声量是频率的函数，同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量 在工程应用中，通常将中心频率为至z的个倍频程或至z的个倍频程的隔声量作算术平均，叫平均隔声量,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，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隔声效果,(4)隔声指数,隔声指数（Ia）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，该折线的号数即为隔声指数Ia值,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8dB 对全部个倍频程（z）曲线低于折线的差值之和不得大于dB 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声墙的平均隔声量分别为.dB.dB，基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墙,(5)插入损失,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LW1和设置后的声功率LW2之差值，记作，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,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分别为：,空气反射声波和质点速度方程分别为：,在固体媒质中的透射波及反射波的声压和质点速度分别为：,声波透过隔层后在另一侧的声压和质点速度为：,由x=0处界面上的声压连续和法向质点速度连续条件可得到：,由x=D处的声压连续和法向质点速度连续条件得：,将以上4个等式联立求解，得到：,如果D，即k2D 1，则sink2Dk2D，cosk2D1，有由于p1c1 p2c2，上式可简化为：,令Mp2D为固体媒质的面密度，公斤/米2，则有：,所以该固体媒质的隔声量为：,这即是隔声中常用的“质量定律”。公式表明：隔声量与墙体质量和声音频率有关。,实际工程中，需要估算单层墙对各频率的平均隔声量，在入射频率100-3200Hz范围内求平均，用平均隔声量表示，则：,M200kg/m2,M200kg/m2,3 吻合效应,(1)弯曲波 声波在空气中传播时，只存在压缩波，即纵波，而声音在固体介质中传播时，固体质元既有纵向的弹性压缩，也有横向的弹性切变，两者结合作用，会在介质中产生一种弯曲波 设弯曲波的波长为b,吻合效应：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，将激起构件的弯曲振动，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到极大，相应隔声量为极小，这一现象称为“吻合效应”，相应的频率为“吻合频率”。,如果一声波以一定角度投射到构件上时，若发生吻合效应，则有：,1）当入射波频率高于b对应的频率时，均有其相应的吻合角度产生吻合效应； 2）当入射波频率低于b对应的频率时，即相应的波长大于自由弯曲波长b时，由于sin值不可能大于1，便不会产生吻合效应。,b为薄板自由弯曲波长,(2)吻合效应 当入射声波以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bsin时，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； 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，因此引起吻合效应的条件由声波的频率与入射角决定产生吻合效应的频率c为： cc2/2sin212(1-2)/ED21/2 式中：c声速，m/s 厚度，m 密度，kgm3 E杨式模量，N/m2 泊松比,由于sin，故只有在b的条件下才能发生吻合效应，当=b时，相应的频率c0是产生吻合效应的最低频率，称为吻合效应的临界频率，此时sin，低于这一频率的声波就不会产生吻合效应根据上述条件，并考虑一般情况下泊松比的值约为.，即（），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)1/2 在频率等于c0及大于c0的某些频率范围内，会出现一些隔声量的低谷，叫“吻合谷”,固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的弹性性质所决定，引起吻合效应的条件由声波的频率与入射角决定。,产生吻合效应的频率和吻合效应的临界频率（sin1时）的计算见书中P.152，公式8-17和8-18。,单层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。见书中图8-5。,劲度控制、阻尼控制、质量控制、吻合控制,质量控制区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，称为隔声的“质量定律”。,.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,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，在某些频率上，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，这时墙的阻尼起作用，图中为共振基频,一般的建筑结构中，共振基频为很低，为z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； 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律，称质量控制区； 而在吻合临界频率c处，隔声量有一个较大的降低，形成“吻合谷” 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,二、双层隔墙,1、隔声原理,双层间的空气层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，空气的弹性形变具有减振作用，传递到第二层墙的振动减弱，从而提高墙体的总隔声量。其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。,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，要有九个声压方程，由四个边界条件得到八个方程组。为讨论问题方便，只讨论两层薄墙的透射，即假定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整体运动，墙的两个面上的振动速度一样。,由于忽略了墙本身的厚度，所以墙两边边界处的媒质质点应与墙体具有相同的振动速度，即当x=0时，有：,由复变函数理论，可知：,所以声波运动方程可写成：,将u1代入上式方程得到：,同样，对于x=D处的第二墙，其速度及运动方程分别为：,将x=0和x=D分别代入上述方程，经过复杂运算，即可解出入射声压与透射声压幅值之比（公式1）,所以双层墙的传声损失为：,当入射声波频率很低时，即：,则：,当公式中虚数项为0时，即入射声波与透射声波同相时，传声损失最小，此时双层墙发生共振，共振频率近似为：,频率比f0稍高时，传声损失公式可改成：,当频率更高时，公式不能成立。,当频率提高使空气层厚度大于空气层中声波半波长时，即传声损失要考虑空气和壁面的吸声，高频的传声损失由理论推出近似为：,其中：Sw为隔墙面积，S为两隔墙的总面积。,双层隔墙的实际估算见P157，公式8-28和8-29。,多层复合隔声结构,.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m1和m2，为简化分析计算，设两层单位面积的质量相等，都为m，且设声波垂直入射利用声学边界条件可计算得入射声压pi和最终从第二层墙透射出来的透射声压和pt之比为： pi/pt=1+jm/0c+(jm/0c)2(1-e-j2kD) 式中：k=2/是波数 0c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kD1时，展开指数项取前两项，得到：pi/pt=1+jm/0c-(m/0c)22kD,.共振频率 当上式虚部系数为时，pi和pt之比为，即声能几乎全部透射，这时隔声墙的质量与中间空气层耦合，产生共振，可求得共振频率为： c/2(20/mD)1/2 当声波以角入射时：，c/2cos(20/mD)1/2 若两隔层的单位面积质量m1和m2不相等，则： c/20(m1+m2)/m1m2D1/2=c/20D(1/m1+1/m2)1/2,入射声波频率低于共振频率 当入射声波的频率低于共振频率fo时，式右边虚部的第二项可以略去，这时得到隔声量为： 1+(wmOc)2 与式比较，可以看出上式就是单位质量为的单层墙的质量定律，也就是说，这时候的双层墙的隔声效果，相当于把两个单层隔墙合并在一起，中间没有空气层一样,入射声波频率高于共振频率,当入射声波的频率高于共振频率fo时，式右边虚部的第一项可以略去，这时得到隔声量为： lg(wm/c)4(2kD)2=TL1+TL2+20lg(2kD) 相当于两个隔墙单独的隔声量之和再加上一个值这表明，如果把一个隔层一分为二，分开一定距离时，总的隔声量将大为增加,当频率更高，不能满足Kd时，式不再成立，此时式可表示为： pi/pt=1+j*wm/oc+(jwm/oc)22sinkD(sinkD-jcoskD) 可以看出，当入射声波波长和两隔墙之间距离成一定倍数时，隔声量会出现极大极小值的交替变化当kD=n时，即是半波长整数倍时，就得到，当kD=(2n+1)/2时，即为波长的奇数倍时，lg2(m/20c)2 相当于两个单独隔墙的隔声量之和再增加dB,.多层复合隔声结构,在噪声控制工程中，常用轻质多层复合板，它是由几层面密度或性质不同的板材组成的复合隔声结构，通常上用金属或非金属的坚实薄板做护面层，内部覆盖阻尼材料，或填入多孔吸声材料，或空气层等组成,多层复合板的隔声性能较组成它的同等重量的单层或双层有明显的改善，这主要是由于： 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，阻抗相差越大，反射声能越多，透射能量就越小 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 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，改善共振区与吻合区的隔声低谷效应，因而总的隔声性能可大大提高,第八章 隔声技术,8.1 噪声的评价 8.2 单层匀质密实墙的隔声 8.3 双层隔声结构 8.4 隔声间 8.5 隔声罩 8.6 声屏障,.隔声间的降噪量,隔声间通常包括隔声，吸声，消声器，阻尼和减振等几种噪声控制措施的综合治理装置，用于评价隔声间综合降噪效果的一个物理量是插入损失，它是被保护者所在处安装隔声间前后的声压级之差，即： 10lg 式中：隔声间内表面的总吸声量，m2 隔声间内表面的总面积，m2 隔声间的平均隔声量，即： lgSi/Si10-0.1TLi 式中：Si第i个构件的面积m2 TLi第i个构件的隔声量，dB,. 隔声门,.隔声门的构造 隔声门，首先要有足够的隔声量，还要保证门的开启机构灵活方便，在满足这两个条件下，门窗不要做得过重，门扇与门框之间的密封要好通常隔声门做成双层轻便门，并在两层间加吸声处理，采用多层复合结构常见隔声门的结构如图所示，隔声特性见表,.门缝密封 门缝对门的隔声性能有很大的影响，隔声门的密封方法应该根据隔声要求和门的使用条件确定，例如人员出入较少的锅炉鼓风机引风机隔声间的门可以采用隔声效果较好的双企口压紧橡皮条的密封方法，而人员出入较频繁的隔声操作室就不宜使用这种方法，因为人们会由于开关不方便而不去压紧橡皮条，结果这种门等于没有密封，达不到隔声的目的,.隔声窗,隔声窗一般采用双层和多层玻璃作成，其隔声量主要取决于玻璃的厚度（或单位面积玻璃的质量），其次是窗的结构，窗与窗框之间，窗框和墙壁之间的密封程度，据实测，mm厚的玻璃的隔声量是dB，mm厚的玻璃的隔声量为dB，因此，采用两层以上的玻璃，中间夹空气层的结构，隔声效果是相当好的,设计隔声窗应该注意以下几方面： 多层窗应选用厚度不同的玻璃板以消除调频吻合效应 多层窗的玻璃板之间要有较大的空气层时间证明，空气层厚cm时效果不大，一般取cm，并应在窗框周边内表面作吸声处理 多层窗玻璃之间要有一定的倾斜度，朝声源一面的玻璃作成倾斜，以消除驻波 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，还能起有效的阻尼作用，以减少玻璃板受声激振透声 两层玻璃间不能有刚性连接，以防止“声桥”目前市场上有一种真空玻璃，隔声效果好，可直接用于隔声窗,三、门窗和孔隙对墙体隔声的影响,隔声量由声能透射系数决定，组合件的隔声量由组合件的平均声能透射系数决定。组合件的平均透射系数为：,例如：在一垛总面积为22米2的砖墙上有一扇2米2的普通木门，对中心频率为1000Hz的倍频带声能，其透射系数分别为10-5和10-2，即隔声量分别为50dB和20dB。此时组合墙的平均透射系数为：,因此，组合墙的总平均隔声量为：,(dB),四、隔声间的降噪量（墙壁有吸声性能的情况下）,其中，A为隔声间内表面的总吸声量， S为隔声间内表面的总面积， 为隔声间的平均隔声量。,例：某隔声间对噪声源一侧用一堵22m2的隔声墙相隔，该的传声损失为50dB，在墙上开一个面积为2m2的门，该门的传声损失为20dB，又开了一个面积为4m2的窗户，该窗户的传声损失为30dB。求开了门窗之后使墙体的隔声量下降了多少？,解：由传声损失可知，墙、门和窗的透射系数分别为10-5、10-2和10-3，所以隔声墙组合体的平均透射系数为：,则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降为：,第八章 隔声技术,8.1 噪声的评价 8.2 单层匀质密实墙的隔声 8.3 双层隔声结构 8.4 隔声间 8.5 隔声罩 8.6 声屏障,. 隔声罩的插入损失,隔声罩的降噪声效果一般用插入损失来表示对于全封闭的隔声罩，可近似用下式计算：IL=10lg(1+100.1TL) 式中：内饰吸声材料的吸声系数 隔声罩罩壁的隔声量，dB 对于局部封闭的隔声罩，插入损失为：IL=TL+10lg+10lg(1+S0/S1)/(1+S0100.1TL/S1) 式中：和分别为非封闭和封闭面的总面积，m2 一般固定全封闭型的隔声罩的插入损失约为dB；活动全封闭型为dB，局部封闭型约为dB，带通风散热消声器的则约为dB,.隔声罩的设计要点,隔声罩的技术措施简单，降噪效果好，在噪声控制工程中广为应用，在设计和选用隔声罩时应注意以下几个方面： 罩壁必须有足够的隔声量，且为了便于制造安装维修，宜采用.mm厚的钢板或铝板等轻薄密实的材料制作 用钢或铝板等轻薄型材料作罩壁时，须在壁面上加筋，涂贴阻尼层，以抑制和减弱共振和吻合效应的影响 罩体与声源设备及其机座之间不能有刚性接触，以免形成“声桥”，导致隔声量降低同时，隔声罩与地面之间应进行隔振，以降低固体声,开有隔声门窗，通风与电缆等管线时，缝隙处必须密封，并且管线周围应有减振，密封措施 罩内要加吸声处理，使用多孔松散材料时，应有较牢固的护面层 罩壳形状恰当，尽量少用方形平行罩壁，以防止罩内空气声的驻波效应，同时，罩内壁与设备之间应留有较大的空间，一般为设备所占空间的以上，各内壁面与设备的空间距离不得小于cm，以免耦合共振，使隔声量减小 当被罩的机器设备