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噪声污染控制技术 第一章噪声控制基础第二章室内声学知识第三章常用噪声评价量及标准第四章吸声第五章隔声第六章消声第七章隔振与阻尼第八章噪声环境影响评价第九章噪声的测量 前言1 开设理由 环境工程专业必修课 2 本课程主要内容 噪声的概念 声学特征 传播特性 控制的基本途径 噪声评价与标准及噪声测试技术 隔声 吸声 消声 隔振与阻尼 噪声的测量等 3 教学计划及进度安排教学计划 本课程共3学分 48学时 由讲课 参观 实验组成 其中讲课28学时 参观及实验20学时 进度安排 与教科书中内容的顺序有所不同 请大家务必记好笔记 重点章节将联系出去参观和实验 以强化大家的知识结构 4 考核平时成绩40 考勤 5 作业 20 纪律 5 实验 10 期末闭卷考试60 第1章噪声控制基础 第一节噪声及其类型第二节噪声的传播第三节声音的计量第四节倍频程的划分第五节人耳的听觉性第六节噪声的控制途径 中华人民共和国环境噪声污染防治条例 规定 环境噪声是指在工业生产 建筑施工 交通运输和社会生活中所产生的影响周围环境的声音 声音是由物体的振动产生的 第一节噪声及其类型 1 1 1声音的产生 声音的三要素为声速 频率和波长其中 1 1 2声音的三要素 频率的分段 20Hz 次声波 20 20000Hz 人耳可闻声 20000Hz 超声波 凡是不需要的 影响人们生活 学习 工作 起干扰作用的声音都称为噪声 根据影响程度 可分为过响声 妨碍声 不愉快声 无影响声 根据噪声源 可分为工业噪声 交通噪声和生活噪声 1 1 4噪声的类型 1 1 3噪声的概念 1 干扰听觉 甚至对听觉造成损害 2 对神经系统 心脑血管系统有一定的影响3 影响生活 工作 学习 使人容易烦躁 疲劳和干扰人的注意力4 对建筑物产生破坏 如震碎玻璃 1 1 5噪声的危害 声波的表示 声波是纵波 但人们常用横波演示及用箭头表其方向和大小 声音的传播 靠介质 如空气 水 钢铁等 我们主要研究空气传声和结构固体传声 第二节噪声的传播 1 2 1声波 1 2 2 1自由声场声波在同性均匀介质中传播 在各个方向上都没有反射而形成的声场 是一种理想化的声场 在自然界中不存在 1 2 2 2扩散声场声波接近全反射的状态 室内各处声压几乎相等 声能密度也处处均匀相等 1 2 2 3半自由声场介于以上二者之间 是实际工程中遇到最多的情况 1 2 2声场 只有当波长比障碍物大得多时 可发生绕射 声波遇到障板时 只有当其波长小于或远小于障板尺寸时声波才会被反射 1 2 2声音的绕射 1 2 3反射及其系数 1 声波反射遵循光反射三定理 A入射线 反射线 法线三线共面 B入射线 反射线各在法线一侧 C入射角 反射角相等 2 声反射系数式中 I 入射到障板材料的声能Ir 从障板材料反射的声能r 该障板材料的声反射系数 声反射系数r与障碍物的光滑度 密度以及形状等密切相关 声波可以透过任何障板 声透射系数 式中 I 入射到障板的声能I 透过障板的声能 障板的声透射系数 1 2 4透射及其系数 任何材料都有吸声的性能 吸声系数 式中 I 入射的声能Ia 吸收的声能I 透射的声能a 吸声系数 1 2 5吸声及其系数 很明显 当声源固定 不同方向声音大小有变化的现象叫做声源的方向性 声音都有方向性 高频声更明显 1 2 6方向性 1 3 1 1声功率 定义 垂直于声波传播方向上的指定面积的声能量 一般指声音的总功率 符号是W 单位是瓦 W 毫瓦 mW 等实际上 声音的功率很小很小 如歌唱演员其声功率为100 300 W 女高音大喊也仅为1 7mW 第三节声音的计量 1 3 1声功率和声功率级 1 3 1 2声功率级符号是Lw 单位分贝 dB 例 某声源声功率为10mW求其声功率级 解 Lw 10lg 10 10 3 10 12 10lg 1010 100lg10 100dB 不难吧 1 3 2 1声强定义 垂直于声波传播方向上的单位面积上的声功率 符号是I 单位是W m2说明 声音的相加可以将其声功率 声能直接相加 1 3 2声强和声强级 例 如果声音的传播进行中没有任何阻挡 则叫做自由场 在自由场中 声源功率为100mW 那么距声源3m处的声强是多少 解 距声源3m处形成的界面面积是以3m为半径的球面积 即4 r2 所以 声强 100 10 3 4 32 100 10 3 36 8 84 10 4W m2 挺简单的吧 1 3 2 2声强级其中 符号是LI 单位分贝 dB 试求上例的声强级是多少 解 LI 10lg 8 8X10 4 10 12 10lg 8 8X108 89 4dB 动动笔 1 3 3 1声压定义 由于声音的存在导致大气压的变化值符号是P 单位是Pa 1 3 3声压和声压级 1 3 3 2声压级其中 声压级的符号是LP 单位分贝 dB 例 某一声源的声压为0 2Pa 求该声源的声压级 解 Lp 20lg 0 2 2X10 5 20lg10000 20 4 80dB 口算也能算出来 I 声强 W m2P 声压 Pa 空气的密度 约为1 2kg m3C 声速 340m s 1 3 4声压与声强的关系 正确结论是 理论上 声压级与声强级永远不相等 只有在满足下列条件时才相等 即满足 C 400Kg m2秒 但在我们研究的范围内几乎可以满足此条件 所以我们可认为声压级与声强级相等 1 求可闻声的波长范围 2 当Lw LI LP均为0dB时 求此时声功率W 声强I 声压P各为多少 如果Lw LI LP均为80dB时 W I P又各为多少 3 已知W 0 02瓦 在点声源自由场情况下 求距声源4m处的声强及声强级 4 依上题 求距声源5m处的声压及声压级 5 依上题 问声压级为74dB处距声源多远 6 点声源 自由场的情况下试求出两声压级之差与距离的关系 7 点声源 自由场的情况下试求距离加倍声压级的变化规律 8 某点声源 自由场 距声源10m处声压级为80dB 问距80m处声压级为多少 练习 1 数理计算法 将声压级视为声强级 由声强级算出声强 将声强相加 再求出最后声强级即声压级 2 查表法 在较大的声压级上加上一个差值 只能两两相加 可从小到大 也可从大到小 1 3 5分贝的相加 3 两个相同分贝数的相加 两个相同dB值的和 该dB值 10Lg2如两个50dB值的和 50 3 53 dB 4 多个相同分贝数的相加N个dB值的和 dB值 10LgN如3个50dB值的和 50 10Lg3 50 4 7 54 7 dB 5 若两个分贝相差值大于10 则两分贝之和为较大分贝值 人们用dB作声计量单位的原因 1 声压量程变化太大 而化为dB则大大压缩为0 120dB范围 2 dB的变化接近人耳的变化 9 70dB 70dB 10 0dB 0dB 1dB 1dB 11 81dB 83dB 12 70dB 73dB 13 30dB 40dB 50dB 60dB 14 56dB 50dB 52dB 15 5个20dB的声音相加 16 10个90dB的声音相加 练习 1 划分意义 人耳对各频段的声音敏感度不同 根据实际测量需要 对可闻声频率进行频段的划分 2 划分依据 依测量粗细而定3 中心频率 每个频段的居中代表频率 一定要含有1000Hz 再向前及向后推算 第四节倍频程划分 4 倍频程划分的命名这里的K我们就称为倍频程数 如K 1 称为1倍频程 所以 21 2 可以推出人耳可听频率范围内的各个中心频率 31 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k 如K 1 3 则称为1 3倍频程 所以21 3 1 25 所以各中心频率为 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 一定要搞懂 5 常用的倍频程 1 1倍频程 2 1 3倍频程 6 频段的划分及范围1倍频程时中心频率所包含的频率范围是上下各1 2倍频程 即21 2 1 414 例如 中心频率为1KHz时 其频段所包含的频率范围为1000X1 41 1414Hz到1000 1 41 707Hz 余此类推 2 1 3倍频程时中心频率所包含的频率范围是上下各1 6倍频程 即21 6 1 12 例如 中心频率为1KHz时 其频段所包含的频率范为1000X1 12 1120Hz到1000 1 12 893Hz 余此类推 7 噪声频谱图是一组曲线 横坐标是频段 纵坐标是声压级 17 写出2倍频程的全部中心频率值 18 三分之一倍频程时中心频率为500赫兹 它所代表的频段范围是多少 19 试绘制下列的测试数据的频谱图 练习 1 5 1响度 响度级 1 响度响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念 响度的单位是宋 我们将1宋定义为声压级为40dB 频率为1000Hz 且来自于听者正前方平面波的强度 第五节人耳听觉特性 2 响度级响度级 Ln 是建立在两个声音的比较上的 如果某一频率的声音和声压级为a分贝 频率为1000Hz的纯音听起来是一样响的 那么这一频率声音的响度级为a 响度级的单位是方 宋与方的关系 S 20 1 方 40 等响曲线是通过与基准声音的比较而得出的 通过这种比较 得出了在人耳听觉范围内的一系列的响度级相等的声频率与声压级的关系曲线 即等响曲线 1 5 2等响曲线 等响曲线 通过这个等响曲线我们可以得出哪些信息 1 每一条等响曲线的方数 响度级 都是相同的 方数即为1000Hz纯音的声压级 2 在3500Hz附近人耳最敏感3 人耳对低频声不敏感4 在高方时人耳的不敏感性减弱 5 人们共同约定以40方曲线代表人耳的听觉 1 5 3 A 计权曲线 是40方的倒曲线1 A 声级 以 A 计权曲线为准的测声的值 模拟人耳的值 写作LA 特点 对低频成分衰减很多2 C 声级 对低频成分衰减很少 近似于客观总声级 写作LC3 声级不是声压级的简称4 声级计 是测声级的仪器 5 测 A C 声级可定性声音 1 A C 噪声频率在3500Hz左右6 声音的阈 范围1 起始听阈0方2 敏感阈0方 120方3 痛阈120方以上 7 听力损失 是指人们听觉起始上移的现象 如原来在某一频率可以听5方 后来由于听力受损而只能听25方以上的声音 我们称之为听力损失了20方 有时也称之为20分贝 20 70方等响曲线上1kHz的声压级是多少 21 某噪声源经分析主要成分为50Hz 其声压级为110dB 问其LA LC 22 某噪声源经分析主要成分为1KHz90dB问其LA LC 练习 1 应用新材料 改进机械设备的结构2 改革工艺和操作方法3 提高零部件加工精度和装配质量1 利用闹静分开的方法降低噪声2 利用地形和声源的指向性降低噪声3 利用绿化降低噪声4 采取声学控制手段 1 6 1治理噪声源 第六节噪声控制的基本途径 1 6 2控制传播途径 1 6 3 1耳塞1 6 3 2防声棉1 6 3 3耳罩和防声头盔1 6 3 4隔声岗亭 1 6 3接收点防护 补充 分贝的相减实际上 在噪声的测量过程中常常受到外界噪声的干扰 所以 在测量真实噪声源的声压级时 需要将测得的总的声压级减去背景声压级 从而得到真实噪声源的声压级 例题 在某点测得机器运转时的声压级为90dB 当机器停止时的声压级为86dB 求机器真实的声压级 解 分贝的平均实际上 对于同一地点所测得的声压级往往是不相同的 所以 需要对多次测量的结果进行平均 算出平均声压级 计算公式 例 某声源测量得到的声压级值为100dB 98dB 95dB和97dB 试求测量点的平均声压级 解 第2章室内声学知识 第一节混响时间第二节室内声压级的计算 混响是围蔽空间里的声学现象 在室内声源停止发声后 声音还要经过多次的反射与吸收 最终才消失 声源停止发声后可以听到声音的延续就是混响 第一节混响时间 1 室内反射界面 室内有很多反射界面 要求其反射能有助于噪声控制 所以需要很好地设计 2 室内吸声界面 室内有很多吸声界面 要求其吸收一定的声音有助于人们的听音 所以需要很好地设计与计算 2 1 1室内反射界面及吸声界面 混响时间要点 是音质设计的最重要的第一指标 1 室内声音的三态A 增长B 稳态C 衰减 2 1 2混响时间 2 混响时间 1 定义 室内声音达到稳态后 声源停止发声 声音衰减下来60dB所经历的时间 混响时间大好还是小好 2 混响时间的简易公式 式中 V房间体积m3si相应各界面面积m2ai相应各界面的吸声系数所有界面的平均吸声系数S所有界面的面积总和m2 注 即各个界面的面积与其各自的吸声系数乘积的总和再除以总界面面积 例 有一矩形厂房 其长 宽 高各为18 12 5m 天花板吸声系数为0 4 地面为0 05 墙面为0 25 试求其空场混响时间 解 V 18 12 5 1080m3as 18 12 0 4 18 12 0 05 18 12 2 5 0 25 172 2m2T 0 16 1080 172 2 1秒 3 混响时间的标准公式 如上例 试求平均吸声系数解 172 2S 18 12 2 18 12 2 5 432 300 732所以 172 2 732 0 235 所以T60 0 161 1080 732 ln 1 0 235 0 89 自由场 声波传播中不受任何阻挡 只有直达声没有反射声 扩散场 只有反射声 半自由场 介乎以上二者之间 第二节室内声压级的计算 2 2 1声场 计算公式 LP LW 10lg Q 4 r2 4 R 式中 Lw 声源声功率级 dBQ 声源指向性因数 见书P104 r 声源至测点距离 m R 房间常数 aS 1 a a为平均吸声系数 且上式中Q 4 r2决定了直达声 4 R决定了反射声 2 2 2室内声压级的计算 在上式中 当Q 4 r2 4 R 即测量点距声源很近时 接收点以直达声为主 当Q 4 r2 4 R 即测量点距声源很远时 接收点以混响声 反射声 为主 特别的 当Q 4 r2 4 R时 直达声和混响声相等 此时的r即为混响半径记为rc解得rc 0 14 2 2 3混响半径 如何改写上式 例题 某厂房其长 宽 高 分别为30 18 8m 室内所有界面的平均吸声系数为0 2 在厂房地面上有一声源 求混响半径 说明 声源位于房间的不同位置时 由于界面反射而使声级增加倍数 如音箱在空中悬挂时 指向性因数Q等于1 位于一面墙或地面上时 Q等于2 位于两墙面交线上时 Q等于4 位于三面墙角时 Q等于8 解 S 2 30 18 30 8 18 8 1848m2查表得Q 2所以R 0 2 1848 1 0 2 462所以 此值的意义 例 一厂房房间常数为230 地面上有一噪声源 其功率为0 1W 求混响半径 求距声源0 5m 4m 13m处声压级各为多少 1 某车间地面中心处有一声源 已知500Hz的声功率级为90dB 该频率下的房间常数为50m2 求距声源10m处的声压级 练习 2 已知房间尺寸为60m 45m 12m 对于500Hz的声音 屋顶 地面 墙面的吸声系数 1 2 3分别为0 3 0 2 0 4 在房间中央有一声功率为1W的点声源 试求 1 标准公式下的混响时间 2 房间内对500Hz的平均吸声系数 3 房间常数R为多少 4 混响半径rc为多少 5 距离声源6m处的声压级 第3章常用的噪声评价量及标准 1 评价量 是指用物理量去评价事物 如体检评价量有身高 体重 血压 脉搏等 2 评价标准 是标准数字 如血压高压不能超过140等等 第一节评价量与评价标准 1 LA 即代表人耳听觉的A声级 2 等效连续A声级 是用数学方法把一个规定时间段内的波动起伏噪声的A声级求得一个与其等效的数值A声级 符号是Leq公式推导 用算术例题推导法进行计算 第二节常用的噪声评价量 式中 ti每个Li所持续的时间 T总的测量时间ni每个Li占的所测试读数的个数 N测量时间段内总的测试读数的个数 例题 某场合 测得一小时内的噪声统计如下 试求其LeqLA1 85dB占40分钟LA2 90dB占10分钟LA3 95dB占10分钟解法 Leq 10lg 40 60 108 5 10 60 109 10 60 109 5 10Lg 2 3 108 5 1 6 109 1 6 109 5 89 6dB 例题 某车间在八小时内测得A声级统计如下 求其Leq LA1 85dB占4小时 LA2 90dB占2小时LA3 95dB占1小时 LA4 100dB占1小时解 Leq 10lg 4 8 108 5 2 8 109 1 8 109 5 1 8 1010 89dB 注意 凡Leq增加3dB的同时工作时间减半 与原等效连续A声级Leq0是等效的 证明 设原等效连续A声级Leq0 a 则时间减半 等效连续A声级增加3dB后的Leq1 a即证明10lg 1 2 10 a 3 10 a 因为10lg 1 2 10 a 3 10 10lg 1 2 10lg10 a 3 10 a 因为10lg 1 2 10 a 3 10 10lg 1 2 10lg10 a 3 10 10lg2 10 a 3 10 3 a 3 a 所以获证 3 噪声评价曲线 是用一组噪声频谱图来评价噪声 4 百分统计噪声LN 用于交通噪声的评价 是将所测得的噪声数据由大到小排列 依其比例的10 50 90 分别记为L10 L50 L90 称L10为峰值 L50为中值 L90为本底值 此时的Leq L50 L10 L90 2 60注意 百分统计噪声LN不能用于稳态噪声 5 语言干扰级符号是SIL 以500Hz 1000Hz 2000Hz为中心频率的声压级的平均值 计算公式 6 噪声污染级 用于交通噪声的评价 许多实践表明 涨落噪声所引起的烦恼程度大于等能量的噪声 所以 需要用一个既能反映噪声平均大小 又能反映其高低变化程度的评价量去评价噪声对人类的影响 一般用来评价航空或道路的噪声 符号是LNP LNP Leq K K 2 56 为标准偏差 7 交通噪声指数 P59 是城市道路交通噪声评价的一个重要指标 以24h为周期进行的统计 符号是TNITNI 4 L10 L90 L90 30dB第一项表示噪声的起伏变化程度第二项背景噪声状况第三项为修正值 8 昼夜等效声级 等效声级是衡量人群受噪声暴露影响大小的重要的物理量 但是 用等效声级评估噪声时 有时也会低估噪声的效应 所以 为了更好的评价城市环境噪声 在其基础上 提出了昼夜等效声级这一评价量 符号是Ldn式中Ld白天噪声的LeqLn夜晚噪声的Leq 1 某纺织厂工人在一个工作日暴露于92dB A 噪声中3h 95dB A 噪声中4h 其余时间均在75dB A 的环境中 求该工人一个工作日所受噪声的等效连续A声级 2 甲地区白天等效连续A声级为63dB 夜间为50dB A 乙地区白天等效连续A声级为61dB 夜间为53dB 请问哪一地区的噪声环境对人们的影响更大 3 P73第16题 练习 第4章吸声 第一节吸声原理第二节吸声减噪设计 4 1 1多孔吸声材料4 1 2薄板共振吸声结构4 1 3穿孔板共振吸声结构 4 1吸声原理 运用吸声材料降低噪声的途径就是减小声波在室内的反射强度和次数 从而达到降噪的目的 功能 改善音质 减低噪声1 吸声系数 Ei Er Ei式中 Ei 入射声能 Er 反射声能 与吸声材料和入射声波频率有关 取值范围 00 2 吸声材料 0 5 理想的吸声材料 2 吸声系数 的测量 垂直入射吸声系数 驻波管法测吸声系数 0 与材料实际相差较远 不具有代表性 斜入射系数 应用不多 无规入射系数 m 混响室法测吸声系数 接近材料实际状况 具有普遍意义 5 吸声系数表 P95 P97 6 吸声量 材料的吸声量为该材料的面积乘以该吸声系数以 S或A表示 1 吸声机理 声波入射到多孔吸声材料内引起材料内孔洞空气的振动 空气变热消耗了声能 2 主要吸收中高频声 4 1 1多孔吸声材料 3 材料的分类 A纤维的 a无机的 常用的有玻璃棉 玻璃丝 矿渣棉 岩棉 以及制成的各种成品 b 有机的 棉麻下脚 稻草 椰子叶 及其派生的板等 各种织物 B泡沫的 聚氨脂泡沫塑料等 C颗粒的 陶土砖 吸声砖 木屑石灰水泥等 4 影响吸声系数的因素 A材料厚度 越厚吸声越好 但也不能过厚 过厚会造成浪费 甚至对某频率的吸声效果下降 B材料密度 密度宜最佳 过密则空气空隙太少影响吸声 C材料湿度 越潮湿吸声越差 D材料背后有无空腔 如材料背后设有空腔 不但提高吸声系数还会改善对低频声的吸声性能 5 其他吸声体 1 吸声粉刷 如按一定的比例将熟石灰 木屑 水混合后粉刷在墙体上 2 吸声尖劈 形状如劈 吸声系数特别高 甚至接近1 0 多用于消声室以创造自由声场做测量用 3 空洞 如通风口 舞台口 4 窗帘 吸高频声 5 地毯 吸高频声 6 家具 其吸声系数以件计 7 人体 是吸声系数很高的吸声体 8 可变吸声体 为得到不同的吸声量在同一处可改变其界面而改变其吸声系数以满足不同的声学要求 9 空间吸声体 是以各种材料各种形状制成的悬吊在空中的吸声体 以补充墙面的不足 1 由各种薄板距墙一定空腔形成 2 吸声机理 共振吸声3 主要吸收低频4主吸频率 其中 M薄板的面密度 kg m2D空气层厚度 cm常取薄板厚度3 6mm 空气层厚度为30 100mm 其吸声系数一般为0 2 0 5 4 1 2薄板共振吸声结构 5 板材种类可做成板共振的板材基本上不限 几乎任何板材均可以 如木版 塑料板 纤维板 甚至于本身不吸声的金属板均可制成可吸声的板共振吸声结构 不过以木板为最好 国内 国外好的厅堂几乎全是木板做的 1 各种板以一定穿孔率穿孔距墙一定空腔即形成2 吸声机理 共振吸声 当声波入射到小孔中时 小孔中的空气在声波的作用下像弹簧一样做往复运动 从而损耗了声能 3 主要吸收中频 4 1 3穿孔板共振吸声结构 4 主吸频率 c 声速34000cm s P 穿孔率 t 板的厚度cm d 孔直径cm L 空腔厚度cm 例 有一穿孔薄板 板厚4mm 孔径8mm 孔距20mm 空腔厚100mm 求其共振频率 孔方形排列 解 5 板材种类 同板共振用材 常用的吸声材料 我国常用的吸声材料种类很多 可查阅书上的附录和各种参考手册 1 设处理前某点声压级为LP1 平均吸声系数为a1 房间常数为R1 处理后该点声压级为LP2 平均吸声系数为a2 房间常数为R2则有 4 2吸声减噪设计 所以 此时有两种情况 当r很小 即测点距声源很近时 主要考虑直达声 所以 LP即在距声源很近的点 吸声处理是无助于减噪的 当r很大时 主要考虑反射声所以 LP 对 有结论 1 在距声源远处的点 吸声处理是有助于减噪的 可以根据处理前后的平均吸声系数算出减噪量 也可以根据减噪量反求需要的吸声系数 2 当a1与a2不大时 则 LP 10lg a2 a1 所以当房间原来的吸声系数较小时 吸声处理有明显的降噪效果 当原有的吸声系数较大时 降噪效果不大 且成本高 1 求穿孔共振板吸声主频率 已知板厚6mm 孔径8mm 孔距20mm 方形排孔 板后80mm空腔 2 厚5mm 容重为800kg m3的木板 背后150mm的空腔 求其主吸声频率 练习 第5章隔声 第一节隔声原理第二节固体声的隔绝 应用隔声构件将噪声源和接收者分开 隔离噪声在介质中的传播 从而减轻噪声污染程度的技术称为隔声技术 噪声途经空气声 不会伴有固体声 不容易隔绝固体声 又称撞击声100 伴有空气声 容易隔绝 式中 透射系数 R 隔声材料的固有隔声量或传声损失 上式说明 隔声材料的透射系数越小 隔声性能越好 5 1隔声原理 1 单层实体墙的隔声 质量定律R0 20lgmf 48dB式中 m 隔墙的面密度kg m2 f 声频率Hz R0 隔声量dB从式中可看出 理论上凡频率增加一倍 或隔墙面密度增加一倍 隔声量均能提高20lg2 6dB 5 1 1单层均质壁面的隔声原理 实际上 单层匀质隔声墙不仅与墙面质量有关 还与入射声波的频率有很大关系 P122 2 单层匀质隔声墙的频率特性 当声波依次透过特性阻抗完全不同的墙体 空气介质时 造成声波的多次反射 发生声波的衰减 并且由于空气层的弹性和附加吸收作用 使振动能量大大衰减 5 1 2双层隔声墙的隔声 1 双层墙的隔声 R 20lg m1 m2 f 48 R空式中 m1 m2分别为两墙的面密度 kg m2 f声频率Hz R空空气的隔声量dB 有表可察 R双层墙的隔声量dB 2 设计双层墙应注意事项 1 避免刚性连接 以免形成声桥 2 杜绝洞孔漏声 3 双层墙厚度 材料不应相同 有时 为了避免强噪声对人们的影响 需要将噪声源围蔽在小的隔声间里 而隔声间由于采光 出入等的要求 需要设有门窗等 而门窗的隔声量一般很小 所以即使墙体隔声量很高 整体隔声间的也不会太高 所以设计时 一般使墙体的隔声量比门窗高出10dB即可 5 1 3组合墙的隔声 1 组合墙 1 定义 隔墙不是由单一种材料构成的 如墙上有门窗 2 组合墙的设计原则 等透声量法则 经济法则 wSw dSd Sw 10Sd W 墙的透射系数 d 门的透射系数SW 墙的面积m2 Sd 门的面积m2 所以10 wSd dSd 即 d 10 w 3 组合墙的计算公式 不论组合墙是否按等透声量法则设计的 均可计算出其隔声量 其中 组合墙的透射系数 Si 各部分墙的面积m2 i 各部分墙的相应的透射系数 例题1 某组合墙其墙面积为30m2 有一面积为3m2的大门 墙的隔声量为50dB 门的隔声量为20dB 求此组合墙的隔声量 解 例 某组合结构总面积为10m2 其中门占2m2 隔声量为20dB 窗占4m2 隔声量为27dB 墙占4m2 隔声量为35dB 求该组合墙体的总隔声量 4 实际隔声量式中 R0 墙的隔声量dB R 墙的实际隔声量dB ai 受声室内各界面的吸声系数 Si 受声室内各界面的面积m2 S 隔墙面积m2 5 轻质隔墙的隔声 因违背质量定律 故隔声较差 目前高强轻质是方向 故多采取其他措施 如多层 填充等 1 隔声门a 质量定律要遵循 b 门缝密封要好 如在门与门框结合处 用橡胶条等弹性材料密封 由传统的框扇结合方式改为梯形咬合等 c 声锁 是一个设在门区的很小空间 约1 2m2左右 内布满吸声材料 用以帮助门的隔声 5 1 4提高隔声间隔声能力的措施 2 隔声窗a 质量定律要遵循 b 多层窗的隔声 窗的密封 一般采用两层玻璃夹空气层的结构 c 玻璃不能等厚度 也不能两两相互平行 d 两层玻璃间避免刚性连接 1 隔声罩 作用 罩起强噪声源创造降噪环境 a 选择合适的材料和形状 b 选择金属的材料要在壁面加筋条且外皮需有阻尼材料 c 避免罩体与声源设备间刚性连接 避免留有孔洞和缝隙 罩内还应填充以多孔吸声材料 以提高隔声效果 5 1 5其他隔声构件 隔声罩减噪效果 IL R 10lgaR 罩材料的隔声量dB a 罩材料的吸声系数 IL 隔声罩减噪量dB 注意 因为a 1所以10lga为负值 因此IL R 如a太小时 IL可能为负值 此时隔声罩减噪量为负数 不但不能减噪还成了噪声放大器 当有进出风时注意加装消声器 2 隔声间 a功能 创造一个隔离噪声又能监控的安静工作室 b分类 全封闭式 半封闭式 不封屋顶 c设计要点 满足隔声要求 选好材料 注意门窗的隔声设计 注意通风换气及风口消声 3 隔声屏 有时候 由于噪声设备本身的特性 不宜用隔声罩将声源封闭起来 如高噪声大型机械设备 需要散热换气的设备等 此时 就需要设置一定长度和高度的隔声屏 a功能及原理 局部的隔声屏可以隔绝直达声对听者的干扰 长型的隔声屏多用于交通干道两旁以隔绝车辆运行时对两旁居民的干扰 利用声波遇到障碍物时发生绕射 在障碍物后方形成阴影区 对于低频声 隔声能力差 对于高频声 隔声效果好 b设计要点 根据不同需要 选择合适的隔声材料 如室内隔声 可用木板 钢板等 室外可用混凝土墙 声屏可做成固定的或可拆卸的 隔声屏面层可贴吸声材料以提高隔声量 或在隔声墙与其他构件连接处做好密封处理 隔声屏要有一定的高度 其长度至少要大于高度的1 5 2倍 越长越好 c隔声屏隔声量的计算 查图法1 计算出声程差 A B d式中 A声源至隔声屏顶的距离m B接收点至隔声屏顶的距离m d声源与受声者间的直线距离m 声波绕射路程差m 2 计算菲涅耳数N 2 f 170式中 声波绕射路程差m 声波波长m f声频率Hz N菲涅耳数 3 于下图中在横坐标上找到菲涅耳数 得出降噪量 例 有一隔声屏障 其左侧有一点声源 其中 点声源到屏障顶部的距离为4m 听者到屏障顶部的距离为7m 人与点声源的直线距离为9m 求隔声屏障对于100Hz声波的隔声量 解 声程差 A B d 4 7 9 2m菲涅尔数N f 170 2 100 170 1 18据图得隔声量约为13 5dB 直接计算法 减噪量R 10lgN 13 dB 式中 N菲涅耳数R减噪量dB对于上题 R 10Lg1 18 13 13 7dB 固体声的特点 强声致远而不衰减隔绝方法 1 楼板隔声人在建筑物中活动产生的固体声 主要是由撞击楼板引起的 楼板固体声的隔声措施有 建立浮筑地面 在地面板与承重楼板之间配置弹性垫层材料 如矿渣棉 玻璃棉等材料 使振源与承重楼板隔离开 从而降低固体声 这类构造适用于一般住宅 公寓和中小学校建筑 5 2固体声的隔绝 设置弹簧吊顶 在承重楼板下用金属弹簧或橡胶制品悬挂吊顶板 使地面板与吊顶板隔离 这种方法造价高 施工较复杂 只适用于录音室 棚 播音室和音乐厅等对隔声要求高的建筑 铺设弹性地面层 在楼板表面铺设各种地毯 尼龙和羊毛短纤维粘结地毯价格低廉 隔声效果良好 一般可降低噪声30 50分贝 2 管道隔声建筑中的给水排水管道和暖气管道在穿过墙体和楼板时 用刚性连接也会传播固体声 隔声的方法是预埋套管并在管道和套管间填入沥青 麻丝类的隔振材料 计权隔声量是国际标准化组织建议的单值评价方法 采用一条标准曲线 从100 3200赫分三段折线 各有不同的斜率 读数时将此标准曲线以与隔声频谱图相同的比例 画在透明纸上 然后覆盖在需要读数的隔声曲线 使二者的横纵坐标对齐 然后垂直地上下移动 在满足下列条件时500Hz所对应的分贝数叫做隔声指数 计权隔声量 5 3隔声指数 计权隔声量 1 对于空气声的隔声指数 满足条件 在隔声频谱曲线中 位于标准曲线下方的的1 3倍频程的隔声量与标准曲线的差值不得超过8dB 且差值总和不得超过32dB 符号Ia 越大越好 计权隔声量 2 对于撞击声的隔声指数 其标准曲线与空气声计权标准曲线以x 500Hz处对称满足条件 与空气声隔声指数满足条件相同 符号是Ii 越小越好 本章练习 1 书上P150第14 15题 2 某车间用隔声罩阻隔强噪声源 其中罩体的总吸声量为2m2 罩体的吸声面积为8m2 罩体的透射系数为0 1 求罩体的隔声量 第6章消声 6 1 1消声器性能评价消声器是安装在空气设备气流通道上或进 排气系统中的消除空气动力性噪声的重要装置 目前多与设备配套使用 很少单独设计 但噪声控制中也有需要设计的 6 1消声器评价量及消声原理 空气动力性噪声气体流动过程中相互作用或气体与固体介质相互作用而产生的噪声 即引起空气产生涡流 冲击或压力突变导致空气扰动而产生的噪声 气流噪声与气体的压力 流速等有关 评价消声器性能时 应综合地考虑声学 空气动力学性能和结构等要求 归纳起来 有三个基本条件 1 足够的消声量 较宽的消声频率范围 尤其在噪声突出的频带范围内有良好的消声性能 2 良好的空气动力性能 要求阻力损失越小越好 基本上不降低风量 保证气流畅通 不影响气动设备的正常工作 3 空间位置合理 构造简单 便于制作安装 维修 具有耐高温 耐腐蚀等良好的物理学特性 1 消声性能评价量 1 插入损失 IL 指在噪声源和测点间安装消声器前后的声压级差值LIL LP1 LP2LP1 安装消声器前某点声压级 dBLP2 安装消声器后某点声压级 dB 插入损失不仅与消声器的本身性能有关 还与声源以及系统总体装置有关 一般用于现场测量中评价安装消声器前后的综合效果 插入损失的测量 2 传声损失 是在实验室内在一定工况下在消声器进 出口处测得的声压级差 相当于理论值 LR LP1 K1 LP2 K2 10lg S1 S2 式中 LP1 入射声声压级 dB LP2 透射声声压级 dB K1 根据入射声总声压级与背景噪声声压级差值给出的修正值 dB K2 根据透射声总声压级与背景噪声声压级差值给出的修正值 dB S1 消声器上游管道通道截面面积 m2 S2 消声器下游管道通道截面面积 m2 传声损失反映的是消声器的本身特性 适宜于理论计算和实验室测量中检验消声器本身的消声性能 即传声损失只与消声器的结构有关 而与其在排气系统的位置无关 插入损失和传声损失都是用来评价消声器的实际消声效果的指标 3 减噪量 LNR 在现场测消声器进 出口处平均声压级差 相当于实际值但误差较大 多做相对比较用 LNR LP1 LP2式中 LP1 消声进口端平均声压级 dB LP2 消声出口端平均声压级 dB 4 衰减量 R 消声器内部两点的声压级差 一般以单位长度的衰减量 dB m 来表示 只适用较长的直通道管道消声器 2 空气动力特性实际上是气流的阻力 即气流是否通畅 压力损失是否较小等 如过大会影响工况特性 3 消声器的结构性能一般地 根据实际情况 选择不同结构性能的消声器 对消声量 消声器体积 阻力损失 寿命 价格等有不同的侧重 4 消声器的设计程序 1 对噪声源作现场调查并声频谱分析确定噪声源所处的区域是否是噪声敏感区域 通常可测定63 8000Hz频段范围内1倍频程的八个频带声压级和A计权声级 如果噪声成分中有明显的夹叫声 则需作1 3倍频程或更窄的频带分析 2 噪声标准的确定根据对噪声源的调查及其使用上的要求 确定设备使用时所需达到的噪声标准 3 计算消声器所需的消声量 L对不同的频带消声量要求是不同的 应分别进行计算 L Lp Ld La式中 Lp为声源每一中心频率的声压级 Ld为当无消声措施时 从声源至控制点经自然衰减所降低的声压级 La为标准中控制点允许声压级 4 由各频带所需的消声量 L来选择不同类型的消声器 5 检验实际消声效果 看是否达到预期要求 否则需修改原设计方案作出补救措施 6 1 2消声器种类1 阻性消声器 利用吸声材料消声具有能在较宽的中高频范围内消声 特别是对于刺耳的高频声效果 但在一些恶劣环境中 如高温 高速 水蒸气 含尘 油雾以及对吸声材料有腐蚀性的气体中 使用寿命短 消声效果差 2 抗性消声器相当于声学滤波器 可以有效地去除低中频噪声 由于不使用多孔性吸声材料 所以适用于高温 潮湿 气流流速大等工作条件 3 阻抗复合式消声器为阻 抗两种消声器的组合 既有多孔性材料 又有声学滤波器 具有宽频带 高吸收的消声效果 主要用于消除各种风机和空压机的噪声 但也不适于在高温和含尘等环境中使用 4 微孔板消声器与穿孔板共振结构吸声原理类似 具体做法是在消声器内设置不同穿孔率及不同空腔深的薄板 从而在较宽的频率范围内获得较好的消声效果 5 喷注耗散型消声器对于一些锅炉排气放空等产生的频带宽 声压级高的喷注型噪声 需要在排气管口安装降速扩流的一类消声器 6 2 1阻性消声器P S比值以长方形为最佳 方形次之 圆形最小 6 2消声器及类型 6 2 1 1阻性消声器类型1 直管式消声器对中高频有良好的消声效果 只适用于小风量的消声 但是 如果通道过多 阻力损失就变大 所以 应根据实际情况来确定 2 片式消声器对于流量较大需要足够大面积的通道时 为使消声器周长与截面比 P S 增加 可在直管内插入板状吸声片将大通道分隔成若干个小通道 3 折板式 由片式演变而成 将直通道变为曲线通道 可以增加声波在管道内的传播路程 使材料能更多地接触声波 消声程度及阻力损失取决于板的折角大小 4 蜂窝式消声器 似空心砖 P S较大 中高频消声效果好 阻力较大 5 声流式 将折板式的折角变平滑 提高消声量减少阻力 6 室式 进 排气管在室的两对角上 消声频带宽 阻力大 6 2 1 2设计注意事项1 消声器的型式和长度要根据实际的对气流的动力和声学性能要求确定 2 吸声材料是决定阻性消声器消声性能的重要因素 3 阻性消声器长期处在气流中 在设计时对吸声材料必须用牢固的护面固定起来 6 2 2抗性消声器扩张室式消声器利用管道横断面的扩张和收缩引起的反射和干涉来进行消声 频率特性由室长决定 多用于消低频噪声 如空压机 排气口 发动机排气管道等 2 共振式消声器消声原理与穿孔共振结构相似适用于消除噪声中特别强烈的低中频成分 6 2 3阻抗复合消声器阻性 扩张室复合消声器由吸声材料和扩张室组成的消声器 用于消除风机等设备的高频声 消声效果约为20dB A 2 阻性 共振腔复合消声器共振腔前后呈尖劈状 对低 中 高频范围内都有较好的消声性能 消声值在20 30dB A 3 阻性 共振腔 扩张室复合消声器广泛应用于消除高声强宽频带和高 中 低频噪声 一些典型消声器小孔消声器是一根直径与排气管相同的管子 上端封闭 壁上钻上许多小孔的消声器 小孔的直径为1mm左右 主要消除流速高的排气放空噪声 其原理是将噪声的频率上移到超音频而使人耳听不见 电子消声器 利用电子线路产生一个与噪声频率相同但相位相反的声音以抵消噪声 房间式消声器 往往与建筑结合体积很大 防串音消声器 蜂窝式消声器 直管式消声器 风机消声器 蜂窝式消声器 微穿孔板消声器 消声百叶窗 阻抗复合消声器 6 3 1消声器的选用噪声源特性分析消声器只适用于降低空气动力性噪声2 噪声标准确定3 消声量计算4 选型与适配5 综合治理 全面考虑 6 3消声器的选用和安装 6 3 2消声器的安装消声器的接口要牢靠在消声器上加接变径管应防止其他噪声传入消声器的后端消声器安装场所应采取防护措施消声器片间流速应适当 第7章隔振与阻尼 7 1 1振动概述日常生活工作中 振动产生的噪声随处可见 比如新房装修的机械噪声 建筑工地的施工噪声等 一般而言 普通的砖石墙壁 楼板等对空气声有有较好的隔绝效果 但对固体声衰减很少 所以 对固体声的隔声需要采取隔振技术 以减少对人的危害 7 1隔振原理 7 1 2隔振基本原理隔振就是将振动源与其他物体的刚性连接改为弹性连接 使设备传给基础的振动被一部分吸收或完全吸收 一般可将隔振分为积极隔振和消极隔振 积极隔振就是对振动的机械设备采取隔振措施 如在振动设备下方垫弹性材料 消极隔振就是对受振动干扰的设备等进行保护 如在墙壁与承重楼板间安装弹性材料 在操作工人与振动源之间设置隔振器等 积极隔振和消极隔振 7 1 3隔振设计1 减振公式 其中 F1传至基础上的传递力F作用于系统的总干扰力f振动源的干扰频率f0减振系统固有频率T传递系数 r 弹簧的阻尼 如r 0 即弹簧只在恢复力作用下作往复运动则有 所以只有当f f0 时 T 1 才有较好的减震效果 4 当系统阻尼很小或无阻尼时 系统的固有频率或自振频率f0 因为K W f0 Hz 为静态压缩量 单位cm例题 如某弹簧减振系统受压后净压缩量为1cm则固有频率是5Hz 减振问题归根到底是一个设计减振系统的固有频率问题 例题 某旅馆在五层搂的顶装一台风机 已知根据规范要求T 0 10 减震弹簧的阻尼很小 风机总重量为2t 额定转数为900r min 试设计弹簧减振 弹簧的净压缩量 解 1 根据五层旅馆风机查得规范规定要求T 0 102 干扰频率f 900 60 15Hz3 算得f0 4 5Hz 5 由公式算出压缩量应为1 1cm到此便知只要能选用一组弹簧能使其压缩量为1 1cm即满足要求 现有以下弹簧样本目录试选用 注意 1簧数一定要小于计算值 2要验算安全度 例题 假设有一台转速为1500转 分的机器 当未作隔振措施前 测得基础上的力振动级为80分贝 今欲使基础的力振动级降低为20分贝 试问需选取静态压缩量为多大的弹簧才能满足这一要求 7 2 1金属弹簧隔振器形状各异 弹性好 用途广泛 耐高温 耐腐蚀 耐老化 寿命长 固有频率低 低频隔振好 缺点是阻尼太小易共振 故常加阻尼 7 2隔振元件 7 2 2橡胶隔振器适用于中小型设备 隔高频更好 体积小 质量轻 价格低廉 安装方便 阻尼大 缺点是耐低温差 易老化 承载力低 7 2 3空气弹簧利用空气在压缩过程中所具有的弹性来隔振 可根据负荷自动调节橡胶腔内气体压力 固有频率很低 承载力低 所需设备复杂 且费用高 工程上较少使用 7 2 4隔振垫1 橡胶垫 弹性持久 隔振性能好特别是高频 便宜 还可以多层放置 安装灵活多变 缺点是受环境影响较大 易老化 松弛等 2 毛毡 易剪裁 易安装 便宜但防火防水差 3 玻璃棉借助外力吹制甩成絮状细纤维 纤维和纤维之间为立体交叉 互相缠绕在一起 呈现出许多细小的间隙 这种间隙可看作孔隙 因此玻璃棉可视为多孔材料 具有良好的绝热 吸声性能 10 15cm厚 防火但不耐潮 4 海棉橡胶及泡沫塑料 海绵橡胶密度小 弹性优异 具有较好的减震 隔音 隔热性能 海绵橡胶被广泛地应用于密封 减震 消音 泡沫塑料是内部具有很多微小气孔的塑料 用机械法 在进行机械搅拌的同时通入空气或二氧化碳使其发泡 或化学法 加入发泡剂 制得 由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料 具有质轻 隔热 吸音 减震等特性 泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料 5 玻璃纤维它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制 拉丝 络纱 织布等工艺制造成的 其单丝的直径为几个微米到二十几米个微米 相当于一根头发丝的1 20 1 5 每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成 防火 耐腐蚀 不易变形 弹性稳定 缺点是受潮后 影响隔振效果 玻璃纤维 玻璃纤维短切丝 7 2 5管道柔性接管机械设备运行时 常常伴随着管道的剧烈运动 引起管道的损坏以及造成相连的建筑物的振动 所以 需要在管道上安装柔性接管 橡胶柔性接管用于100 以下的气液运输管道 可以大幅降低振动噪声的传递 有效隔离噪声 减弱建筑物的共振 2 不锈钢波纹管用于高于100 或低温冷冻管道 特点 稳定 耐腐蚀 但价格高7 2 6其他隔振元件 实际上 机械表面 如风机壳体 通风管道 隔声罩等 的薄板会在外力的作用下弯曲振动 辐射噪声 为了减少这种由于振动而产生的结构噪声 我们在振动薄板的表面涂敷或贴上摩擦力大的材料 这样的话 由于振动时摩擦阻力很大 导致振动能量大大损耗不断转化为热能 从而减少了振动及辐射噪声 这种隔声方法就叫做阻尼减振 7 3阻尼 7 3 1自由阻尼结构将阻尼材料直接涂于金属结构的一侧或两侧 振动时阻尼材料随着金属薄板的弯曲振动而自由伸缩 从而损耗能量 自由阻尼结构的减震性能与阻尼材料的损耗因数 阻尼材料与金属薄板的厚度比呈正相关 但阻尼层较厚 又会影响美观 7 3 2约束阻尼结构在自由阻尼结构上紧贴阻尼材料层再加上起约束作用的金属板 此时 阻尼材料受到上下板面的约束 上层拉伸 下层压缩 损耗更多的振动能量 比前者效果更好 但复杂价高 多用于高级场合 阻尼材料种类繁多可参考手册 如沥青 软橡胶 高分子材料 各种成品阻尼浆 甚至砂浆 草绳等 有机高分子材料 第8章噪声环境影响评价 8 1 1国内