6.隔声技术.doc

7.隔声课程教学基本要求：了解隔声原理，理解隔声量的定义及其表达式，掌握单层匀质隔声墙的隔声原理，吻合效应，弯曲波，隔声频率特性曲线，隔声的质量定律，具备运用隔声量的经验计算公式计算隔声构件的隔声量的能力，具备设计隔声构件的能力。课程内容：隔声原理，隔声量的定义及其表达式，平均隔声量，插入损失，单层匀质隔声墙的隔声原理，吻合效应，弯曲波，隔声频率特性曲线，隔声的质量定律，低频隔声性能及共振频率，中高频隔声性能，双层隔声墙的频率特性，工程应用中隔声量的经验计算公式，隔声间、隔声罩、声屏障的设计原理及降噪量的计算。隔声设计及其应用。一、隔声原理应用隔声构件将噪声源和接收者分开，使噪声的在传播途径中受到阻挡，在噪声的传播途径中降低噪声污染，从而使待控制区域所受的噪声干扰减弱。隔声的具体形式有：隔声墙，隔声罩，隔声间和声屏障等。采用适当的隔声措施，一般可降低噪声2050dB。二、评价隔声构件性能的指标1.固有隔声量（传声损失）其定义式为：R=10lg或R=10lg=20lg透射系数： 2.平均隔声量，由于隔声构件对不同频率的声波隔声量不同，通常用从1254000Hz的6倍频程或1003150Hz的16个1/3倍的隔声量做算术平均，叫做平均隔声量。三、单层均质密实墙的隔声隔板（墙），单层墙，双层墙及多层墙。1.吻合效应弯曲波：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。吻合效应：如图8-3当声波入射到（构件）墙体表面时，将激起墙体的弯曲震动。设入射声波的波长为，入射角为，墙面自由弯曲波的波长为b。若b正好等于入射波波长在墙体上的投影，即b=/sin或sin=/b，此时墙面产生共振，导致透射声波强度与入射声波强度相同，隔声量大大降低，这一现象叫吻合效应。sin1，只有在b时，才能发生吻合效应。b=是产生吻合效应的最低频率，低于这一频率的声波不会产生吻合效应，因而将这一频率称为吻合效应的临界频率。记作： 吻合效应的临界频率可见，同一材料值与墙体厚度D成反比。当入射波的频率大于临界频率时，由于吻合效应现象，会出现一些隔声低谷。2.单层隔声墙的频率特性单层隔声构件的隔声性能与入射波的频率f和材料厚度m有关。其频率特性主要取决于隔声构件的面密度、劲度（刚度）、阻尼及墙体的边界条件等因素。如图21共分为三个区域：劲度和阻尼控制区 质量控制区 吻合效应区劲度和阻尼控制区：当声波频率低于墙体的共振频率（固有频率）时，隔声量由墙体的劲度决定，即隔声量正比于墙体劲度（k）与声波频率（f）的比值，因此称为劲度控制区。这个区域的频率范围是：0至第一个共振频率f0，其隔声量随频率的增加而减小，大约为每倍频程下降6分贝。从共振基频f0开始，产生谐振现象，曲线出现若干低谷，即隔声量出现极小值。共振频率的宽度取决于墙体的形状、原料、结构和阻尼大小等因素。对于同一种构件，增大结构的阻尼，可提高其对共振的抑制，从而缩小共振区的影响范围，提高该区段的隔声效果，故称为阻尼控制区。质量控制区： 由隔声公式可知，m增大，f升高，隔声量R也越大。理论上，对同一频率的声音，m增加一倍，R增加6分贝。对同一构件（m一定），f升高1倍，R增加6分贝。实际上，由于是无规入射，TL要低于6分贝。从隔声角度来看，这一区域越宽约好。 吻合效应区：随着声波f继续提高，就进入吻合效应区。在fc处，TL出现较大的降低，形成“吻合谷”。结论：质量控制区是隔声研究的重要区域。在这一区域里，构件m越大，其惯性阻力也越大，也就是不易振动，R就越大。3.单层隔声墙的隔声量声波垂直入射时单层均质墙在质量控制区的声波固有隔声量（传声损失），如下式：对一般的墙体（砖、钢、木、玻璃），有 ， 。因此固有隔声量为： 隔声的质量定律 声波无规入射时采用经验公式：平均固有隔声量在实际工程中，需估算平均隔声量（对频率的），可用经验公式：四、双层隔声结构的隔声机理：（图8-6）双层结构之所以比重量相等的单层结构隔声量要高，主要原因是由于双层之间存在的空气层（吸声材料），当声波对受声波激发振动的结构有缓冲作用或附加吸声作用，使声能得到很大的衰减之后再传到第二层结构的表面上，所以，总的隔声量就提高了。1.双层结构的隔声特性1.共振频率当入射声波的频率和双层隔声构件的共振频率fr一致时，双层结构就会发生共振，此时，构件的隔声量大大降低。其共振频率为：在该共振频率下，大量声能透过，使隔声量几乎下降到0，比相同面密度的单层隔声墙隔声量要降低得多。当ffr时，双层墙作整体振动，隔声能力与同样重量的单层墙差不多，即此时空气层不起作用。其隔声量近似为两层隔墙合并成单层墙时的隔声量。当f趋近fr时，TL趋于0。即入射声能几乎全部透过，双层墙的隔声量大幅度下降而形成一个低谷，比单层墙的隔声量反而要低得多，直至ffr时，隔声量才开始超过按质量定律所得的数值，隔声曲线以每倍频程18分贝的斜率急剧上升，充分显示出双层墙隔声结构的优越性。一般来说，fr30-50Hz较适合，空气层的厚度D50mm。五、隔声装置1.隔声罩（1）定义：将噪声源封闭在一个相对小的空间内，以降低噪声源向周围环境辐射噪声的装置叫隔声罩。常用于噪声源比较集中或仅有个别噪声源的情况，如车间内的风机、空压机、柴油机、鼓风机、电动机等强噪声机械设备的降噪。优点：体积小，用料少、效果显著。但是，加了罩以后，需要考虑机电设备运转时的通风、散热问题。同时，安装隔声罩可能对检修、操作、监视等带来不便。（2）隔声罩的形式：一般分为全封闭、局部封闭、消声箱式隔声罩。全封闭隔声罩 是不设开口的封闭隔声罩，多用来隔绝体积小、散热问题要求不高的机械设备。局部封闭式隔声罩：是设有开口或局部无罩板的隔声罩，一般应用在大型设备的局部发声部件上，或者用来隔绝发热严重的机电设备。消声箱式隔声罩：在各省招进、排气口安装消声器，多用来消除发热严重的风机噪声。（3）隔声罩的隔声量（如式2-2）（4）隔声罩的插入损失亦指安装隔声罩前后，罩外同一接受点的声压级之差。2.隔声间噪声源数量多且强噪声环境下，（水泵站、空压机站、汽轮机车间等）且工人不必长时间站在机器旁操作，建造隔声间是一种简单易行的噪声控制措施。对隔声间要有通风、采光、通行等方面的要求，所以应设有门窗、观察空、穿墙管道等，这样，它们使构造出现空洞及缝隙。这些孔洞、缝隙等必须加以蜜蜂，否则会大大影响隔声间的隔声性能。（1）组合墙体的隔声量（平均隔声量）组合墙体：安装有门、窗等不同隔声构件的墙体称为组合墙体。由各种构件的隔声量求出相应的透射系数， 计算组合墙体平均透射系数：各构件的面积（m2）各构件的透射系数求组合墙体的平均隔声量：注意：对于组合墙体的隔声量主要由门、窗的隔声量控制。例P159：因此，要想提高组合墙体的隔声能力，就必须提高门、窗的隔声量。为此采用隔声门，双层或多层，且对门窗缝隙加以密封。此外，孔洞和缝隙对构件隔声性能的影响很大，主要是由于声波的衍射而使隔声结构的隔声量降低很多。因此，在设计和施工中，要尽量避免孔洞的出现。对于经常开启的门窗与边框的交界处，在保证开启方便的前提下应尽量加以密封，密封材料可选用柔软富有弹性的材料，如软橡皮、海绵乳胶、泡沫塑料、毛毡等。在土建工程中注意砖墙灰缝的饱满，混凝土墙的砂浆的捣实。（2）隔声间内噪声级计算（3）隔声间的实际隔声量评价隔声间综合降噪效果的一个物理量是插入损失（IL）3.隔声屏（声屏障）（1）定义：在声源与接收点之间设置障板或帘幕，阻断声波的直接传播，以降低噪声。作用：阻止直达声的传播，隔绝透射声，并使衍射声有足够的衰减。声屏障是一种用各种板材制成的并在一面或两面衬有吸声材料。常用的建筑材料：专、木板、钢板、塑料板、石膏板、平板玻璃等，都可以直接来制作声屏障。基本形式：如图2-5所示：使用情况：一般对于人员多，强噪声源比较分散的大车间，有些设备需要散热，且换气量较大，以及操作和维修不方便，不宜采用隔声罩的形式将噪声源封闭起来，此时，可采用声屏障来降低接受点的噪声。简单、经济、便于拆装移动，在噪声控制中广泛应用。此外，在公路、铁路两侧设置隔声屏、隔声堤或利用自然山丘可减少交通车辆噪声的干扰。再如，在大办公厅中，工作人员间既要相互联系，又要避免相互干扰，采用声屏障把大房间分割成两个或多个相对独立而又相互联通的小空间是相当优越的。如果声屏障朝向声源的一面敷以吸声材料，通常收到较为良好的效果。（2）声程差（）：从声源到接收点之间的衍射路程与直达路程之差。所谓衍射路程就是从声源经屏障边缘到达接受点的最短路程。声屏障声学设计和测量规范20040712发布 20041001实施36 声屏障 noise barriers一种专门设计的立于噪声源和受声点之间的声学障板，它通常是针对某一特定声源和特定保护位置(或区域)设计的。37 声屏障插入损失(IL) insertion loss of noise barriers在保持噪声源、地形、地貌、地面和气象条件不变情况下安装声屏障前后在某特定位置上的声压级之差。声屏障的插入损失，要注明频带宽度、频率计权和时间计权特性。例如声屏障的等效连续A计权插入损失表示为ILPAeq。310 隔声量或传声损失(TL) sound transmission loss屏障或其它隔声构件的入射声能和透射声能之比的对数乘以10，单位是分贝： （4）式中：Ei入射声能；Et透射声能。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压级L1和设置后的声压级L2之差值，记作IL，即：IL= L1- L24 声屏障的声学设计声屏障是降低地面运输噪声的有效措施之一。一般36m高的声屏障，其声影区内降噪效果在512dB之间。41 声学原理当噪声源发出的声波遇到声屏障时，它将沿着三条路径传播(见图1.a)：一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点；一部分穿透声屏障到达受声点；一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配。411 绕射越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小。直达声与绕射声的声级之差，称之为绕射声衰减，其值用符号Ld表示，并随着角的增大而增大(见图1.b)。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数，它是决定声屏障插入损失的主要物理量。412 透射声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。TL大，透射的声能小；TL小，则透射的声能大，透射的声能可能减少声屏障的插入损失，透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。用符号Lt表示。通常在声学设计时，要求TLLd10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即Lt0。声源ABdSR反射路径绕射路径透射路径道路声屏障（a）声波传播路径声影区RS直线路径径绕射路径(b)声波绕射路径413 反射当道路两侧均建有声屏障，且声屏障平行时，声波将在声屏障间多次反射，并越过声屏障顶端绕射到受声点，它将会降低声屏障的插入损失(见图1.c)，由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量，用符号Lr 表示。为减小反射声，一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数，它是频率的函数，为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果，通常采用降噪系数NRC。SR(c) 声波的反射反射波直达波绕射波图1 声屏障绕射、反射路径图39 降噪系数(NRC) noise reduction coefficient在250、500、1000、2000Hz测得的吸声系数的平均值，算到小数点后两位，末位取0或5。 (3)42 声屏障插入损失计算421 绕射声衰减Ld的计算4211 点声源当线声源的长度远远小于声源至受声点的距离时(声源至受声点的距离大于线声源长度的3倍)，可以看成点声源，对一无限长声屏障，点声源的绕射声衰减为： N 0 N = 0 0N -0.2 （5） 0 dB , N 0.2N菲涅耳数，声波波长，md声源与受声点间的直线距离，mA声源至声屏障顶端的距离，mB受声点至声屏障顶端的距离，m若声源与受声点的连线和声屏障法线之间有一角度时，则菲涅耳数应为N()=N cos工程设计中，Ld可从图2求得图2 声屏障的绕射声衰减曲线4212 无限长线声源，无限长声屏障当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为： (6) 式中：f 声波频率，Hz= A+B-d为声程差，mc声速，m/s4213 无限长线声源及有限长声屏障Ld仍由公式(6)计算。然后根据图3进行修正。修正后的Ld取决于遮蔽角/。图3(a)中虚线表示：无限长屏障声衰减为8.5dB，若有限长声屏障对应的遮蔽角百分率为92%，则有限长声屏障的声衰减为6.6dB。（a）修正图 （b）遮蔽角 图3 有限长度的声屏障及线声源的修正图422 透射声修正量Lt的计算透射声修正量Lt由下列公式计算： (7)423 反射声修正量Lr的计算反射声修正量取决于声屏障、受声点及声源的高度，两个平行声屏障之间的距离，受声点至声屏障及道路的距离以及靠道路内侧声屏障吸声结构的降噪系数NRC，具体步骤见规范性附录A。考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响，声屏障实际插入损失为 (9) max表示取LS和LG中的最大者，这是因为一般两者不会同时存在。如果有其他屏障或障碍物存在，地面效应LG会被破坏掉，因为只有贴近地面，地面声吸收的衰减才会明显。式(9)中减去(LS, LG)max，是因为一旦设计的声屏障建成，原有屏障或障碍物或地面声吸收效应都会失去作用。424 障碍物声衰减的确定如果在声屏障修建前，声源和受声点间存在其他屏障或障碍物，则可能产生一定的绕射声衰减，由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减，用符号LS表示。LS由4.2.1，4.2.2和4.2.3来确定。425 地面吸收声衰减的确定如果地面不是刚性的，则会对传播过程中的声波产生一定的吸收，从而会使声波产生一定的衰减。由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减，用符号LG表示。DLG）A（dB 240120603015012345/mDE受声点至等效行车线距离图4 地面吸收声衰减4251 地面吸收声衰减LG通常应由现场测量得到。具体测量方法是：在地面上方1.5m和67.5m高处设两个测点，同时测量现场有声源的倍频带(中心频率2502000Hz)或13倍频带(中心频率2002500Hz)的频带声压级或A计权声级。两测点声压级或A声级之差即为LG。若现场声源不存在(如未建道路)，则可采用人工声源，但必须测量倍频带或13倍频带声压级，以便对未来声源的A计权LG进行计算。4252 若现场测量有困难，可由图4来确定。图4中的等效距离DE由下列公式计算： (8)DN受声点至最近的车道中心线距离，mDF受声点至最远的车道中心线距离，m一般，在DE=55m时，LG为2.5dBA, 在DE=150m时，LG为5dBA。44 声屏障设计程序441 确定声屏障设计目标值4411 噪声保护对象的确定根据声环境评价的要求，确定噪声防护对象，它可以是一个区域，也可以是一个或一群建筑物。4412 代表性受声点的确定代表性受声点通常选择噪声最严重的敏感点，它根据道路路段与防护对象相对的位置以及地形地貌来确定，它可以是一个点，或者是一组点。通常，代表性受声点处插入损失能满足要求，则该区域的插入损失亦能满足要求。4413 声屏障建造前背景噪声值的确定对现有道路，代表性受声点的背景噪声值可由现场实测得到。若现场测量不能将背景噪声值和交通噪声区分开，则可测量现场的环境噪声值(它包括交通噪声和背景噪声)，然后减去交通噪声值得到。交通噪声值可由现场直接测量。若现场不能直接测量交通噪声，则交通噪声可根据车流量、车辆类型及比例等参数，按照HJT2.495的附录B计算得到。对还未建成或未通车的道路，背景噪声可直接测得。4414 声屏障设计目标值的确定声屏障设计目标值的确定与受声点处的道路交通噪声值(实测或予测的)、受声点的背景噪声值以及环境噪声标准值的大小有关。如果受声点的背景噪声值等于或低于功能区的环境噪声标准值时，则设计目标值可以由道路交通噪声值(实测或预测的)减去环境噪声标准值来确定。当采用声屏障技术不能达到环境噪声标准或背景噪声值时，设计目标值也可在考虑其它降噪措施的同时(如建筑物隔声)，根据实际情况确定。442 位置的确定根据道路与防护对象之间的相对位置、周围的地形地貌，应选择最佳的声屏障设置位置。选择的原则或是声屏障靠近声源，或者靠近受声点，或者可利用的土坡、堤坝等障碍物等，力求以较少的工程量达到设计目标所需的声衰减。由于声屏障通常设置在道路两旁，而这些区域的地下通常埋有大量管线，故应该作详细勘察，避免造成破坏。443 几何尺寸的确定根据设计目标值，可以确定几组声屏障的长与高，形成多个组合方案，计算每个方案的插入损失，保留达到设计目标值的方案，并进行比选，选择最优方案。444 声屏障绕射声衰减Ld的计算4441 根据选定的声屏障位置和屏障的高度，确定声程差，然后根据声源类型(点源或线源)，按公式(5)或(6)计算各个频带的绕射声衰减DLdi，或根据图2曲线|得到。4442 根据声源频谱特性和声源类型(点声源或线声源)，按公式(10)计算没有声屏障时受声点的频带声压级Lbi，减去屏障建造后各频带的绕射声衰减DLdi，然后按照公式（11）将各频带的差值求和，则得到声屏障绕射后受声点的声压级La： Lbi= (10) 式中Loi为距声源ro处声源第i个频带声压级，通常由测量得到，r为声源到受声点的距离 (11)4443 按上述方法得到的声屏障建造前后受声点的声压级之差，即为声屏障绕射声衰减Ld (12)式中，为屏障建立前受声点的总声压级。4444 根据A计权频带修正值Ai，可以计算A计权的声屏障绕射声衰减Ld： (13)4445 声屏障的A计权绕射声衰减亦可用等效频率fe求得。通常道路交通噪声的等效频率fe=500Hz，按公式(5)或(6)计算，则得到近似的声屏障A计权的绕射声衰减Ld。4446 声屏障的A计权绕射声衰减，也可通过图5来求得，图中假设声屏障是无限长的。4447 若线声源和声屏障长度有限，则可根据4.2.1.3进行修正445 声屏障的隔声要求4451 合理选择与设计声屏障的材料及厚度，若声屏障的传声损失TL-Ld10dB，此时可忽略透射声影响，即Lt0。一般TL取2030dB。4452 若TLLd10dB，则可按照4.2.2节的公式(7)计算透射声修正量Lt。声屏障衰减 DLd （dBA） 25线声源曲线201015最大衰减20dB的曲线515.06.03.01.50.60.30.150.060.030.0150声程差 d/m图5 不相干线声源A计权声屏障绕射声衰减446 道路声屏障吸声结构的设计4461 当双侧安装声屏障时，应在朝声源一侧安装吸声结构；当道路声屏障仅为一侧安装，则可以不考虑吸声结构4462 吸声型声屏障的反射声修正量Lr值取决于平行声屏障之间的距离、声屏障的高度、受声点距声屏障的水平距离、声屏障吸声结构的降噪系数以及声源与受声点的高度。4463 吸声结构的降噪系数NRC应大于0.5。4464 根据4.4.6.2所述的各参数的实际尺寸，按照规范性附录A求得反射声修正量Lr。4465 吸声结构的吸声性能不应受到户外恶劣气候环境的影响。447 声屏障形状的选择4471 声屏障的几何形状主要包括直立型、折板型、弯曲型、半封闭或全封闭型。4472 声屏障的选择主要依据插入损失和现场的条件决定。对于非直立型声屏障，其等效高度等于声源至声屏障顶端连线与直立部分延长线的交点的高度。如图6所示。等效高度声源图 6 声屏障等效高度示意图448 声屏障插入损失的确定声屏障的插入损失在计算了各项修正后，按公式(9)计算得到。449 声屏障设计的调整若设计得到的插入损失IL达不到降噪的设计目标值，则需要调整声屏障的高度、长度或声屏障与声源或受声点的距离，或者调整降噪系数NRC。经反复调整计算直至达到设计目标值。45 地形、地貌的影响地坡、山丘、堤岸等对声传播都有影响。可以借助它们起到声屏障的作用。或者充分利用它们替代部分声屏障，以节省修建道路声屏障的费用，若声屏障建造在这些障碍物上，则声屏障的高度需加上障碍物的高度。46 声屏障设计的其它要求声屏障设计在满足声学性能要求的同时，其结构力学性能、材