环境噪声控制工程-第8章隔声技术.ppt

第八章隔声技术 教学内容 8 1隔声的评价8 2单层匀质密实墙的隔声8 3双层隔墙结构8 4隔声间8 5隔声罩8 6隔声屏8 7隔声实例介绍 2 第八章隔声技术 教学目的和要求 1 掌握隔声的评价 2 掌握声波透过隔声结构的传播和隔声量的隔声计算 3 掌握隔声的质量定律 4 理解和掌握单 双层隔声结构的原理和结构设计及其隔声间 隔声罩和声屏障的设计 教学重点 声波透过隔声结构的传播和隔声量的隔声计算 隔声的质量定律 隔声结构的设计 教学难点 隔声结构的设计 第八章隔声技术 什么是好的隔声材料 两种类型的隔声 4 建筑隔声越来越引起人们的重视 1996年 在南京 无锡 苏州 上海及北京等地调查中 住宅用户对墙面 地面 顶棚 隔热 保温 通风 朝向 采光隔声等住宅品质反映最强烈的是 隔声 在瑞典 将分户墙做成200mm厚的钢筋混凝土墙 比结构的要求要厚 造价也高 目的是 隔声 分室轻墙 如石膏板隔断 做成双层结构内填吸声材料的目的是 隔声 有些建筑的墙和楼板水平连接上做成弹性连接 目的是 隔声 5 当前建筑隔声中存在的诸多问题 1 设计问题 建筑选址不合理 材料选用不当 施工存在问题等等 最主要的原因是 建筑师 2 材料不合格 墙体材料 楼板 门 窗等等隔声性能不足 3 特别是近年来轻型隔墙材料的使用 以及人们生活水平提高后对建筑品质要求提高 提出了建筑隔声的新课题 6 隔声基础 声波传入维护结构的三种途径1 空气 通过孔洞 缝隙传入 2 透射 声波 结构产生振动 再辐射3 撞击和机械振动 结构振动 再辐射空气声 airbornesound 固体声 solidbornesound 7 根据切断声传播途径的差异 隔声问题分为两类 一类是空气声的隔绝 另一类是固体声的隔绝 例如 上述传播途径 可采用空气声隔绝技术 使用密实 沉重的材料制成构件阻断或将噪声封闭在一个空间 常采取隔声间 隔声罩 隔声屏等形式 传播途径 主要采用固体声隔绝技术 可使用橡胶 地毯 泡沫 塑料等材料及隔振器来隔绝 8 9 隔声是噪声控制技术中最常用的技术之一 为了减弱或消除噪声源对周围环境的干扰 常采用屏障物将噪声源与周围环境隔绝开 或把需要安静的场所封闭在一个小的空间内 声波在介质中传播时 通过屏障物使部分声能被反射而不能完全通过的措施称为隔声 空气声在传播途中遇到隔声构件时的能量分布见图 所示 10 影响隔声结构隔声性能的因素主要包括三个方面 一是隔声材料的品种 密度 弹性和阻尼等因素 一般来讲 材料的面密度越大 隔声量就越大 另外 增加材料的阻尼可以有效地抑制结构共振和吻合效应引起的隔声量的降低 二是构件的几何尺寸以及安装条件 包括密封状况 三是噪声源的频率特性 声场的分布及声波的入射角度 对于给定的隔声构件来讲 隔声量与声波频率密切相关 一般来讲 低频时隔声性能较差 高频时隔声性能较好 隔声降噪的目的就是要根据噪声源的频谱特性 设计适合于降低该噪声源的隔声结构 11 1 透射系数透射声强与It入射声强Ii之比为透射系数 Et 透射声能 E0 入射声能透声量 S m2 与吸声系数是什么关系 8 1 1隔声量 8 1隔声的评价 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 表示透射声能越差 隔声性能越好 12 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透射声功率级之差 隔声量等于透射系数的倒数取以10为底的对数 隔声量的单位dB 隔声量为也称传声损失 记作TL 隔声量通常由实验室和现场测量两种方法确定 现场测量时 因为实际隔声结构传声途径较多 即侧向传声等因素的影响 其测量值一般要比实验室测量值低 13 隔声量的频率特性 隔声曲线 同一构件或结构 对不同频率的声波的透射能力不同 隔声量也不同 形成隔声曲线 一般采用100Hz 4000Hz的17个1 3倍频带隔声曲线 14 隔声的测量 1 空气声隔声测量 2 撞击声隔声测量 R L1 L2 10lg S A 共测100 3150Hz的16个1 3倍频带的隔声量 得到隔声曲线 S 被测构件面积A 接收室吸声量使用标准打击器打击楼板Ln Li 10lg A0 A A 接收室的吸声量A0 10m2 规定的标准 共测100 4000Hz的17个1 3倍频带的隔声量 得到隔声曲线 15 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的隔声量 在工程应用中 通常把中心频率为125至4000Hz的6个倍频程或100至3150Hz的16个1 3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 16 17 8 1 2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 如图8 1中的曲线 或曲线 即分别代表两座隔声墙的隔声特性曲线 图8 1中还绘出了一组参考折线 每条折线上标注的数字相对于该折线上 所对应的隔声量 按照下面的两点要求 将曲线 或曲线 与某一条参考折线比较 图8 1隔声墙空气隔声指数参考曲线 18 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 对全部 个 倍频程中心频率 曲线低于折线的差值之和不得大于 把待评价的曲线在折线组图中上下移动 找出符合以上两个要求的最高的一条折线 按整数分贝计 该折线上所标注的数字 即为待评价曲线的空气隔声指数 19 20 8 1 3插入损失插入损失定义为 离声源一定距离某处测得吸声 隔声结构设置前声功率级Lw1和设置后声功率级Lw2之差值 记作 IL IL Lw1 Lw2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 用平均隔声量和空气隔声指数分别对图8 1中两条曲线的隔声性能进行评价比较 可以求出两座隔声墙的平均隔声量分别为 和 基本相同 但按上述方法求得它们的空气隔声指数分别为 和 显示出前者的隔声性能实际上要优于后者 21 8 2单层匀质密实墙的隔声 8 2 1隔声的质量定律 隔声的质量定律用公式推导 设隔墙无限大 将空气介质分成左右两部分 单位面积的质量为m 当平面波Pi从左向右垂直入射时 隔墙的整体随声波振动 隔墙振动向右辐射形成透射声波Pt 向左辐射为反射声波Pr 隔厚为D 特征阻抗R2 2 2空气的特征阻抗R1 1 2入射声波声压及质点速度Pi vi反射声波声压及质点速度Pr vr透射声波声压及质点速度Pt vt 22 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 23 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 24 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 25 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 t i 26 如果D 即k2D 1 则sink2D k2D cosk2D 1 有由于p1c1 p2c2 上式可简化为 令M p2D为固体媒质的面密度 公斤 米2 则有 27 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 单层隔声墙的隔声量与墙体质量和声音频率有关 M增加1倍 隔声量增加6dB 提高1倍 隔声量增加6dB 对于一般的固体材料 如砖墙 木板 钢板 玻璃等 wm 2 2 2 1 因此隔声量可写成 28 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 M 200kg m2 M 200kg m2 当w 2 空气的 1 1 400 垂直入射 20lgf 42 5 无规入射 入射角00 800场入射隔声量TL 18 5lgmf 47 5 无规入射TL 18 5lgmf 47 5 29 8 2 2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 设弯曲波波长为 b 30 2 吻合效应由于板的弹性 使其本身有一定的弯曲振动频率 当激发频率正好与之吻合时 隔声量达到最小值 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 31 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 b为薄板自由弯曲波长 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 32 吻合效应的条件为 因为 则其中为最大波长 最低频率 此时fc叫做临界频率 低于它时不出现吻合 其中 B 弯曲劲度 N m M 面密度 kg m2 密度 kg m3 E 构件杨氏模量 N m2 D 构件厚度 m 33 可见fc随D增加向低频移动 一般希望fc在4kHz以上 轻而弹性模量大的墙板 fc在可听频率范围内 34 8 2 2单层隔声墙的频率特性 35 劲度控制区 声波低于板的共振频率时 隔声量与劲度成反比 随每频程下降6dB 常用建筑构件共振频率在100Hz以下 此时隔声量很低 可以加大材料的阻尼 以提高共振区和吻合区的隔声量 36 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 吻合区 而在吻合临界频率 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 37 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 sin 1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 38 8 3双层隔声结构 由质量定律可知 增加墙的厚度 从而可增加单位面积的质量 即可以增加隔声量 但是仅依靠增加墙的厚度来提高隔声量是不经济的 如果把单层墙一分为二 做成双层墙 中间留有空气层 则墙的总重量没有变 但隔声量却比单层的提高了 双层结构能提高隔声能力的主要原因是空气层的作用 39 8 3 1双层结构的隔声特性 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 40 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 41 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 42 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 43 当入射声波频率很低时 即 则 44 2 共振频率 当上式虚部系数为0时 pi和pt之比为1 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fo为 o C 2 2 o mD 1 2当声波以 角入射时 o C 2 cos 2 o mD 1 2若两隔层的单位面积质量m1和m2不相等 则 o C 2 2 o m1 m2 m1m2D 1 2 C 2 2 o D 1 m1 1 m2 1 2 45 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 46 3 入射声波频率低于共振频率 当人射声波的频率低于共振频率 o时 式 8一20 右边虚部的第二项可以略去 这时得到隔声量为 与式 8 11 比较 可以看出上式就是单位质量为2m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 47 4 入射声波频率高于共振频率 当人射声波的频率高于共振频率 fo时 式 8一20 右边虚部的第一项可以略去 这时得到隔声量为 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 1时 式 8一20 不再成立 此时式 8一19 可表示为 48 i t 1 jwm o jwm o 22sinkD sinkD jcos2kD 可以看出 当人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D是半波长整数倍时 就得到式 8一24 当kD 2n 1 2时 即D为1 4波长的奇数倍时 相当于两个单独隔墙的隔声量之和再增加6dB 49 图8 7给出了双层隔声墙的频率特征 图中的虚线表示两层合成一层时 即D 0 的单层质量定律 c点对应于共振频率位置 隔声量有很大的降低 不过在大部分情况下 这一频率值很低 在声音主要频率范围之外 但对于轻结构隔声设计 仍要注意这一因素 图中ab段表示声波频率远小于共振频率的情况 这时双层结构犹如中间没有空气层 两隔层合在一起 故其隔声曲线与虚线几乎重合 在主要的频率范围d一e一f段 则充分体现出双层结构的优越性 图中谷点的深度与隔墙边缘的连接的阻尼有关 此外 在两层中间的空气层中填加吸声材料 可以显著地改善共振时的低谷 并且增大主要频段的隔声量 在填人隔声材料时 必须注意不使两层之间产生刚性连接 形成 声桥 从而使双层结构的隔声性能大大降低 图8一8是双层结构中间加填料时的隔声量频率特性 50 图8一8中 曲线1表示频率每增加一个倍频程隔声量增加6dB 曲线2表示频率每增加一个倍频程隔声量增加12dB 曲线a b 为双层墙的频率特性 其中a为中间空气 b为中间部分填吸声材料 为全部填满吸声材料 fo为双层结构的共振频率 j c为吻合效应的临界频率 上述论述是针对声波垂直人射的情况 因此没有考虑吻合效应 事实上 当声波以0角人射时 也存在吻合效应 为避免两层的吻合频率相同 从而造成特别大的隔声量频率低谷的出现 因此两层隔墙不要使用质料或厚度相同的材料 51 在工程应用中 常用以下经验公式来估算双层结构的隔声量 TL 16lg m1 m2 16lgf一30 TL 8一28 平均隔声量估算的经验公式为 TL 16lg m1 m2 8 R ml m2 200kg m2TL 13 5lg m1 m2 14 R ml m2 200kg rn2上两式中 TL为空气层的附加隔声量 常见的多层隔声结构 含空气层 的隔声性能 见表8一20 52 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 53 双层墙的空气声隔声 54 隔声处理实例 55 撞击声隔声的处理 56 8 3 2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 通常是用金属或非金属的坚实薄板做护面层 内部覆盖阻尼材料 或填人多孔吸声材料 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 57 多层复合隔声结构 58 8 4隔声间 在高噪声环境下 例如 在汽轮发电机房内建造一个具有良好的隔声性能的控制室 能有效地减少噪声对操作人员的干扰 又例如 在耳科临床诊断中的听力测试室 需要一个相当安静即本底噪声很低的环境 必须用特殊的隔声构件建造一个测听室 防止外界噪声的传人 另一种情况是声源较多 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 就把声源围蔽在局部空间内 以降低噪声对周围环境的污染 这些由隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间统称为隔声间或隔声室 隔声间一般采用封闭式的 它除需要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 59 60 空气声传声的组合隔声量 组合墙 墙 门或窗E E 墙 E 门或窗 平均 wSw dSd Sw Sd 例 某墙隔声量Rw 50dB 面积Sw 20m2 墙上一门 其隔声量Rd 20dB 面积2m2 求其组合墙隔声量 解 组合墙平均透射系数为 c wSw dSd Sw Sd 其中 Rw 50dB w 10 5 Rd 20dB w 10 2故 c 20 10 5 2 10 2 20 2 9 2 10 4故Rc 10lg 1 c 30 4dB 61 8 4 1隔声间的降噪 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 它是多种声学构件的组合 因此 衡量一个隔声间的效果 不能只看其中一个声学构件的降噪效果 而要看它的综合降噪指标 用于评价隔声间综合降噪效果的一个物理量是插人损失IL 它是被保护者所在处安装隔声间前后的声压级之差 即 62 dB 式中 A 隔声间内表面的总吸声量 m2 S 隔声间内表面的总面积 m2 TL 隔声间的平均隔声量 即 63 TL 10lg Si Si10 01TL 8 31 式中 Si 第i个构件的面积 m2 TL 第i个构件的隔声量 dB 隔声间的插人损失一般约20 50dB 式 8一31 亦可以用来计算非单一结构隔墙的平均隔声量 例如 一隔墙面积22m2 其中包括门2m2 墙体的隔声量TL1 50dB 门的隔声量TL2 20dB 代人式 8一31 得隔墙的平均隔声TL 30dB 由于门的隔声量低 使总的隔声量由墙体的50dB降到30dB 这说明 对于隔声要求比较高的房间 必须重视门窗的隔声设计 64 8 4 2隔声门 1 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8一9所示 隔声特性见表8一30 65 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 66 因此 组合墙的总平均隔声量为 67 2 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 例如人员出人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 而人员出人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 常用的密封方法见图8一10 68 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 69 8 4 3隔声窗 隔声窗一般采用双层和多层玻璃做成 其隔声量主要取决于玻璃的厚度 或位面积玻璃的质量 其次是窗的结构 窗与窗框之间 窗框和墙壁之间的密封度 据实测 3mm厚的玻璃的隔声量是27dB 6mm厚的玻璃的隔声量为30B 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 图8一11给出几种隔声窗的示意图 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 例如 3mm厚玻璃板的吻合谷出现在4000Hz 而6mm厚的玻璃板的吻合谷出现在2000z 两种玻璃组成的双层窗 吻合谷相互抵消 多层窗的玻璃板之间要有较大的空气层 70 实践证明 空气层厚5cm时效果不大 一般取7 15cm 并应在窗框周边内表面作吸声处理 多层窗玻璃板之间要有一定的倾斜度 朝声源一面的玻璃做成倾斜 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 常见隔声窗的特性见表8一4 71 8 5隔声罩 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 如果其体积小 形状比较规则或者虽然体积较大 但空间及工作条件允许 可以用隔声罩将声源封闭在罩内 以减少向周围的声辐射 8 5 1隔声的插入损失隔声罩的降噪声效果一般用插人损失IL来表示 它的定义同式 8一30 对于全封闭的隔声罩 可近似用下式计算 IL 10lg 1 100 1TL 8一32 式中 内饰吸声材料的吸声系数 TL 隔声罩罩壁的隔声量 dB 对于局部封闭的隔声罩 插人损失为 72 IL TL 10lg 101g 1 S0 S1 1 S0100 1TL S1式中 S 和S 分别为非封闭面和封闭面的总面积 m2 一般固定全封闭型的隔声罩的插人损失约为30 40dB 活动全封闭型为15一30dB 局部封闭型约为10 20dB 带通风散热消声器的则约为15 25dB 由于插入损失的表达式为 73 8 5 2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O 5 2mm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 以抑制与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 74 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1 3以上 各内壁面与设备的空间距离不得小于10cm 以免藕合共振 使隔声量减小 当被罩的机器设备有温升需要采取通风冷却措施时 应增加消声器等措施 其消声量要与隔声罩的插人损失相匹配 75 一般用钢材 并做阻尼处理是否等于钢板隔声效果 隔声罩 76 轴流风机隔声罩SJG SWF风机的噪声控制视风机型号 规格 噪声声压级 使用现场噪声允许值而确定其措施 降噪声在25分贝 A 以上的风机机身要用隔声罩控制风机幅射噪声 进出风管在箱体进出风口通过园变径管装消声器 消声器有微孔板单空腔 微孔板双空腔 微孔板阻抗复合 阻性消声器四类 消声器在控制气流未端送风噪声的同时控制管壁幅射噪声污染 隔声箱可随风机倒或按在墙中 77 离心风机隔声箱 隔声量 20dB A 无进风管道离心风机隔声罩 有进风管道离心风机隔声罩 78 例 用2mm厚的钢板做一隔声罩 已知钢板的传声损失为29dB 钢板的平均吸声系数为0 01 由于隔声效果不理想而进行了改进 在隔声罩内作了吸声处理 使平均吸声系数提高到0 6 求改进后的隔声罩的实际隔声值提高了多少 解 罩内未做吸声处理时 根据公式 罩内做吸声处理后 则 所以 改进后隔声罩的实际隔声量比改进前提高的dB数为 79 8 6声屏障 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 这样的结构称声屏障 它是控制交通噪声污染的一种治理措施 一些发达国家从20世纪60年代末就开始了声屏障的研究和应用 近年来 我国一些城市和高速公路 铁路也相继建造了声屏障 而且发展速度很快 80 噪声在传播途径中遇到障碍物 若障碍物尺寸远大于声波波长时 大部分声能被反射和吸收 一部分绕射 于是在障碍物背后一定距离内形成 声影区 声影区的大小与声音的频率和屏障高度等有关 频率越高 声影区的范围越大 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 8 6 1声屏障的插入损失对于点声源 一无限长声屏障的绕射声衰减量为 81 20lg 2 N 1 2 tan 2 N 1 2 5N 05 N 0 L 20lg 2 N 1 2tan 2 N 1 20 2 N 00 N 0 2 式中 N二2 为菲涅尔数 声程差 a b 一 c d 声波波长 见图8一12 若声源和接收点之间的连线与声屏障法线之间有一角度 则菲涅尔数为N Ncos 82 实际应用的声屏障模型主要是线声源 如道路机动车辆流以及一列火车等 一个无限长的不相干线声源的屏障声衰减要比点声源小 然而两者之间的差距最大不超过5dB 对于线声源 一无限长声屏障的绕射声衰减为 10lg 3 1 t2 1 2 4arctan 1 t 1 t 1 2 t 1 Ld 10lg 3 t2 1 1 2 2ln t t2 1 1 2 t 1式中 t 40 3c 频率 程差 c 声速 83 声屏障的插人损失还应考虑屏障的透射损失 地面障碍物 地面吸收等的影响 因此 实际的插人损失应该是 IL Ld一 Lt一 Lr一 Ls LG max式中 Ld 绕射声衰减声衰减修正量 Lt 声屏障的透射声衰减修正量 Lr 声屏障的反射声衰减修正量 Ls 声屏障的地面障碍物声衰减修正量 LG 地面吸收引起的声衰减修正量 实际的道路车流量往往介于 点声源 和 线声源 之间 而且声屏障高度的设计又受各种因素的制约 致使声屏障的插人损失与预期目标有一定差距 通常在5一12dB之间 84 85 隔声屏障 86 GSP型隔声屏障交通噪声隔声屏障具备防雨 防潮 防晒 防冻 防尘 防腐蚀等功能 经久耐用 更换方便 降噪量为6 9dB A 按结构分为两种 阻性隔声屏障 不透明 微孔板隔声屏障 透明 其立柱采用H型钢 用于插入和支撑隔声板 H型钢置于道路的防撞墙上或后侧 隔声板外形尺寸长 高 厚为1960mm 500mm 95mm 阻性隔声屏障的隔声板饰面为彩钢板或碳素聚酯板 内填防潮吸声材料 微孔板隔声屏障应用微穿孔板吸声原理 采用透明的碳素聚酯板 一面穿微孔一面不穿孔 由于声波使微孔内的空气发生往复式运动 微孔并不会被灰尘堵赛 微孔板隔声屏障结构外形图 87 8 6 2声屏阵的设计要点 声屏障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 因此声屏障的隔声量应比设计目标值大 10dB以上 设计声屏障时 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 材料平均吸声系数应妻0 5 其结构如图8一13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散 其形式有L型 U型 Y型等 如图8一14所示 其中Y型 带遮檐 的效果尤为明显 88 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算确定 89 8 7隔声设计 隔声是噪声控制的重要手段之一 它将噪声局限在部分空间范围内 从而提供了一个安静的环境 隔声设计若从声源处着手 则可采用隔声罩的结构形式 若从接收者处着手 可采用隔声室的结构形式 若从噪声传播途径上着手 可采用声屏障或隔墙的形式 作隔声设计时 还应根据具体情况 同时考虑吸声 消声和隔振等配合措施 以消除其他传声途径 以保证最佳的减噪效果 1 设计原则隔声设计一般应从声源处着手 在不影响操作 维修及通风散热的前提下 对车间内独立的强噪声源 可采用固定密封式隔声罩 活动密封式隔声罩以及局部隔声罩等 以便用较少的材料将强噪声的影响限制在较小的范围内 90 一般来说 固定密封式隔声罩的减噪量 声级 约为 活动密封式隔声罩的约力 局部隔声罩的约为 当不宜对噪声源做隔声处理 而又允许操作管理人员不经常停留在设备附近时 可以根据不同要求 设计便于控制 观察 休息使用的隔声室 隔声室的减噪量 声级 一般约为 在车间大 工人多 强噪声源比较分散 而且难以封闭的情况下 可以设置留有生产工艺开口的隔墙或声屏障 在做隔声设计时 必须对孔洞 缝隙的漏声给予特别注意 对于构件的拼装节点 电缆孔 管道的通过部位以及一切施工上特别容易忽略的隐蔽漏声通道 应做必要的声学设计和处理 91 基本设计公式在隔声设计中 要确定构件的需要隔声量 可分下列几种基本情况按 的 个倍频程 必要时可按 的 个倍频程或 倍频程 逐个进行计算 对于室外设置的隔声罩或隔声室 隔声量可按照自由空间半球面辐射的声衰减公式计算 92 93 94 为两个结构的内部吸声量 为两个结构之间的距离 在车间内设置的隔声罩或隔声室 隔声量可按下式计算 式中 为隔声罩结构的透声面积 为车间内的吸声量 为隔声罩结构内的吸声量 在车间内设置的隔声罩或隔声室 隔声量按下式计算 0 式中 为车间内的平均声压级 为隔声结构的透声面积 为隔声结构内的吸声量 95 LpE 96 设计方法在一般情况下 进行隔声设计时 首先应根据声源的特性和声源的分布状况 确定合理的隔声方法 并根据国家或部门的有关标准确定需要的隔声量 声源的特性主要包括外形尺寸 生产工艺要求 噪声辐射与振动产生的主要部位 声源的声功率级 及其各倍频带分量 噪声与振动传播的主要途径等 的计算可按表 逐项进行 表中项目编号 和 为已知数据 为需要进行设计的项目 97 98 8 7隔声技术工程应用实例实例 8 7 1某厂自动冲床隔声罩降噪该厂冲床车间的空间尺寸为 长 宽 高 车间设有 台大小冲床 主要生产螺杆 螺栓等标准件 经现场测试发现 自动冲床为主要噪声源 叠加噪声高达 呈中高频特性 图 整体组装式隔声罩 噪声治理方案在现有的技术条件下 对冲床车间的噪声采取隔声和吸声处理 噪声源加隔声罩后 近场噪声将会有明显改善 一般可降低 且比较经济 在此基础上 对车间进行吸声处理 处理后噪声可降低 99 隔声罩设计 方案确定对冲床采用整体组装式隔声罩 见图 所示 图 为隔声罩立体示意图 在机器间距较小的情况下 这一方案可增大工作场地 有利于操作 维修时可在罩内进行 罩体采用组装式结构 在机器大修时 可将局部罩壁拆卸 而不影响隔声罩的整体骨架 并可节省二道隔壁 从而达到经济实用 操作维修方便的目的 在拆去部分罩壁对其中某台冲床检修时 即使有部分噪声传出的问题 但由于仍有三面罩壁 故隔声罩仍有一定的效果 在检修期不长的情况下 影响不大 100 101 102 隔声罩的结构隔声罩采用全封闭式结构 隔声罩长 宽 高 全部使用钢结构骨架 罩壁检修门 观察门等均可拆卸 用螺栓固定在骨架上 罩壁用 厚钢板 内壁护面钢板穿孔率 内填厚度约为 重 的超细玻璃棉吸声材料 各单元隔声罩之间的联接用 厚的橡皮圈密封 103 罩壁隔声量 插入损失 的计算 104 105 散热要求冲床的三台电机功率分别为 是隔声罩内的主要发热源 为了保证罩内温度均恒 增加空气对流的程度 不使电机烧坏 隔声罩采用强制排风方式 隔声罩所允许的换气量按下式计算 106 107 根据计算散热量 选用排风机 型低噪声轴流风机 其风量为 电机功率为 隔声罩的进风口设置在罩的上部 用管道把进气引到底部 进入罩内 在进风口设片式阻性消声器 将进风消声器竖直放置 不在罩的底部 这样可以减少占地面积 便于工人操作维修 排风口设在罩的顶部 在其内部也安装上片式阻性消声器 以减少声音从此处漏出 参见图 风机被安放在排风出口处 图 钢丝减振机构示意图 108 落料机由于原来上料机构成不合理 上料多于进料 余料通过薄钢板制成的落料槽回到加料斗 导致螺杆与落料槽及料斗由于碰撞产生的噪声高达 为此 采用钢丝橡胶组合材料结构对原有落料机结构进行改造 薄板振动发声效率一般要比细铁丝高 采用细钢丝橡胶组合结构 如图 所示 可使料槽的横向振动切断 纵向振动因受到橡胶阻尼 振动减少 从而降低了落料的冲击声 实测其噪声级为 衰减为 109 隔声罩的隔声效果及改进意见隔声罩施工完毕后 对其隔声效果使用 精密声级计 倍频程滤波器测量 测前用 型校准器校准 隔声罩的测定 采用插入损失法 测点布置如图 所示 110 111 结论 三台冲床工作时隔声罩的 点平均插入损失为 在 点处隔声量为 与理论计算基本相符 车间平均噪声级为 下降了 对落料机构的改进 使落料噪声下降了 改进效果显著 实际隔声值与理论计算值之间数据见图 在整个频带上相差不大 由于受到现场条件的限制及施工问题的影响 进口消声器长度欠短 消声量不足 近消声器口处 噪声级偏高 若经过改进 增加消声器的消声量 隔声罩的插入损失将可以达到 从目前的车间噪声来看 尚未达到 工业企业噪声卫生标准 的要求 如果进一步实施吸声处理 可使车间噪声控制在在 以下 112 113 114 实例8 7 2某钢铁厂大型空压机隔声罩降噪该厂 轴流空气压缩机 在通风机械中属于大型设备 采用了瑞士 热力工程公司产品 签订的合同安排隔声罩及消声器由某部设计研究总院设计 由陕西鼓风机厂制造 瑞方所提供的技术要求为 倍频带内的噪声衰减量不小于 距离声罩 噪声级低于 的 曲线 按设计 理论计算的隔声量等于 加工完成后 实测的静态隔声量为 频带噪声级均在 曲线以下 满足了合同的技术要求 115 116 隔声罩的声学设计隔声罩的外形尺寸为 因其尺寸较大 不适宜采用厚重结构 从隔声效果 加工技术 以及是否易于加工 便于运输安装和使用 耐久性等多方面因素综合考虑 确定采用如图 和图 所示的装配式轻型隔声结构 整个罩壳均由薄钢板制成 所有骨架均采用薄壁方钢和薄壁型钢 为避免薄钢板在声波作用下引起共振和 吻合效应 形成隔声低谷 使隔声性能下降 在罩的内壁除按构造需要分格焊接外 均涂以内耗大的阻尼层 石棉沥青漆 来抑制钢板的弯曲振动 以降低钢板罩壳的声辐射 117 118 隔声量计算按照无规入射条件下质量定律的经验公式 可求出隔声罩的隔声量 经计算得出隔声罩的平均隔声量 隔声罩内表面平均吸声系数 隔声罩的实际隔声量 实 设计时在阻尼层后加了一层超细玻璃棉 测出珋 实 l 为了避免吸声材料的散失 在吸声材料上覆盖一层玻璃布并加穿孔铝板 以组成如图 所示的吸声结构 119 120 小型隔声罩一般都制作成整体的 这可免除设计和加工过程中的很多麻烦 大型隔声罩尺寸较大 为了便于运输及检修吊装 通常都把它设计成预制拼装式 因此 为了保证隔声构件的隔声效果 要做好构件之间的安装连接和缝隙的密封处理 缝隙密封处理任何隔声罩只要有 的缝隙 其隔声量就不会超过 因此 缝隙的密封处理非常重要 这里的做法如图 所示 构件紧固联接为使隔声罩壳的开缝处拼合不漏声 必须压实扣紧才能发挥双道海绵橡胶的作用 这里采用如图 所示的紧固件压实密封法 减振压实密封为了使隔声罩与地板平台密缝不漏声 又不至于因轴流压缩机的振动通过平台传给隔声罩 使罩壳成为辐射噪声源 这里采用如图 所示的减振压实密封方式 121 122 通风散热设计散热量计算 轴流压缩机产生 的热扩散 要求罩内温度不超过 以使机组表面不出现部分过冷过图 减振压实密封示意图热的不均匀现象 需采用强制通风散热系统以保持足够的换气量 隔声罩的上部百叶窗为空气进口 冷空气经进气消声器后 由两台轴流风机将吸入的空气经导流片散向设备表面 冷却设备以后的热空气则经隔声罩两端的四个消声排风道排出罩外 轴流压缩机的散热量可按下式计算 123 G 1kj kg 0C 进气的密度 1 2kg m3 排出温度 室内计算温度加厂房允许温升 代入 124 得出如下计算结果 125 进排气噪声控制 进风噪声轴流风机噪声 可按下式估算 即 126 排气噪声机组噪声通过四个窄