04隔声理论与技术

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1、本章首先介绍本章首先介绍单层墙单层墙和和双层墙双层墙的隔声理论与特性，然后介的隔声理论与特性，然后介绍绍隔声屏隔声屏、隔声罩隔声罩等的设计原则和方法。如果没有另外说等的设计原则和方法。如果没有另外说明，假定声场为完全扩散，构件面积足够大，可以忽略其明，假定声场为完全扩散，构件面积足够大，可以忽略其边界条件产生的效应。边界条件产生的效应。影响隔声结构性能的因素主要包括三个方面：影响隔声结构性能的因素主要包括三个方面：其一，是隔声材料的品其一，是隔声材料的品种、密度、弹性和阻尼等因素；种、密度、弹性和阻尼等因素；一般来讲，材料的面密度越大，隔声一般来讲，材料的面密度越大，隔声量就越大，另外增加材料

2、的阻尼可以有效地抑制结构共振和吻合效应量就越大，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。引起的隔声量的降低。其二，是构件的几何尺寸以及安装条件其二，是构件的几何尺寸以及安装条件(包括包括密封状况密封状况)。其三是噪声源的频率特性、声场的分布及声波的入射角。其三是噪声源的频率特性、声场的分布及声波的入射角度。度。对于给定隔声构件来讲，隔声量与声波频率密切相关，一般来讲，对于给定隔声构件来讲，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。低频时隔声性能较差，高频时隔声性能较好。隔声降噪的目的隔声降噪的目的就是要就是要根据噪声源的频谱特性设

3、计适合于降低该噪声源的隔声结构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。 用构件将噪声源和接收者分开，使声能在传播途径中受到用构件将噪声源和接收者分开，使声能在传播途径中受到阻挡，从而降低或消除噪声传递的措施，称为隔声。阻挡，从而降低或消除噪声传递的措施，称为隔声。这些措施包括设置这些措施包括设置隔声墙隔声墙、隔声罩隔声罩、隔声幕隔声幕和和隔声屏障隔声屏障等。等。如果措施得当，就能够降低噪声级如果措施得当，就能够降低噪声级2050分贝分贝。7. 1 单层均质的隔声 7.1.2 声波无规入射时的隔声量7.1.3 单层介质的隔声频率特性7.1.1 声波垂直入射时的隔声量声透射系数声透射

4、系数：材料透射的声能与入射到材料上的总声能材料透射的声能与入射到材料上的总声能的比值。的比值。隔声量隔声量R (或或TL)：入射声功率级与透射声功率级之差，入射声功率级与透射声功率级之差，也称透射损失或传声损失，单位也称透射损失或传声损失，单位dB。同一隔声结构，不。同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量。同的频率具有不同的隔声量。平均隔声量平均隔声量：在工程应用中，通常把中心频率为在工程应用中，通常把中心频率为125125至至4000Hz4000Hz的的6 6个倍频程或个倍频程或100100至至3150Hz3150Hz的的1616个个1/31/3倍频程的隔倍频程的隔声量作算术平均。声量作算

5、术平均。插入损失插入损失(IL) ：吸声、隔声结构设置前后的声功率级的吸声、隔声结构设置前后的声功率级的差。差。 itWW22ititppII1lg10lg20lg100titiPPIIR21WWLLIL7. 1 单层均质的隔声7.1.1 声波垂直入射时的隔声量（1）单层介质单层介质:厚度厚度D，特性阻抗为，特性阻抗为 ;空气的特性阻抗为空气的特性阻抗为 ; 声压为声压为质点速度为质点速度为统一表示如下统一表示如下其中，其中，n=1, 2, 3；并且；并且 , , 。令：令： ， 。pippppr2i2rtDaobcc00c)cos(),(1)(1xktpeptxpAxktjA)cos(),(

6、100)(00)(11xktcpecpevtxvAxktjAxktjA)cos(/)(/xktpeppnArinxktjArinrinn)cos(/)(/)(/1xktcpecpevvnnnArinxktjnnArinxktjArinrinn1133cc13kk 03rp001113ccRRccR2227.1.1 声波垂直入射时的隔声量（2）由声压和质点振速连续的边界条件可得，由声压和质点振速连续的边界条件可得，x=0 x=0处：处：x=Dx=D处：处：或者：或者：pippppr2i2rtDaobcrAiArAiArAiArAiAppRRpppppp2221112211)/(iADjkrADj

7、kiAiADjkrADjkiApRRepeppepep31222322)/(2222iArAiAiArAiApRRDktpDktppDktpDktp312222232222)/()cos()cos()cos()cos(7.1.1 声波垂直入射时的隔声量（3）由上述方程组，可求得透射声压与入射声压之比由上述方程组，可求得透射声压与入射声压之比tp式中，式中，R12=R2/R1；R21=R1/R2。由此得声透射系数。由此得声透射系数为：为：相应的隔声量为：相应的隔声量为：透声系数说明介质层的隔声特性，透声系数越低隔声性透声系数说明介质层的隔声特性，透声系数越低隔声性能越好。介质层的隔声量的大小与能

8、越好。介质层的隔声量的大小与R1/R2、介质层的厚度、介质层的厚度D及声波的波长有关。及声波的波长有关。 2122221122213sincos42DkRRDkpptiAiApDkRRDkRpRpiAiA222211222121123sincos44sin411lg101lg1022221120DkRRR7.1.1 声波垂直入射时的隔声量（4）由于由于R2R1， R21=0；而而Di， sink2Dk2D和和cosk2D1，所以有：，所以有：式中，式中，m=D为板的面密度，其单位为为板的面密度，其单位为kgm-2。固体媒质的隔声量公式又称为质量公式，公式表明隔声固体媒质的隔声量公式又称为质量公

9、式，公式表明隔声量与墙体质量和声音频率有关。量与墙体质量和声音频率有关。对实际的隔板，均满足对实际的隔板，均满足则有：则有： 120021cm200021lg10cmR1200cm5 .42lg20lg202lg20000fmcmR7.1.2 声波无规入射时的隔声量（1）以以角入射，利用边界条件可得，斜入射透声系数为角入射，利用边界条件可得，斜入射透声系数为透声系数为各向平均，有透声系数为各向平均，有 即即无规入射隔声量无规入射隔声量考虑考虑 ，引入，引入R0 ，得，得12002132cos1cmppiAiA202020sincos2sincossincosddd20020021ln2cmmc

10、2000021lnlg102lg20cmcmRr1200cm)23. 0lg(1000RRRr7.1.2 声波无规入射时的隔声量（2）从上式可知无规入射隔声量从上式可知无规入射隔声量Rr与频率与频率f的关系为每倍频程约增加的关系为每倍频程约增加5dB，而垂直入射则为每倍频程增加而垂直入射则为每倍频程增加6dB，表明无规入射时的隔声量随频率，表明无规入射时的隔声量随频率增加的速率比正入射时的情况要慢些。增加的速率比正入射时的情况要慢些。经验公式经验公式单层隔声结构平均隔声量公式为单层隔声结构平均隔声量公式为 单层结构的隔声量与隔声材料的面密度密切相关，面密度越大，隔单层结构的隔声量与隔声材料的面

11、密度密切相关，面密度越大，隔声量越大。而面密度又等于材料密度乘以隔声结构的厚度。声量越大。而面密度又等于材料密度乘以隔声结构的厚度。44)lg(18mfRr22/10013lg5 .13/1008lg18mkgmmRmkgmmR当当材料名称材料名称密度密度/kgm-2材料名称材料名称密度密度/kgm-2钢钢7700木材木材5801100铝铝2700砖砖1800铅铅11000密实混凝土密实混凝土2300玻璃玻璃2500煤渣混凝土煤渣混凝土1500有机玻璃有机玻璃1150石膏板石膏板650胶合板胶合板5807.1.3 单层介质的隔声频率特性（1）单层均质板隔声特性曲线按频率可分为三个区域，即劲度和

12、阻尼控制区()、质量控制()、吻合效应和质量控制延续区()。 ()区： 有则 , 劲度控制区;以(6dB/倍频程)下降； 有 , 阻尼控制区, R板与几何尺寸, 面密度, 弯曲劲度, 外界条件有关,一般建筑构件在几赫兹至几十赫兹的范围内。fKv/板KR板rff minRR板nff nrfff()区： ,质量控制区 以(6dB/倍频程)上升，隔声作用。 ()区： 吻合效应。质量效应与板的弯曲劲度效应相抵消，隔声量下降。mR板cff 质量控制区质量控制区是隔声研究的重要区域。在这一区域，构件面密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，所以隔声量也度越大，其

13、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“质量定律质量定律”。7.1.3 单层介质的隔声频率特性（2）1. 共振频率共振频率与板材的物理性质和几何尺寸有关，周围固定矩形板材的共振频率为式中，K为板材劲度；m为半的密度；a、b分别为矩形板两边的长度；q1、q2分别为任意正整数。2. 吻合效应与吻合频率若以某一角度入射，在板上的投影刚好等于板的固有弯曲波波长，即空气中的声波在板上的投影与板的弯曲波吻合，亦即 ，这时声波激发板材固有振动，由于弯曲劲度效应，使板材的隔声量大大下降，这种现象叫吻合效

14、应。发生吻合效应时，声能将大量透过构件，使隔声出现低谷，隔声不能再遵循质量定律。能产生吻合效应的最低入射频率称为“临界吻合频率”，简称临界频率，常用符号fc表示。 2222212bqaqmKfrsin/B7.1.3 单层介质的隔声频率特性（3）临界频率fc： 式中，D为隔声墙板的厚度，m；为隔声墙板的密度，kgm-3；E为杨氏模量，Nm-2； 为泊松比，约为0.3；c0为空气中的声速，344ms-1。厚实构件，临界频率在低频段；薄柔构件，临界频率则出现在高频段。 EDcfc)1 (122220sinb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

15、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对应的频率时对应的频率时(b时时) ，即相应，即相应的波长的波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值不可能值不可能大于大于1，便不会产生吻合效应。，便不会产生吻合效应。7. 2 双层均匀介质的隔声7.2.1 双层均匀介质的隔声理论由质量定律得知，若提高单层介质的隔声量，唯一办法就是增加介质的质量，即增加密度或厚度。这种方法对隔声量需要较大时，就需用大量材料，很不经济。实践中发现双层介质材料中间夹有一定厚度的空气层，其隔声量会提高许多，这是由于声波经过多次反射而使声强逐级衰减的缘故。7.2.1 双层均匀介质的隔声

16、理论按单层介质的原则，分析四个分界面，建立八个方程，进行求解。通常为化简求解过程，也可假设介质层厚度足够地薄，所有质点速度均相同，认为墙像活塞一样做整体振动。其隔声量如下：221212121121sin212)(1cos2)(1lg10kDRmmRmmjjkDRmmjR低频时, 有coskD1，sinkD0, 有 空气层不起作用。21212)(1lg10RmmR中频时，coskD1，sinkDkD, 有下式共振时，隔声量最小，第二项为零。 其共振频率为：高频时， ，有计算结果比实际隔声量偏高，相当于2倍双层介质合的隔声量。 2212121212121212)(2)(1lg10RmmkDRmmR

17、kDmmR2/12121000)/()(Dmmmmc1211,RmRm)2/lg(20)2/lg(20)2/lg(2011211RkDRmRmR7.2.2 双层介质隔声量近似计算近似计算公式如下：其中，R为空气层引起的附加隔声量，见图。RcmmR2/ )(lg200021)/lg(40rffR 7.2.2 双层介质隔声量近似计算7.2.2 双层介质隔声量近似计算双层介质隔声设计的注意：由于空气层厚度不能太厚，附加隔声量一般在15分贝以下；同样受共振和吻合效应的影响，亦可采用阻尼控制来减小影响。建材共振频率一般不超过15Hz，薄板类在100300 Hz；双层同材质、等厚度的墙易使隔声效果下降，两

18、层墙的临界频率应错开，即等厚度但材料不同，或同材料厚度不同；双层墙填充吸声材料可提高隔声量，改善结构的共振频率和临界频率；避免声桥设计。双层结构之间应避免刚性连接，即以免由于振动的传递而使夹层的空气或吸声材料失去作用。7.3 隔声结构设计 一、门窗和孔隙对墙体隔声的影响二、隔声间的降噪量三、隔声罩的降噪量五、其他隔声结构四、隔声罩的降噪量一、门窗和孔隙对墙体隔声的影响隔声量由隔声量由声能透射系数声能透射系数决定，决定，组合件的隔声量由组合件的组合件的隔声量由组合件的平平均声能透射系数均声能透射系数决定。组合件决定。组合件的平均透射系数为：的平均透射系数为：nnnSSSSSS212211例如例如

19、：在一垛总面积为：在一垛总面积为22米米2的的砖墙砖墙上有一扇上有一扇2米米2的的普通木门普通木门，对中，对中心频率为心频率为1000Hz的倍频带声能，其透射系数分别为的倍频带声能，其透射系数分别为10-5和和10-2，即隔，即隔声量分别为声量分别为50dB和和20dB。此时组合墙的平均透射系数为：。此时组合墙的平均透射系数为：425101 . 92210210222因此，组合墙的总平均隔声量为：因此，组合墙的总平均隔声量为：)(4 .301lg10dBR有孔，则有孔，则孔=1， 设设墙=0， 平均=S孔/S总，导致导致R R下降。下降。孔洞、缝隙对墙板隔声有不利影响。孔洞或缝隙面积越大，影孔

20、洞、缝隙对墙板隔声有不利影响。孔洞或缝隙面积越大，影响越大。若其面积占整个墙板面积响越大。若其面积占整个墙板面积1%1%，则该墙板隔声量不可能，则该墙板隔声量不可能大于大于20dB20dB；若占；若占10%10%，则隔声量不可能超过，则隔声量不可能超过10dB10dB。二、隔声间的降噪量隔声间结构，如图。隔声间降噪量：(含吸声材料)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。设计要点：合适的材料孔洞和缝隙的影响通风换气口的设计SARLLILWWlg10lg1020R二、隔声间的降噪量例例：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50

21、dB，在墙上开一个面积为2m2的门门，该门的传声损失为20dB，又开了一个面积为4m2的窗户窗户，该窗户的传声损失为30dB。求开了门窗之后使墙体的隔声隔声量下降了多少量下降了多少？则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降为：则组合体的隔声量比原墙的隔声量下降为：解解：由传声损失可知，墙、门和窗的透射系数分别为：由传声损失可知，墙、门和窗的透射系数分别为10-5、10-2和和10-3，所以，所以隔声墙组合体隔声墙组合体的的平均透射系数平均透射系数为：为：001101. 0224102101610SSS325总窗窗门门墙墙SdBR6 .29001101. 01lg101lg10dBRTL4 .216

22、.2950墙三、隔声罩的降噪量选择适当的材料和形状罩壁采用轻薄材料时，壁面上适当处理隔声罩的密封隔声罩的内表面参见p169隔声罩结构，如图。隔声罩降噪量：lg10lg10lg10RSARIL三、隔声罩的降噪量罩内做吸声处理后，则：罩内做吸声处理后，则：例例：用：用2mm厚的厚的钢板钢板做一做一隔声罩隔声罩。已知钢板的传声损失。已知钢板的传声损失为为29dB，钢板的平均吸声系数为，钢板的平均吸声系数为0.01。由于隔声效果不。由于隔声效果不理想而进行了理想而进行了改进改进，在隔声罩内作了吸声处理，使平均，在隔声罩内作了吸声处理，使平均吸声系数提高到吸声系数提高到0.6。求改进后的隔声罩的实际隔声

23、值提。求改进后的隔声罩的实际隔声值提高了多少？高了多少？解解：罩内未做吸声处理时，根据公式：罩内未做吸声处理时，根据公式：dBIL9202901. 0lg10291dBIL272296 . 0lg10292改进后隔声罩的实际隔声量比改进前提高的改进后隔声罩的实际隔声量比改进前提高的dB数为：数为：dBILIL1892712四、隔声屏障隔声屏障，如图。隔声屏障降噪量：13lg10NILdba/2N声屏障的隔声量应比设声屏障的隔声量应比设 计目标值大计目标值大声屏障应有足够的高度声屏障应有足够的高度声屏障应尽量靠近噪声声屏障应尽量靠近噪声 源源,主要用于阻断直达声主要用于阻断直达声应尽可能采用吸声

24、型声应尽可能采用吸声型声 屏障屏障四、隔声屏障例例：如有一声源的频率为：如有一声源的频率为 ，设隔声屏障高为，设隔声屏障高为 6 米米 ，声源与接，声源与接收点离地面的高度均为收点离地面的高度均为 2 米米 ，屏障距离声源为，屏障距离声源为 3 米米 ，屏障接，屏障接收点收点 10 米米 ，试求此屏障的降噪量。，试求此屏障的降噪量。 解解 ：降噪量为：降噪量为：从上面可以看出：当频率增加一倍，即波长减小一半时，则从上面可以看出：当频率增加一倍，即波长减小一半时，则 增增加一倍，这时屏障的降噪量就增加加一倍，这时屏障的降噪量就增加 。 )( 1 .22131 . 913lg10dBNIL8 .

25、2)103()26(10)26(32222dba140. 8344/5008 . 22/2/20cfN五、其他隔声结构五、其他隔声结构五、其他隔声结构五、其他隔声结构7.4 隔声设计指导 一、隔声设计原则 二、隔声设计程序 三、隔声设计计算 一、隔声设计原则 隔声设计原则隔声设计原则按照室内室外噪声允许原则来计算噪声的隔声量按照室内室外噪声允许原则来计算噪声的隔声量进行隔声处理时要满足防火、防潮、防腐、防尘等要求进行隔声处理时要满足防火、防潮、防腐、防尘等要求对隔声设计的构件的隔声数据，要进行修正对隔声设计的构件的隔声数据，要进行修正 隔声措施选择原则：隔声措施选择原则：噪声源、环境情况噪声源

26、、环境情况具体采取措施具体采取措施独立强的噪声源独立强的噪声源密封式隔声罩、活动密封式隔声罩以及局密封式隔声罩、活动密封式隔声罩以及局部隔声罩部隔声罩不宜对噪声源进行隔声处理时，允许操作不宜对噪声源进行隔声处理时，允许操作人员不经常停留在设备附近时人员不经常停留在设备附近时便于控制、观察、休息使用的隔声室便于控制、观察、休息使用的隔声室车间大、工人多、强噪声源比较分散，且车间大、工人多、强噪声源比较分散，且难以封闭难以封闭留有生产工艺开口的隔声墙或声屏障留有生产工艺开口的隔声墙或声屏障二、隔声设计程序 根据声源特性估算受声点的根据声源特性估算受声点的各频带声压级各频带声压级选择合适的隔结构与构

27、件选择合适的隔结构与构件了解环境特点，选定噪声控制标准了解环境特点，选定噪声控制标准计算各频带所需隔声量计算各频带所需隔声量与构件的插入损失比较与构件的插入损失比较确定受声点允许的噪声确定受声点允许的噪声级和各频带声压级级和各频带声压级三、隔声设计计算 1. 室内各频带声压级的计算室内各频带声压级的计算2.各频带需要的隔声量各频带需要的隔声量 受声点允许声压级 受声点声压级1)44lg(102SRRrQLLWp5papLLRpaLpL三、隔声设计计算 1. 隔声设计计算表格示例隔声设计计算表格示例编号项目频率(Hz)备注631252505001k2k3k4k1声源声功率已知2容许噪声值已知3噪声传播衰减已知4吸收减噪量设计5需要减噪量设计单击此处加标题 单击此处加副标题单击此处加文本内容