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1、7隔声技术华2本章提要；1 应用隔声构件将噪声源和接受者分开，在噪声的传播途径中降:低噪声污染的技术称隔声。利用设计和合理选择隔声处理的方式和22 结构，采取声屏障、隔声罩、隔声间等隔声措施，能降低噪声20:50dB(A)o本章主要学习隔声原理(包括单层墙和双层墙的隔声原Z3 理)、声屏障、隔声罩、隔声间等结构和隔声性能，隔声降噪量的计:算、隔声构件的设计等。Z一丝为了控制空气声的传播，利用墙体、门窗、隔声罩、屏等构件，使噪声在传播途径中受到阻挡，从而得到降低的过程称隔声。隔声是噪声控制工程中常用的主要技术措施之一。7.1隔声技术基础7.1.1声波的反射和透射系数7.1.1.1边界条件当平面波
2、在空间传播到两种媒质的交界面时，一部分声波在原媒质中产生反射波，另一部分声波透射到界面另一侧的媒质中形成透射波，见图7.1所示。两媒质的交界面很薄，因而，两媒质中的声压在交界处连续，两媒质中的质元法向振动速度在交界处也是连续的。令两种媒质中的声压、法向振动速度分别为IPlN,2*.*.IMl%这叫做边界条件。若入射波为P1,反射波为Pr,透射波，-a-r.为pt,两种媒质的特性阻抗分别用乙、Z2表示，则在交界面，即X=O处，根据边界条件有：Pi、P2、Ui、l2,则在交界面处有:Ip1=Pi+Pr=PiCOSOl+prCOSOl”1-p2=Pt=ptCOSOl图7.1平面声波的反射和透射Pi+
3、Pr=Pt(7.1)同理可得：U.+Ur=Ut或化.乂_P.(7.2)7.1.1.2声压反射和透射系数声压反射系数J为反射声压幅值与入射声压幅值之比。声压透射系数Tp为透射声压幅值与入射声压幅值之比。由式（7.1）和式（7.2）得:r,&PiPlPP.7.1.1.3声强反射和透射系数=z2zI(7.3)Z2+乙,64)Z2+乙根据声强与声压的关系，可求出声强的反射系数片、透射系数T1,即n=g=（或）/（号）=（&）2=4=（伞二乡）2（7.5）Tl=-=（艺）/（艺）吟2=冬y=%（7.6）p（ZsZ1）,由以上分析可知，声波的反射和透射系数与入射声波、反射声波和透射声波的大小无关，仅与两种
4、媒质的特性阻抗有关，而且声强反射系数和透射系数之和等于1,符合能量守恒定律。7.1.2单层隔声构件的隔声量单层隔声构件是指单层密实匀质的材料，如墙体、木板、石膏板、水泥板、金属板等。单层隔声结构由单层隔声构件组成，如隔声墙、隔声板等。评价隔声构件的性能有很多方法，不同的方法所得的隔声性能参数不同。本节重点介绍使用较多的评价量一隔声量。隔声量反映单层隔声构件即单层图7.2平面声波正入射于分层介质时的反射和透射隔声结构的隔声能力。7.|.2.|单层隔声构件的声强透射系数若声波从媒质I透射到媒质后，又从媒质U透射到另一侧媒质I中,见图7.2。设媒质I为空气，媒质为单层密实匀质构件，如墙体或板材。媒质
5、的厚度为D.根据边界条件，在a.a!面，即X=1处有：P.+Pr=p2i+p2r（7.7）Pi-PrP2i-P2r（7）ZZ2在b.b!面,即X=D处，有：pIOOlgk/)(7.20)Lt50O=13.51gM+13(M100gk2)(7.21)表7.1式(7.17)计算结果与实测值比较构件名称面密度(Igk)实测倍频程(HZ)对应的隔声量(dB)测定计算125250500112|4|LL-T1/4砖墙，双面粉刷11841414540464743401/2砖墙，双面粉刷22533373846525345441砖墙，双面粉刷45744444553575649491砖墙，双面粉刷53042454
6、957646253504厚双层玻璃留120空气层202017223541382929150里加气混凝土砌块墙，双面粉刷1752836394654554342M*图7.3构件“等隔声”列线图(5)若M200|gk2时7.=151g4M(7.22)M200gk/2时7.=13.31gl0M(7.23)(6)近年证实，沿着隔声构件周围各部分的传声，构件的隔声效果有所下降，建议采用下式计算隔声量。L.=201gM+201gf*60(7.24)表7.2列出常用单层隔声结构的隔声量。表7.2单层围护结构的隔声能力（dB（A）面密度倍频带几何平均频率（HZ）结构材料厚度(kgm,)6312525050010
7、002000400080001/2砖220323940424854606047砖砌体（两面抹1砖4203641445158646565533/2砖620414448556165656555次，2沛820454552596570707059.55/2砖100045475560677070706040mm1003236353847534050mm125283435354148555541.5100mm250344040445055606048钢筋混凝土板160mm400434751606353200mm500404244515965656554300mm7504444.55058656969695
8、8400mm10004547.5556167.570707061800mm200047.5556167.57070707064石膏板（石存混80mm1152833373944444238凝土板）95mm13532373742485342加气混凝土板240mm27039425156545249木丝板20mm122326262626263326.53mm2.4711141923262726194mm3.281216202427272720胶合板5mm4913172125282629218mm6.412162024272727322310mm81317212528252933240.7mm81519
9、2326303437241mm7.8131721252832363526钢板（钢板背面2mm15.61620242832363533283mm23.4192327313537303930有加强肋，肋间的方格尺寸不大于4mm31.2212529333634344131.55mm39222630343732364232ImXlm)6mm46.82327313537303943338mm62.424283236343340443410mm78263034363236424635平玻璃3mm8.5246mm17.030数层纸板20mm1220普通木板（厚20mm,两面抹灰，并糊墙纸）60mm7037由
10、式（7.16）可以看出隔声量与声波频率的关系，由于构件本身具有弹性，同时入射声波来自各个方向，所以实际情况要复杂得多。单层密实匀质板材的隔声频率特性曲线，见图7.4所示。按频率可分为3个区域：劲度和阻尼控制区（I）：质量控制区（）：吻合效应和质量控制延伸区（I）o图7.4单层均质墙的隔声频率特性曲线7.1.3.1劲度和阻尼控制区劲度和阻尼控制区包含劲度控制区和阻尼控制区。隔声构件有一个固有频率，当入射声波的频率与隔声构件本身的固有频率一致时，构件发生共振，此时入射声波的频率称共振频率，用表示。在共振区，隔声量达到最小。对一般由土建材料如砖、混凝土等构成的墙体，共振频率低于听阈，其影响不予考虑。
11、对轻质板材构成的隔声结构，其共振频率在听阈频率范围内，必须考虑共振的影响。当声波频率低于构件的共振频率时，构件对声波的反应就像弹簧，其隔声量与KZf的比值成正比，K表示构件的劲度，f为声波频率，构件的隔声量与劲度成正比，因此称之为劲度控制区。在此区域内，构件的隔声量随频率的增加而减少，以每倍频程6dB的斜率下降。随着频率的增加，进入共振区，共振区的隔声量最小。共振区有一系列共振频率，对隔声量影响最大的是频率最低的两个频率，一个是基频，一个是谐波频率。作为隔声构件，共振区越小越好。共振区的大小与构件的原料、形状、安装方式和阻尼大小有关。对于同一种构件，阻尼越大，对共振的抑制越强，故称阻尼控制区。
12、152由上述分析可知，共振频率是很重要的量。对重质板材构成的隔声结构，其共振频率很低，一般不予考虑。对轻质板材构成的隔声结构，其共振频率为：fmn=0.45cpD（芋）2+（”（7.25）式中Cp一构件中纵波速度（ms）,见表7.3所示。D-构件厚度（m）；a、b一构件长、宽（m）；m、n一任意正整数；fmn一构件的m、n阶固有频率（Hz）。当m、n取1时，最低共振频率为：fo=O.45CpD（y）2（y）2（7.26）表7.3几种材料中的纵波速度构件材料胶合板有机玻璃玻璃塑料铝镁合金钢cp(ms)2.1x1031.9x1033.5x1035.1X1035.2x1037.1.3.2质量控制区随
13、着声波频率提高，共振影响逐渐消失，这时在声波作用下，构件的隔声量受构件惯性质量影响，从式（7.16）可知，对同一频率的声音，面密度增加1倍，隔声量增加6dBo对同一构件，频率每升高1倍频程，隔声量也增加6dBo通常采用隔声结构控制噪声的传播，利用了构件的质量控制特性，这就是隔声技术中常用的“质量定律”。7.1.3.3吻合效应区声波频率继续提高，就进入吻合效应区。吻合效应是指当某一频率的声波以一定的角度投射到构件上时，入射声波的波长在板材上的投影刚好等于板材的固有弯曲波波长，即空气中声波在板材上的投影与板材的弯曲波相吻合，从而激发构件的固有振动，向构件另一侧辐射与入射波相同强度的透射声波，这时构
14、件的隔声量明显下降。吻合效应的说明见图7.5所示，由图可知，发生吻合效应的条件是：A=京（7.27）式中入b构件弯曲波波长；入一空气声入射波波长：9一入射声波的入射角。由于si91,只有入b2入时，才会发生吻合效应。对于一定频率，空气中的力的方向图7.5由平面声波激发的自由弯曲波声速为C,板材中弯曲波速度为Cb，则产生吻合效应的条件是：SinE=（7.28）产生吻合效应的最低频率称为临界频率,即入b=入时的频率。临界频率的计算公式为：、=7J629）式中一材料的密度（kg/n?）:E-材料的静态弹性模量（Nr2）；D材料厚度（m）；C声速（ms）：M一材料的面密度（kgr2）：B-材料的弯曲劲
15、度（Nm）。常用建筑材料的密度和弹性模量见表7.4所示，其吻合频率可用图表示，见图7.6所示。表74常用建筑材料的密度和弹性模量材料名称密度(kgm3)弹性模量（NZm2）材料名称密度(kgf,)弹性模量（NZm2）钢铁软钢79002.IX10颗粒板I0003.0XIO9铸铁7900I.5XIO1软质纤维板A400I.2XIO9钢79002.IX10软质纤维板B5007.0XIO8铜9000I.3XIO1石式板800I.9IO9铝27007.0X10,石棉板19002.4X1O10铅112001.6x101石棉水泥平板18001.8x10,玻璃25007.1X100柔质板19001.5X10,
16、0续表7.4材料名称密度(kgm3)弹性模量(NZm2)材料名称密度(kgm3)弹性模量(NZm2)普通钢筋混凝土23002.4x1O10石棉珍珠岩板15004.OX108轻质混凝土13004.5XlO9水泥木丝板6002.Ox108泡沫混凝土6001.5109玻璃纤维增强塑料板15001.O10,0肺19001.6x1010氨化乙烯板14003.OX109砂岩23001.7x10,0弹性橡胶950(1.55.0)X108花岗岩27005.2X10,0乙烯基纤维431.7107大理石26007,7X100氯乙烯泡沫771.7x107橡木8501.3X10,氨基甲酸乙酯泡沫454.OX106杉木
17、4005X109紫乙烯泡沫152.5X10胶合板600(4.36.3)109尿素泡沫157.OX105硬质板8002.1X1097.1.4双层隔声结构单层隔声结构要提高隔声量，惟一办法是增加材料的面密度或厚度，即遵循“质量定律”。但实际上，结构质量增加1倍，隔声量仅提高几分贝。单纯依靠增加结构质量提高隔声效果，既浪费材料，隔声效果也并不理想。因此，常将夹有一定厚度空气层的两个单层隔声构件组合成双层隔声结构，实践证明其隔声效果优于单层隔声结构，突破了“质量定律”的限制。7.1.4.1隔声量的计算双层隔声结构的隔声量理论推导比较复杂，与实际情况相差较大。在实践中常用经验公式估算：(1)主要声频范围
18、1003150Hz的平均隔声量7TL：Itl=201g(M+D)_26(7.30)式中M-双层构件总面密度(kgr2)；D一空气层厚度(mm)。图7.6常用建筑材料的吻合频率分布范围（2）双层隔声结构中，两个构件的总面密度M200kgm2时Ltl=151g4M+AR（7.31）当M200kgr2时7tl=13.31g10M+AR（7.32）式（7.31）与式（7.22）、式（7.32）与式（7.23）基本一样，只多了空气层附加的隔声量ARCAR可由图7.7查得。双层隔声结构的平均隔声量可用列线图查得，列线图见图7.8所示。该图适用条件是双层隔声构件重量相同（并且是重结构）。下面举例说明利用该列
19、线图设计双层隔声结构的方法。例7.1采用密度为1200kgr3的多孔砖建造一双层隔声墙，砖的厚度为6.5cm,空气层的厚度为6cm,问其平均隔声量为多少？【解】列线图如图7.8所示。（1）在左图横坐标中查得密度为1200kgm3的点，沿纵线向上，在纵坐标中查到砖厚（或一个墙体的厚度）的曲线，确定该曲线与密度纵线的相交点。（2）从相交点引一水平线至右图，在右图横坐标中查到空气层厚度为6cm点沿纵线向上，确定该纵线与左图引来的水平线的交点。根据该交点的位置，参156图7.7空气层厚度对于双层隔墙平均隔声能力的影响图7.8双层隔墙的声能、固有频率、空气层厚度和面密度之间的关系(左图由密度和一个墙体的
20、厚度可以查出隔墙的质量)照右图中表示隔声量的几条实曲线的位置，估计其平均隔声量的大小约为54dB【例7,2欲设计一双层隔墙，使其平均隔声量为55dB,试求最经济的双层隔声结构。(解】如图7.8所示，从右图可以看出，平均隔声量是一个曲线，两端向上，显然曲线的最低点相对应的面密度在保证相同隔声量时其值最低。(1)在右图中平均隔声量55dB曲线的最低点作水平线，交于右边纵坐标，得双层隔墙中一面墙体的而密度约为75kgm2,即双层隔声结构总面密度为150kgm2o(2)从曲线最低点附近作纵线交于横坐标，最佳空气层厚度范围为812Co（m）将从曲线最低点作出的水平线向左与左图中一系列曲线相交，可得出满足
21、条件的不同密度和厚度的单墙。若单墙厚度为30!c,则密度约为800kgcm；若密度定为3200kgcrn,则单墙的厚度应为65!c。（例7.3J使用相同材料、相同厚度的双层隔声结构，材料密度为800kgcm,单墙厚度为4!c,问其空气层的厚度是多少时，该隔声结构的固有频率在50Hz以下？【解】如图7.8所示，从左图查得密度和墙厚的交点，从交点作水平线向右图延伸，可以看出，固有频率低于50HZ时的空气层厚度应在30!C以上。在30!C处隔声量约为48dB,若厚度增加，隔声量将下降。7.3.4.2固有频率%双层隔声结构有固有频率，当入射声波的频率和结构的固有频率相等时，发生共振而导致隔声量下降。若
22、两层结构的厚度、重量一样，即面密度相等，其固有频率为：f0=（7.mm）/W?式中M总面密度（kgc?）；D-空气层厚度（！c）o若双层隔声结构的两构件面密度不同，则固有频率为：f0=咽.W+“2（7.m4）DM2式中M3、M2一两构件各自的面密度（kg/.）；D空气层厚度（！c）Ln=12-L01g515(dB)1:再将门窗作为一组，其面积为8m,平均隔声量为15dB,求其与墙体的总隔J=J.产里。i8XK)7LnT=45-L01g30(dB)81 Ih因此整个组合隔声构件的总平均隔声量为30dB。由此例可以看出，组合隔声构件的总隔声量比纯墙体的隔声量低。如果把墙体的隔声量提高到55dB,可
23、以求出其总平均隔声量仍为30dB左右，可见如果组合构件中有某构件的隔声量太低，其他构件的隔声量提得再高，所取得的效果也不大。在上例中，要提高组合隔声构件的隔声量，应设法先提高门、窗的隔声量。在实际工程中，很难把组合隔声构件的各构件隔声量做成一样。在设计时，只要隔声量最高的比其他较低的高出L0L5dB即可。高出太多，不经济，又无明显的隔声效果。比较合理的设计用“等透射量”方法，用式子表示为：SLTL=s1T1或LnTL=L11T1+LoIg：(2.38)(例7.5单层隔声墙面积为Llm1,墙上有一木门，面积为ImL已知门的隔声量为15dB,求墙体的隔声量至少为多少较为合适？解】根据式(2.38)
24、,令Lm为待求，SL为LOm10LnTL=15+LoIg*31(dB)即墙体的隔声量至少要有31dB,一般可取3140dB,隔声量再高对整个隔声构件的隔声量作用不大。7.2.2孔洞、缝隙对隔声的影响孔洞和缝隙对构件隔声性能的影响很大，一个小洞或一条狭缝，由于声波的衍射都会使隔声结构的隔声量降低很多。孔隙损失的隔声量ALnT近似为：ALn=L01g(L+nLO0LLnT)(2.39)5,式中n一声音集中于孔隙处的系数，当声波频率fVloooHZ时，n=4；f1OOOHZ时，n=6。s1-隔声构件总面积（m2）。S2一孔隙总面积（in?）oLn一原隔声构件的平均隔声量（dB）。孔隙对隔声的影响还可
25、以从图7.9中查得。如当孔隙的开孔率为1%时,原隔声量为50dB的隔声构件，隔声量下降为20dB.图7.9开孔率对原有困护结构隔声的影响孔隙对隔声的影响，还与隔声构件的厚度有关。隔声构件越厚，孔隙对隔声性能的影响越小。孔隙对隔声结构的隔声性能影响很大，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接处，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、毛毡等，切忌用实心的硬橡皮带。在隔声要求很高的场合下，可以采用双层或多层门、窗，并对门、窗缝隙加以密封。如果在双层门之间留出一定距离，并在壁面上敷设吸声材料，形成“声闸”，隔声效果更好。双层窗
26、宜采用厚度不同的玻璃，并且不要平行安装，减少共振和吻合效应的影响，在两层间的框架上敷设吸声材料，其隔声性能较好。7.3常见隔声构件的隔声性能前述隔声构件的隔声量，是指构件本身的固有隔声量。在实际中，相同的隔声构件在不同的声学环境中，对空气声的隔声效果并不相同。1627.3.1分隔墙在一个大的房间内设置隔声构件，用一砖墙将房间分离为两部分，室内一边设有声源，称为发声室，另一边室内没有声源，称为接收室，这砖墙就称为分隔墙。当发声室内的声源工作时，声源发出的声音在室内传播，一部分声能被吸收，另一部分声能透过分隔墙传到接收室。传播到接收室的声能不仅与分隔墙的隔声量有关，还与分隔墙的有效而积和接收室的房
27、间常数有关。若发声室内的声压级为Lp1,接收室的声压级为Lp2,则将2个声压级的差称为分隔墙的噪声衰减量，用NR表示：NR=Lp1-Lp2=Ltl-101g（L+%）（7.40）式中Ln一分隔墙隔声量（dB）；SW一分隔墙的面积（m2）；R2一接收室房间常数（m2）从上式可知，噪声衰减量与隔声量不一样。噪声衰减量不仅与隔声构件的隔声量有关，还与隔墙面积和接收室房间常数有关。在隔声量一定的情况下，增加接收室的吸声量可以提高噪声衰减量。为了方便，式（7.40）的第二项对数部分可用列线图查出，见图7.10所示。只要知道接收室的房间常数和分隔墙的面积，在列线图左边SW线和右边R线的相应数字处连条直线，
28、这条直线与中间一条列线的交点即为对数部分的数值。如分隔墙面积为20m2,当接收室房间常数为3m2时，对数部分的值约为9dB.当房间常数为10m2,则对数部分的值约为35dB0知道了分隔墙的隔声量，可方便地求出分隔墙的噪声衰减量。7.3.2隔声屏隔声屏是位于声源与接收者之间的遮挡结构，主要用于阻挡直达声的传播。其隔声原理与第2章中介绍的障板隔声类似，只是障板隔声常用于室外，且假设为无限长，而隔声屏常用于室内，几何尺寸有限。在工厂中使用的隔声屏，通常为一有限尺度的矩形，见图7.11所示。隔声屏的隔声量用插入损失IL表示，即v入（7.41）IL=101gX3入+2Odi式中弓一声程差（m）:入一波长
29、（m）O图7.11隔声屏由于隔声屏主要阻挡直达声，在混响声场中效果不显著，应配合吸声措施，降低混响声的影响，以提高隔声屏的隔声效果。隔声屏一般选择各种板材制作，其平均隔声量至少应在&25d以上。板的表面可作吸声处理，形状不必局限于矩形，见图7.1&所示。7.3.3隔声罩把声源用隔声材料制成的罩子封闭，是降低噪声影响的有效措施。隔声罩可制成全封闭式，或制成有开口式。有开口的称局部隔声罩。隔声罩的隔声效果，可用插入损失表示。对封闭式隔声罩，其插入损失IL为：IL=Lbt+10lg(a1+T1)(7.4&)式中Lbt一隔声罩隔声量(5d)；a1一罩内表面的平均吸声系数；图7.12隔声屏的基本形式T1
30、一罩的透射系数。隔声罩的内表面必须有良好的吸声措施，否则隔声效果不好。如当a1=O时，IL=Oo对于局部隔声罩，其插入损失IL为：IL=101g（Sqs+a+）（743）S0s1+T1式中SO一罩上开口而积（m2）；s一罩内扣除开口面积后的总面积（m2）；a1一罩内表面平均吸声系数；T1一罩的透射系数。隔声罩一般用薄金属板制作，在内表面敷设吸声材料，还可在内、外表面涂敷阻尼层，遏制振动。在设计时要使内壁而与声源之间留有较大空间，避免罩壁受强噪声激发而共振。若声源伴有振动，还应将隔声罩作隔振处理。封闭型隔声罩一般有2530dB（A）的插入损失，若噪声频率为高频时效果更好。局部隔声罩的插入损失一般
31、都在20dB（A）以下。7.4隔声技术应用利用隔声技术阻碍声波传播，在中国有悠久的历史。据史料记载，明代初年，姚广孝曾以一种小口大肚的“缶”（陶瓶）筑墙，口朝房内，墙体就成多孔吸声165墙，能起隔声作用。明末方以智在其物理小识中写道：“隔声：乃以瓮为口，累而墙之，其口向内，则外过者不闻其声。”他解释为“声为瓮所收也”。用现代声学知识解释，小口大肚的“缶”或“瓮”类似于德国赫姆霍兹发明的共振腔。共振腔理论是穿孔板共振吸声的理论基础。随着社会的进步和发展，噪声污染增多，人们的环保意识也增强了。隔声技术得到广泛应用，新型隔声材料不断涌现，随之也带动和促进了相关环保产业的兴起和发展，对经济建设和社会进
32、步具有强大的推动作用。7.4.1隔声技术应用的广泛性隔声技术广泛应用于人们生活、工作和生产的各个领域。隔声技术的应用已从被动利用墙体、屏障隔声向主动根据声波产生的机理和特性、声波传播的方向和途径以及被保护的对象，有目的地选用不同隔声材料、制造不同隔声结构的方向发展。在建筑领域，对一般建筑物仍遵循“质量定律”，采用重墙隔声。对隔声要求较高的建筑物，可采用各种结构的双层玻璃窗和隔声门提高隔声效果。近年国内研制生产了一种由13层材料制成的SH型隔声门，实测隔声量达到46dB,使用效果很好。在建筑物内部，趋向于采用轻质墙体，这种墙体虽轻，但隔声量并不低。如国内生产的水泥粉煤灰空心砌块、珍珠岩空心砌块、多孔石膏空心砌块等。这些材料质轻、厚度小，隔声量一般都在40dB以上。又如一种新型的FC轻质复合墙板，这是一种硅酸钙板而板，中间浇筑由再生阻燃聚苯乙烯泡沫颗粒、砂、水泥、粉煤灰等材料组成的轻质混凝土,整个墙板厚90
