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隔声

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   声波在空气中传播时,一般用各种易吸收能量的物质消耗声波的能量 使声能在传播途径中受到阻挡而不能直接通过的措施,称为隔声。 用构件将噪声源和接收者分开,隔离空气噪声的传播,从而降低噪声污染程度。采用适当的隔声设施,能降低噪声级2050分贝。这些设施包括隔墙、隔声罩、隔声幕和隔声屏障等。 隔声机理 如果把单层均匀密实材料的构件(忽略材料的弹性)看作是柔软的,它在受到声波激发时,构件的振幅大小就决定于构件的单位面积质量(称为面密度)、入射声波的声压和频率。构件越重,频率越高,透射波的振幅就越小,构件的隔声效果也越好。阐明这一关系的即为质量定律。 

   在声波垂直入射时构件的隔声量(Ro)可用下式计算: Ro=10 lg|pi/pt|2 =10 lg1+(ωm/2ρc)2(dB) 式中pi为入射声压;pt为透射声压;m为面密度为角频率(ω=2πff为频率);ρ为空气密度;c为声速。此式即为垂直入射波的质量定律,其实用公式为: Ro=20 lgm·f-42.5 在无规入射的情况下,对所有方向的入射波进行平均,求出无规入射波的隔声量(R)。其公式为: R=Ro-10 lg(0.23Ro) R值较Ro值为小,Ro越大,其差值就越大。 单层墙的隔声量同面密度和频率的关系如图1。 

   上面所述的是忽略材料弹性的理想情况,实际上隔声构件一般是有一定刚度的弹性板,可因吻合现象而降低隔声量。因此单层均匀密实材料板的隔声特性曲线应。共振区以下,板的隔声量由弹性的劲度控制。在质量控制区以上产生的临界频率处的低谷,是由吻合效应引起的。 吻合效应 投射于构件板面上的声波速度与板上弯曲速度相一致时产生的现象。设某一时刻斜入射声波a到达板上A,使板产生振动,经过时间t后,弯曲波到达B点,其波长为λB,传播速度为cB。这时,如声波斜入射的角度θ合适,空气波b以声速c 经同样一段时间t也正好到达B点,即λB=λ/sinθ,则在B点使板受激发因而产生新的弯曲波,恰好同A点传来的弯曲波相吻合,于是使总的弯曲波振幅达到最大。这时,板将向其另一侧辐射大量的声能,在该频率处的隔声量将大幅度下降,而不再符合质量定律,此即所谓吻合效应。吻合效应只发生在临界频率fc处。fc同板的厚度、材料的密度和弹性模量等有关。

   噪声对人的影响的频率范围主要为1003150,应尽量避免这一范围发生吻合效应。通常,可用硬而厚的板降低临界频率,或用软而薄的板来提高临界频率。 隔声结构 复杂的隔声构件由一些单层构件组成,它在隔声机理上有单层构件的特性,同时又有各种单层构件综合的特性。

       ① 双层构件:两个互不连接的单层构件之间有空气层的构件。空气层起着缓冲的弹性作用,但也能引起两层构件的共振。因此,双层构件的隔声量并非两层构件隔声量的叠加。如在空气层中加填多孔性吸声材料,则可减少共振而提高构件的隔声量。因空气层而增加的隔声量在一定范围内同空气层厚度成正比。通常,双层墙比同样重量的单层墙可增加隔声量5分贝左右。

       ② 轻型墙:目前使用的轻墙板有纸面石膏板、圆孔珍珠岩石膏板和加气混凝土板等,单位面积质量大约为十几公斤至几十公斤。240毫米厚的砖墙每平方米为530公斤。按照质量定律,轻墙板是不能满足隔声要求的。因此,要把双层板材隔离开形成空气层,或在空气层中加填吸声材料,或采用不同厚度或劲度的板材使其具有不同的吻合频率,以提高轻墙的隔声量。表列有不同层数的纸面石膏板在有无填充材料情况下,不同频带的隔声改善值。 

       ③ 隔声门窗:门窗结构质量轻,而且有缝隙,因此隔声能力不如墙壁。对于隔声要求较高的门(隔声量为3050分贝),可以采用构造简单的钢筋混凝土门扇。但通常是采用复合结构的门扇。这种结构的阻抗变化能提高隔声能力。密封缝隙也是保证门窗隔声能力的重要措施。用工业毡做密封材料较乳胶条为佳,尤其是对高频噪声。对隔声要求较高的窗,窗玻璃要有足够的厚度(610毫米),至少有两层。两层玻璃不应平行,以免引起共振,降低隔声效果。玻璃和窗框、窗框和墙壁之间的缝隙要封严。在两层玻璃窗之间的周边,应布置强吸声材料,以增加隔声量。在构造上要便于洗擦。图5是各种隔音窗的隔声特性曲线图。为了避免窗玻璃之间产生吻合效应,隔声窗的双层玻璃应有不同的厚度,否则,在临界频率fc处隔声值将出现低谷。

      ④ 声锁:要使门具有较高的隔声能力,可设置声锁,即在两道门之间的空间(门斗)内布置强吸声材料。这种措施的隔声能力有时相当于两道门的隔声量。为便于开闭,门扇的重量不宜过大。

      ⑤ 组合墙:组合墙是有门或窗的墙。它的隔声量通常要比无门窗的墙低些。因此,不能单纯提高墙的隔声能力。在设计时,应按照等隔声量τw·Sw=τd·Sd的设计原则进行。式中τwτd分别为平墙和门的透射系数,SwSd为墙和门的面积。因此 即Rw10 lg(Sw/Sd)×(1/τd)=Rd+10 lg(Sw/Sd)分贝。从上式可知,墙的隔声量只要比门高10分贝左右即可。为了方便计算 在以上各种隔声构件的构造内部使用吸声材料,是利用吸声的特性来增加构件的隔声量。隔声和吸声的本质区别不应混淆。隔声是隔离噪声的传播,尽可能使入射声波反射回去,隔声材料愈沉重密实,隔声性能愈好;吸声是尽可能多地吸收入射声波,让声波透入材料内部而把声能消耗掉,因而一般是多孔性的疏松材料。 隔声指数 近年来,国际标准化组织(ISO)建议采用单一值——隔声指数Ia来评价空气声的隔声效果。图7中的标准曲线在100400赫间为每倍频带增加9分贝,4001250赫间为每倍频带增加3分贝,12503150赫间平直。

 在求隔声指数时,先将构件的隔声特性曲线绘制在坐标纸上,再将绘在透明纸上的标准曲线与之重合,并沿垂直方向上下移动,直至满足下列两个条件时为止:

低于标准曲线的任何 1/3倍频带的隔声量与标准曲线的差值不得超过8分贝;

低于标准曲线的各个1/3倍频带的隔声量与标准曲线的差值总和不得超过32分贝。图中所示1/3倍频带的中心频率为500赫所对应的隔声量Ia即为隔声指数的读数。


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