噪声污染与控制chap8.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章,隔声技术,第八章 隔声技术,8.1,噪声的评价,8.2,单层匀质密实墙的隔声,8.3,双层隔声结构,8.4,隔声间,8.5,隔声罩,8.6,声屏障,1,隔声量,(1),透射系数,将透射,声强,I,t,与入射声强,I,i,之比,定义,为透射系数，即：,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，表示透声性能越差，隔声性能越好,(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另一面的透射声功率级之差,隔声量等于透射系数的倒数以为底的对数：,式中：,pi,pt,分别为入射声压和透射声压,(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隔声量,在工程应用中，通常将中心频率为至,z,的个倍频程或至,z,的个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，在工程设计应用中，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,(4),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把所测得的隔声曲线与一簇参考折线相比较，求出满足下列两个条件的最高一条折线，该折线的号数即为隔声指数,Ia,值,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,8dB,对全部个倍频程（,z,）,曲线低于折线的差值之和不得大于,dB,用平均隔声量和隔声指数分别对图中两条曲线的隔声性能进行评价比较可以求出两种隔声墙的平均隔声量分别为,.,dB,.,dB,，,基本相同按这上述方法求得它们的隔声指数分别为和，显然隔声墙的隔声性能要优于隔声墙,(5),插入损失,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功率级,LW1,和设置后的声功率,LW2,之差值，记作，,即：,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,一、声波透过单层匀质构件的传播,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：,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：,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：,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：,如果,D,，即,k2D 1,，则,sink2Dk2D,，,cosk2D1,，,有由于,p1c1 p2c2,，,上式可简化为：,令,M,p,2,D,为,固体媒质,的,面密度,，公斤,/,米,2,，则有：,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：,隔声量与墙体质量和声音频率有关,。,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：,M200kg/m,2,M200kg/m,2,3,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,设弯曲波的波长为,b,吻合效应,：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”。,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：,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。,b,为薄板,自由弯曲波长,(2),吻合效应,当入射声波以,角向墙体表面入射时，其同一波阵面的各点是先后到达墙体表面的，或者说在同一时刻入射波在墙面上各点的位相是不同的,对墙体上某一点，当入射波两个相邻同位相波阵面经过该点的时间，正好和弯曲波在墙内沿横向传播的周期相同时，即当,b,sin,时，声波对墙体的作用与墙体的弯曲波振动相吻合，则墙体的弯曲振动达到极大值；,由于墙体振动而向墙的另一侧辐射的声能也达到最大值，从而使隔声量大大降低这种因声波入射角度造成的声波作用与隔墙中弯曲波传播速度相吻合而使隔声量降低的现象，叫做,吻合效应,固体隔墙中弯曲波的波长由固体本身的弹性性质所决定，因此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,c,为：,c,c2/2,sin2,12,(1-,2)/ED21/2,式中：,c,声速，,m/s,厚度，,m,密度，,kg,m3,E,杨式模量，,N/m2,泊松比,由于,sin,，,故只有在,b,的条件下才能发生吻合效应，当,=,b,时，相应的频率,c0,是产生吻合效应的最低频率，称为吻合效应的,临界频率,，此时,sin,，,低于这一频率的声波就不会产生吻合效应根据上述条件，并考虑一般情况下泊松比,的值约为,.,，即（,），,于是可以求得吻合效应的临界频率的近似值为：,c0=c2/2,D (12,/E)1/2=0.556c2/D(,/E)1/2,在频率等于,c0,及大于,c0,的某些频率范围内，会出现一些隔声量的低谷，叫,“,吻合谷,”,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,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,”,。,.,.,单层隔声墙的频率特性,单层匀质密实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严格地从理论上研究隔声墙的隔声性能是相当复杂和困难的，这里只做定性介绍,单层匀质迷失墙典型的隔声频率特性如图所示,频率从低端开始，隔声量受劲度控制，隔声量随频率增加而降低；随着频率的增加，质量效应的影响亦增加，在某些频率上，劲度和质量效应相抵消而产生共振现象隔声曲线进入由墙板各种共振频率所控制的频段，这时墙的阻尼起作用，图中,为共振基频,一般的建筑结构中，共振基频,为很低，为,z,左右，这时板振动幅度很大，隔声量出现极小值，大小主要取决于构件的阻尼，称为阻尼控制；,当频率继续增高，则质量起重要控制作用，这时隔声量随质量和频率的增加而增加，这就是所谓的质量定律，称质量控制区；,而在吻合临界频率,c,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,二、双层隔墙,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。,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：,将,u,1,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：,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：,当,入射声波频率,很低,时，即：,则：,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。,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,。,坚实薄板,护面层,阻尼,材料,吸声材料,多层复合隔声结构,.,.,双层结构的隔声特性,设两隔层中间距离为，单位面积质量分别为,m1,和,m2,，,为简化分析计算，设两层单位面积的质量相等，都为,m,，,且设声波垂直入射利用声学边界条件可计算得入射声压,pi,和最终从第二层墙透射出来的透射声压和,pt,之比为：,pi/pt=1+j,m/,0c+(j,m/,0c)2(1-e-j2kD),式中：,k=2,/,是波数,0c,是空气的特性阻抗,通常声波的波长比两隔层间的距离大得多，即,kD,0,L=5 N=0,20lg(2,N)1/2/tan(2,N)1/2+5 -0.2N0,0 N-0.2,式中：,为菲涅尔数,声程差，,（,a+b)-(c+d),声波波长,.,.,声屏障的设计要点,声平展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（,dB,以上）,设计声屏障上四，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,.,，其结构如图所示,声屏障主要用于阻断直达声，为了有效地防止噪声的发散，其形式有型，型，型等其中型（带遮檐）的效果尤为明显,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,