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1、第八章 隔声技术,2,一、声波透过单层匀质构件的传播二、双层隔墙三、门窗和孔隙对墙体隔声的影响四、隔声间的降噪量五、隔声罩的降噪量,主要内容：,3,1、透射系数,2、隔声量：入射声功率级与透射声功率级之差，也称传声损失。单位dB，同一隔声结构，不同的频率具有不同的隔声量。,常用隔声评价量,4,3、平均隔声量：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。,4、插入损失：吸声、隔声结构设置前后的声功率级的差(IL )。,5,一、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
2、：,6,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：,7,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：,8,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：,9,如果D，即k2D 1，则sink2Dk2D，cosk2D1，有由于p1c1 p2c2，上式可简化为：,令Mp2D为固体媒质的面密度，公斤/米2，则有：,10,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
3、内求平均，用平均隔声量表示，则：,M200kg/m2,M200kg/m2,11,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
4、产生吻合效应。,b为薄板自由弯曲波长,12,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（sin1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,13,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”。,
5、14,二、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。,15,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
6、函数理论，可知：,所以声波运动方程可写成：,16,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：,17,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：,18,当入射声波频率很低时，即：,则：,19,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。,20,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
7、：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。,21,多层复合隔声结构,22,三、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：,23,因此，组合墙的总平均隔声量为：,(dB),四、隔声间的降噪量（墙壁有吸声性能的情况下）,其中，A为隔声间内表面的总吸声量， S为隔声间内表面
8、的总面积， 为隔声间的平均隔声量。,24,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：,25,五、隔声罩的降噪量,由于插入损失的表达式为：,26,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
9、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：,27,本章作业：,P.169，38题,预习作业：,第九章 消声器,28,第九章 消声器,29,消声器是消减气流噪声的装置，把它接在管道中或进、排气口上，能让气流通过，对噪声具有一定的消减作用。,第一节 消声器的分类、评价和设计程序,对一个好的消声器要有五个方面的基本要求：,1）在消声性能上的要求。要求具有较高的消声值和较宽的消声频率，也就是说要在所需要的消声频率范围有足够大的消声
10、量；2）空气动力性能上的要求。消声器对气流的阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失要控制在实际容许的范围内；,30,3）机械结构性能上的要求。消声的体积要小，重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修,4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的需要，美观大方，表面装饰与设备相协调5）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长。,31,二、消声器的声学性能评价量,1）插入损失（LIL）,即系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声功率之差。,2）传声损失（TL）,即消声器进出口端声功率级之差。,3）减噪量（LNR）,即消声器进出口端测得的平均声压级之差。,4）衰减量（LA）,即消声器内部两点间的声压级的差值
11、，通常用消声器的单位长度的衰减量（dB/m）来表征消声器内声传播特性。,32,一、消声器的分类与适用范围,1）阻性消声器（如P.177图9-1）：,包括的形式：直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式等。,消声的频率特性：具有中、高频消声性能。,适用范围：消除风机、燃气轮机进气噪声（即气体流速不大的情况）。,消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定的方式在管道中排列起来，就构成了阻性消声器，与电学类比，吸声材料就相当于电阻，故称阻性消声器。,33,2）抗性消声器,包括的形式：扩张室式（如P.181图9-3） 、共振腔式（如P.184图9-7） 、干涉型（如P.188
12、图9-10）。,消声的频率特性：具有低、中频消声性能。,适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（较高气速的情况）。,消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗的改变，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。,34,3）阻抗复合式消声器（如：P.190，图9-12和P.191图9-13）,包括的形式：阻扩型、阻共型、阻扩共型等。,消声的频率特性：具有低、中、高频消声性能。,适用范围：消除鼓风机、大型风洞、试车台噪声。,消声原理：把阻性与抗性两种消声原理
13、通过适当结构复合起来而构成的。可定性地认为阻性和抗性在同一频带的消声值的叠加（并非简单的叠加关系）。,35,4）微穿孔板消声器,包括的形式：单层微穿孔板、双层微穿孔板等。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：适于高温、潮湿有水、有油雾及特别清洁卫生的场合。,消声原 理：利用微穿孔板吸声结构制成的消声器。,36,5）喷注耗散型消声器（也称扩散式消声器）,包括的形式：小孔喷注型（如P.194图9-15） 、降压扩容型、多孔扩散型（如P.195图9-16） 、引射掺冷型（如P.198图9-19） 。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：消除压力气体排放噪声，如锅炉排气、高炉放气、化工
14、厂工艺气体放散。,原理：不是在声音发出后进行消除，而是从发生机理上使干扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径成反比，如果喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频，于是低频噪声被降低，而高频噪声反而升高，如果孔径小到一定值时，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。,37,6）喷雾消声器（如P.197图9-17）,消声的频率特性：低频消声性能。,适用范围：消除高温蒸汽排放噪声。,7）电子消声器（如P.189图9-11）,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：用于低频消声的一种辅助。,原 理：喷淋水雾改变介质的密度，即增加声阻抗。,原 理：人为地产生一个幅值相同而相位相反的声波，使两列声波
15、在一定的空间区域相互干涉而抵消，达到降噪目的。,38,三、消声器的设计程序,1）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自然环境和声学环境条件等）2）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及国家相关声环境质量标准和噪声排放标准）3）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通道结构；根据降噪要求，决定消声器的长度）4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的种类）5）检验（验算消声频率范围）,39,第二节 阻性消声器,一、阻性消声器的声衰减量,其中：L消声器气流通道断面周长，m S消声器的气流通道截面积，m2 l消声器的有效长度，m (a0)与材料的吸声系数有关的消声系数,H.J. 赛宾经验公
16、式：,降噪量与材料吸声性能和周长/截面比有关。,理论计算公式：,40,例1、选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？,解：,由公式：,因为管道的有效直径为：,则管道断面有效周长为：,1）当管道为圆形时,41,2）当管道截面为正方形时,则管道断面周长为：,所以，,3）当管道截面为1：5矩形时,则管道断面长和宽分别为：,42,则管道断面周长为：,所以，,因此，有：LA3LA2 LA1,即：管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆形管道声音衰减
17、量最小。,43,二、高频失效频率（即消声性能下降的频率）,基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接触减少。,其中：D消声通道截面平均边长（当量直径），m圆形管道为直径；矩形管道为边长平均值，其他管道取面积的开方值。,44,当频率每增加一个倍频带，其消声量约下降1/3，其经验估算公式为：,其中：R高于失效频率的某倍频带的消声量； R失效频率处的消声量（作为参考值）； N高于失效频率的倍频程频带数。,45,三、气流对阻性消声器性能的影响,主要表现在两个方面：,1）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高速气流）,2）气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声,A：顺流时（气流与声传播方
18、向一致），由于气体流速在管道内不均一，根据折射原理，声波向管壁弯曲，促进消声降噪；B：逆流时（气流与声传播方向相反） ，声波向管道中心弯曲，导致声波与吸声材料接触机会减少，不利于消声降噪。,气流经过消声器通道时，因局部阻力或摩擦阻力而产生湍流，相应辐射一些噪声；气流激发消声器构件振动而辐射噪声。,46,在直通管道消声器内气流再生噪声的估算公式为：,其中：LA气流再生噪声 消声器内气流速度，m/s,一个消声器具体应用到现场时，气流究竟对它的性能影响有多大，需结合噪声源强度、气流速度大小以及消声器结构等因素进行具体分析； 不同的结构，气流在管道中允许风速不同。,47,第三节 抗性消声器,一、扩张室
19、消声器（膨胀式消声器）,消声原理：声波在管道截面的突然扩张（或收缩）造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，在管道内发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。,单节扩张室消声器的消声量计算：,其中：,称为抗性消声器的扩张比。,48,二、共振腔消声器,1）消声原理： 该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波传到腔口时，在声波的作用下，空气柱产生振动，振动时与腔口壁的摩擦使一部分声能转化为热能而耗散；同时由于声阻抗的突变而使声波发生反射和干涉现象，导致声能衰减；当体系固有频率与声波频率发生共振时，消耗的声能最多，消失量最大。,49,实际工程中，一般单通道的截面直径不应超过250mm，如果流量较大时则需要多通道。共振腔最大几何尺寸应小于声波波长，孔心距应大于孔径的5倍。,50,本章作业：P.201，第2，3，5，7题,预习作业：第十章,
