隔声

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第887页（6039字）

2．3．1 透射系数与透射损失(隔声量)

声波入射到墙板时，部分声能E₂透过墙体继续传播。设入射声能为E₀，则透射系数为

隔声结构的隔声性能用透射损失TL(或称为隔声量)表示，TL与透射系数τ有如下关系：

对于单层实心均匀墙体，其透射损失TL与声频的关系如图3．8－17所示，在低频范围，墙体愈厚，透射损失愈大。频率增高，进入阻尼控制区后，透射损失主要受墙体的阻尼控制，频率继续增高，进入质量控制区，此时透射损失受墙体的质量控制，服从质量定律，隔声量可由图3．8－18查取，其经验公式为：

图3．8－17 均匀墙体的隔声量TL与声频f的关系

图3．8－18 等隔声曲线

TL=131gP_s+121gf－25(dB) (3．8－38)

式中 ρ_s为墙的面密度(kg／m²)；f为噪声频率(Hz)。

在质量控制区，有可能出现隔声低谷(见图3．8－17)。这是因为任何隔声墙体，实际上都是具有一定刚度的弹性板，当其被激发振动后，便会形成一组沿板面传播的弯曲波，如图3．8－19所示。若外来声波的峰—谷恰好与板面弯曲波的峰—谷相重合，就会使隔声壁板的弯曲振动达到极限值。这种现象称为吻合效应，当斜入射声波的波长λ与壁板弯曲波的波长λB有式(3．8－39)关系时

(式中θ为斜入射波的波阵面与壁板平面的夹角)。

图3．8－19 吻合效应

由于吻合效应的产生，透射声波几乎以不变的声强沿原方向传播，使隔声量急剧下降。然而，吻合效应只在一定的频率范围内产生，这一范围的下限频率称临界频率f_c，用下式表示：

式中 c为声速(m／s)；ρ_s为壁板的面密度(kg／m²)；，为壁板的刚度；E为弹性模量(N／m²)；t为壁板厚度(m)；μ=0．3，为波松比，当θ=90°时，上式可写成

一般材料的隔声量，常用图3．8－17中两低谷之间的直线部分表示。具体隔声量用3．8－38式计算。

2．3，2 单值隔声量和隔声指数

工程中的平均隔声量，是指从125到4000Hz6个中心频率下隔声量的平均值。常见材料的值见表3．8－5。在实际应用中，常取50至5000Hz范围的几何平均值500Hz的隔声量来代表TL的平均值，记作TL₅₀₀。这就是单值隔声量。TL₅₀₀值可从图3．8－20查取，其简化计算式为：

表3．8－5 常用隔声材料和隔声结构的隔声量

图3、8－20 TL₅₀₀与材料面密度的关系

ISO推荐的隔声指数I_a，是通过图3．8－21的标准折线确定的。这条折线分三段：自100至400Hz每一倍频程增9dB；400至1250Hz每一倍频程增3dB；1250Hz以上是水平直线。确定隔声指数Ia的具体方法是，先在坐标纸上画出隔声构件的隔声频率特性曲线，再将画有标准折线的透明纸重合在上面，对中二者的频率坐标，按下述条件垂直(上、下)移动透明纸：1．隔声频率特性曲线任一频带的隔声量低于标准折线的值不得超过8dB，2．各频带处低于标准折线的分贝数总和不得大于32dB。然后，沿横坐标500Hz处向上引垂线与标准折线相交，交点的纵坐标即是所求隔声指数。

图3．8－21 ISO推荐的隔声指数标准折线

2．3．3 有空气夹层的双层空心隔声结构

空气夹层可使隔声结构提高隔声效果。其计算公式如下：

ρ_s＞100kg／m²时 TL=181g(ρ_s1+ρ_s2)+8+ΔR (dB) (3．8－43)

ρ_s≤100kg／m²时 TL=13．51g(ρ_s1+ρ_s2)+13+ΔR(dB) (3．8－44)

式中 ρ_s=ρ_s1+ρ_s2；ΔR为空气层的隔声增加量(dB)，由图3．8－22查得。

图3．8－22 隔声增加量ΔR与空气层厚度的关系

实线—隔声结构间无刚性联接；

虚线—有刚性联接

若在双层中充填多孔性吸声材料，其效果会更佳，图3．8－23所示是两种情况的对比，双层结构的隔声量受其共振频率的影响较大，其共振频率用下式计算；

图3．8－23 双层结构中填充吸声材料的对比

式中 ρ为空气密度(kg／m³)；c为声速(m／s)；h为空气层厚度(m)；ρ_s1、ρ_s2为各结构的面密度(kg／m²)。

入射频率接近共振频率时，将激起双层结构共振，使隔声量急剧下降。当时，双层结构才能显示其优越性，砖混结构双层墙的共振频率不超过15～25Hz，对隔声影响不大；而胶合板、薄钢板之类的轻质结构，则容易出现共振，解决方法是，加大空气层厚度，增加结构重量或贴涂阻尼材料。应该注意的是，双层结构之间如有刚性联接，称为“声桥”，这对隔声不利，应尽量避免。

2．3．4 孔隙对隔声的影响

对于组合式隔声结构，若每一组成部分的面积为S1，透射系数为r1，则其平均透射系数为：

例如，在理想的隔声墙体(τ_墙=0)开一面积占1%的小洞(τ_洞=1)，由(3．8－46)式可得

显然，孔隙会使隔声量降低许多。

2．3．5 隔声罩

声源被隔声罩封闭以后，声源辐射的声波在罩内多次反射，将使罩内声能密度大增。因此，隔声罩的实际隔声量为：

(dB) (3．8－48)

式中 TL为罩壁材料的透射损失(dB)；为罩的内表面的平均吸声系数。

由上式可以看出，隔声罩的壁材应有足够的隔声能力，且内壁面必须进行吸声处理。例如，采用2mm钢板制成隔声罩(钢板的，=0．01)，内壁不作吸声处理的TL_实为9dB，而经过处理将内表面吸声系数提高到，则TL_实可达27dB。此外，隔声罩的设计还应注意以下几点：

①罩的形状应有利于隔声。如采用曲面，避免采用方形平行罩壁，以及尽量减少裸露的金属内表面。

②应考虑结构共振和吻合效应。如合理加筋、贴涂阻尼层，以抑制板面振动，减少声辐射。

③罩与声源机器之间不应有刚性接触。

④连接部位不应留有孔隙，管道、电缆出入处应密封、隔振，进出气口应设消声器。

例3．8－2 如图3．8－24所示机器，在其表面1m处测得的噪声频谱列于表3．8－6第一行，机器在运转中需通风散热，试设计该机的隔声罩。

解：隔声罩的结构如图所示。

图3．8－24 隔声罩设计示例

1．2－空气热交换用消声器；

3－传动轴用消声器；4－吸声饰面；5－橡皮垫；

6－穿孔板或丝网；7－钢板

表3．8－6 隔声罩的设计计算(dB)

由于需要通风散热，因此隔声罩设有进气口消声器1和出气口消声器2，其消声量不低于罩的隔声量。机器传动轴的出口也设有圆形消声器，且在罩与地面接触处垫有橡胶或毛毡5，用以隔振和密封。隔声罩设计程序见表3．8－6，其步骤为：

第一步，确定所需隔声量，机器噪声频谱已知，罩外允许噪声按《工业企业噪声卫生标准》应定为85dB(N80)。其倍频程声压级列于表中第二行，两行相减即为所需隔声量，列入表中第三行。

第二步，确定罩内吸声系数。罩的内表面衬以50mm超细玻璃棉(容重25kg／m3)，并用一层玻璃布和一层钢板网护面，其吸声系数列入表中第四行。

第三步，计算罩的隔声量。先计算修正量101ga，列入第五行。再由(3．8－48)式计算TL=TL_实－101ga列入第六行。

第四步，根据所需TL值，选取2mm钢板即能满足设计要求，其TL值列入第七行。

2．3．6 隔声间

噪声源数量多且噪声强度高的场所，如压缩机站、水泵站、汽轮发电机车间，发动机试车台等厂房内，设计建造隔声间是一种简单易行的噪声控制措施。隔声间可以用金属板，也可以用土木结构来建造。

为了便于出入以及对自然采光和对室外监视的需要，隔声间应设有门窗。而这些结构的设置又会影响整个组合体的隔声量，较合理的方法，是按等透时原则进行设计，即要求

τ_墙·S_墙=τ_门·S_门=τ_窗·S_窗 (3．8－49)

一般情况下，要求墙的隔声量高于门或窗的10～15dB即可。设计计算时可利用图3．8－25。

图3．8－25 组合墙隔声量计算图

门的隔声量取决于门扇重量、组成材料和门缝的密封程度，隔声门的制作如图3．8－26所示。门扇可采用图a)的多层复合结构，其隔声量可到25～40dB，门扇与门框之间的接缝处做成企口或阶梯状，并嵌以软胶条，如图b)和c)所示，

图3．8～26 隔声门

a)多层门扇结构；b)扫地橡皮门缝构造；c)胶条门缝构造

窗的隔声性能取决于玻璃的厚度、层数、层间空气层厚度及窗扇与窗框的密封程度。玻璃的厚度可取6～10mm，层数应在两层以上；空气层厚度为80～120mm，为避免吻合效应，多层玻璃应取不同的厚度，并作不平行(85°左右)镶装，如图3．8－27所示。

图3．8－27 双层隔声玻璃的安装

隔声间的实际隔声量为，

式中 TL为各构件的平均隔声量(dB)；A为隔声间的总吸声量；S_墙为隔声间的透射面积(m²)。

例3．8－3如图3．8－28所示高噪声车间，在点1处实测的噪声列于表3．8－7中第一行，15m²的隔声墙设有1门2窗，S_门=2．05m²，S窗=2m²，间内安有电话。试设计该隔声间。

图3．8－28 机房与隔声间布置图

表3．8－7 隔声间隔声墙的隔声量TL计算表(dB)

解：先确定该隔声间所需实际隔声量，为保证通话和交谈，取噪声标准N60，列入表中第二行，两行相减，即得隔声间所需隔声量TL实，列入表中第三行。然后，确定隔声间的吸声量，现决定只对隔声间的天花板(18m²)作吸声处理，并将其吸声系数和吸声量分别列入第四、五行，再计算修正项，并将结果列入第六、七行，最后，计算隔声墙应具有的隔声量TL，列入第八行。

2．3．7 隔声屏

隔声屏对高频噪声效果显着，在不宜采用全封闭隔声设施的条件下可以采用。

图3．8－29为隔声屏降噪量计算图，图中S是声源，P是受点，设置隔声屏后，声波传播距离由原来的，变为，声波绕射的路程差为：

图3．8－29 隔声屏减噪量计算图

δ=d′－d=(A+B)－d (m) (3．8－51)

菲涅耳数是描述声波传播中绕射性能的一个量，由路程差和声波频率(或波长)来确定，于是有：

算出N值后，即可由图查得隔声屏的减噪量。制作使用隔声屏应注意以下几点：

①隔声屏的一侧或两侧必须衬贴吸声材料，并使衬有吸声材料的一侧朝向噪声源。

②隔声屏所用材料的隔声能力应选择适当，只要材料隔声量高于绕射减噪量10dB即可。

③隔声屏应具有足够的高度，其宽度可取高度的1．5～2倍。

④隔声屏的放置应尽量靠近噪声源。