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传声路径
2008-12-12 10:37:03
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房间中的传声路径
噪声控制通常包括以下3个要素:
1、 噪声源
2、噪声接收点—一个或多个观察点,这些点的噪声是有害的;
3、在声源与接收点之间的各种传播途径。
若不能在声源处将其发出的噪声降低,则需要采用噪声控制工程来抑制声源和接收点之间的传播。
在一个房间中两种类型声音的显著区别是:直接声音和反射声音。
直接声音 — 从声源处以直线形式传播,直接到达给定位置的声音。在远场中,直接声音遵守反平方定律。在一个房间内,将一个无方向性的声源置于靠近墙或地板的中心位置,则声功率级和声压级之间的理论关系为:
Lp1 = Lw - 20 lgR + 2.3 英制单位 (C-1)
Lp1 = Lw - 20 lgR - 8 公制单位 (C-2)
其中:
R = 声源和接收点之间的距离,ft或m;
Lp1 = 直接声音在接收点产生的声压级,基数0.0002mbars / dB;
Lw = 声源声压级,基数10-12 W / dB。
反射声音 — 指在一个空间中,声音通过这个区间的界面和其他表面的反射而到达一个给定位置。若房间内的声场完全发散,则采用以下的理论关系表示:
Lp2 = Lw - 10 lg A + 16.3 英制单位 (C-3)
Lp2 = Lw - 10 lg A + 6.0 公制单位 (C-4)
其中:
A = 房间总吸声量,Sabins或公制Sabins;
Lp2= 接收点处反射声音的声压级,基数0.0002mbars / dB;
Lw= 声源的声功率级,基数10-12 W / dB。
下图反映在近场和远场中的声源以直接和反射两种方式传到听者耳中的不同效果。
靠近声源的位置,直接声音是主要的;但在远处,反射声音占主导地位。

若在房间的反射表面增加吸声材料,则会减少反射声音。在有声源的房间内,可以通过对房间表面进行吸声处理来减低反射声音。理论公式为:
反射声音的降低量 = 10 lg (A2 / A1) (C-5)
其中:
A2 = 经过吸声处理后的房间总吸声量。(参考页)
A1 = 吸声处理前的房间总吸声量。

对于直接声音来说,在房间表面加吸声填料是没有效果的。在一个房间内随着与声源的距离越远,直接噪声越低,吸声表面对总噪声的影响将增加。
通常可以通过以下方法达到最好的效果:在许多实例中,通过对声音的传播途径进行声学处理:即在声源与接收点之间设置隔声障;将声源或接收点用隔声罩单独隔开,也可得到很好的效果。
将声源围住

将接收点围住
将人或机器单独隔开,可将噪声降低约30dB。
关于吸声板、围护结构、隔声板、隔声罩的详细的性能和参数可参看D部分。

直接声音和反射声音在房间内的影响
可用以下图表理论计算直接声音和反射声音到达距声源一定离(r)处的声压级(Lp),此处的声功率级为(Lw),基数为10-12 W / dB。A是房间总吸声量。若声源固定在房间的地板或墙上,则须给Lp加上3dB。
资料来源:《噪声控制手册》由C.M.Harris著,McGraw-Hill公司出版,1979年。
在一个发散场的理想状态下,接近声源的直接噪声级是总声级的最大组成部分。然而当此点远离声源时,直接声音会减小,反射声音不变。则全部声场随着距离的变化而趋于稳定。
通过对天花板和墙进行更多的吸声处理,以降低反射声音的噪声级趋于直接声音的消失值。
当然在一个完全的消声室中,房间表面的吸声超过0.99,则直接声场和反射声场相重合。
隔声板
当在声音的传播路径上设置一个隔板时,则部分声音被反射,部分被吸收,部分会穿过隔板继续向前传播。

吸声系数和传声损失是用于描述隔板性能的声学参数。
吸声系数(a — 是一个给定表面吸收的声能与入射声能的无量纲比值。典型的a数据如D部分所示。
传声损失(TL — 以10为底的10倍的log,是在隔板一边的入射声功率和穿过隔板传到另一边空间的声功率的比值。(D部分有典型的TL数据。)
声音在室外的传播
在接近地平面的自由场中:
Lp = Lw - 20 log R + DI - AB - AG - AA + 2.3 英制单位 (C-6)
Lp = Lw - 20 log R + DI - AB - AG - AA - 8 公制单位 (C-7)
其中:
R = 声源及接收点之间的距离,ft或m;
Lp = 接收点的声压级,基数为0.0002mbars / dB;
Lw = 声源的声功率级,基数为10-12瓦;
AB = 由于障碍物、隔板、围护结构的存在而产生的衰减;
AG = 由于地面而产生的衰减;
AA = 由于空气及风而产生的衰减;
DI = 指向性因数。
由于空气阻力,根据反平方定律所得的
声音衰减值,dB
倍频程
距离,m
30.48
60.96
152.4
304.8
609.6
1524
3
4
5
6
7
8
0
0
0
0
1
2
0
0
0
0
1
3
0
0
0
1
3
6
0
1
1
3
6
12
0
1
3
6
12
24
1
3
7
15
31
58
1、(相对湿度>50%,温度>60 OF,风量<5mph,没有障碍物)
2、资料来源:《声音在室外的传播》,由F.M Wiener著;《噪声控制》1958年,第4期,第4号。
隔声障
在传播途径中没有障碍物时,声音在声源与接收点之间以直线形式传播。
当在声源与与接收点之间放置一个障碍物时,一部分声音通过障碍物传过去,一部分被反射回声源,一部分通过在障碍物四周衍射到达接收点。
从一个障碍物反射回来的声音,也会经过障碍物表面的吸收而被衰减。
根据声音的传声损失特性,会有一部分声音穿过障碍物继续向前传播。
综合考虑建筑结构和风向因素,在绝大多数墙体设计中,直线传播的声音到达接收点时,实际上因为障碍物的传声损失特性,而衰减了许多。因此,大部分到达接收点的噪声只能通过障碍物的顶端和隔板的边界。
从障碍物顶部以衍射方式传播的噪声,可以通过增加障碍物的高度来削弱。经过障碍物边缘的衍射噪声可以通过增加隔板的长度或将隔板的末端转到声源的方向来减少。

阴影区是由在声源和接收点之间固定隔声板而产生的。从声源发出的声音以直线的形式从障碍物顶部传过去,形成了这个阴影区的边界。则在阴影区内的所有接收点会根据衍射角q的大小而产生声音衰减。
q增加时,衰减性增加。若隔板高度增加,或声源、接收点靠近隔板,则q角均会随着增加。严格来说,借助于Fresnel数量N,隔板的衰减性和频率与声源、隔板、接收点之间的几何关系有关。
反射隔板的理论衰减

吸声表面可以减少平行隔板和其他反射表面之间回声的形成,并增加隔板的降噪能力。

当隔板与汽车较大的反射表面距离非常接近时,可有效地进行吸声,并对机车乘客产生最小的混响声影响。
平行吸声隔板使反射声音达到最小,且其降噪分贝大于同样高度的反射隔板。同样地,对于降低同等噪声值,吸声隔板的高度通常比反射隔板低。

将测试用隔板安装于一个铁轨两边,经测试在100 ft (30.48 m)远处,6 ft (1829 mm)高的吸声隔板降噪效果等同于12 ft (3658 mm)高的反射板。
围护结构或隔板有开口时的效果
声音通过有开口的隔板后,没有衰减,说明隔板的传声损失显著降低。如下例入口孔、管道口、门缝、墙、天花板之间的缝隙等。

例如:
一个没有开口的100 ft2(9.3m2)的隔板,在给定的频率下的传声损失特性为40dB。若在此隔板上开一个1 ft2(0.093m2)或1%的孔,在对开口没有进行声学处理的情况下,其传声损失减低至20dB。


若由于人或物体需要连续通过隔板或围护结构,则可以不采用常规门或由电动元件控制的声学门。但由于对管道入口和声迷道进行了声学处理,则可以保证声学结构的完整性。
侧向路径
指噪声绕过噪声控制隔板或消声器的现象被称为侧向路径。若没有进行声学处理,侧向路径可显著降低隔板、围护结构、消声器的降噪能力。

与隔声板相比,对于传声损失较低的天花、地板、边墙,通常均有侧向路径现象。