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声音传播、室内混响及室内降噪如何进行噪音治理

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声音传播、室内混响及室内降噪如何进行噪音治理

发布日期:2019-09-27 作者: 点击:

声音在室外的传播

  不同区域大气温度的变化会使声音的传播方向发生弯折,当上层空气是高温,下层地面附近空气是低温时,沿地面传播的声音会弯向地面,之后被地面反射,继续前进还将弯向地面,可能耗散在上空的声音返回地面,并“匍匐前进”,这样,声音会传得很远。冬季结冰的湖面就是这种情况,在冰上讲话,对面几百米外都能听到。夏季的午后,地面被晒热,情况正好相反,上层空气是低温,下层空气是高温,声音向上弯折,很快耗散在大气中,因此50-60米时就很难听到人的讲话了。有风的时候,如果风的气流速度上下完全一致,那么对声音将没有影响,但一般情况,上面的风速比地面的风速快,顺风时,声音向地面弯折,逆风时,声音向天空弯折,顺风传播声音比逆风更有利。认为顺风把声音吹走、逆风阻住了声音是不正确的,风速快仅每秒一、二十米,而声速为每秒340米,风如何跑得赢声音呢?

  在室外,声音将不断传播开去。随着传播距离的增加,由于能量分散开来,声压级不断下降,理论上,对于点声源,离声源距离增加每两倍,噪声下降6dB。若某机器设备1米处的噪声为100dB,那么距离它100米远(相当于距离增加约7个两倍),那么噪声将下降40dB,降低到60dB;距离它1公里远(相当于距离增加约10个两倍),噪声将下降60dB,变为约40dB。另一方面,大气对声音也有吸收作用,尤其对超过2000Hz的高频声音,吸收效应更加明显,使噪声随与声源距离的增加衰减量变得更大。实验表明,常温常湿常压下,100m距离对125Hz、500Hz、2000Hz的声音衰减量分别为0.05dB、0.27dB、2.8dB。雷电产生时的声音是含有大量高频成分的霹雳声,由于距离很远,大多高频成分被大气吸收了,因此传到我们耳朵里往往是隆隆的低频声。

  在室外,声音有绕过障碍物的本领,被称为声音的绕射或衍射,这是声音波动现象的体现,躲在围墙后面的人依然可以听到外面的呼喊。使用隔声屏障可以使声音多衰减15dB,但衍射不能完全隔离声音。道路两边的声屏障,或工业厂房机器的隔声板可以起到降低噪声的作用,效果在15dB以内,一般在5-10dB。由于低频声音波长长,容易绕过声屏障,隔声效果不如高频声。

  草地、灌木林等对声音的传播也有衰减作用,但对高频的作用较明显,对低频的作用有限。100米的草地、灌木林对1000Hz的声音有23dB的衰减,而对100Hz的声音仅有5dB的衰减。100米以上的长绿阔叶草地或灌木林在实际降噪中才有效果。

  二、声音在室内的传播

  混响时间

  描述房间混响效果的指标是混响时间,它是室内声源停止发声后,声压级衰减60dB所经历的时间,单位是秒。室内吸声与频率有关,因此,不同频率的混响时间不同。在减噪设计中需要正确地应用吸声材料,降低混响时间,降低噪声。

  混响时间与室内吸声存在数学关系,即塞宾公式:

  其中:T是混响时间,V是房间体积,S是房间墙面的总表面积,是房间表面的平均吸声系数(即房间各种吸声材料吸声系数与面积乘积的和再除以总表面积)。由塞宾公式可以看出,房间体积越大混响时间越长;平均吸声系数越大,混响时间越短。体积巨大的空间,如果不进行吸声处理的话,混响时间会很长,使房间噪声增加。

  混响时间计算公式是建立在理想扩散声场条件下的,与实际情况会有±10~15%的误差,因此,在降噪工程中不能完全依赖计算求得混响时间,必须使用测量的方法准确地获得房间的混响时间,并进行降噪设计和计算。估算混响时间的不准确性可能会导致3~5dB的降噪误差。

  声音在室内传播时,不但遵循室外大气中传播的规律,还会被房间天花板、地面、墙面反射回来,声源不断发声时,入射声波与反射声波相叠加,形成复杂的室内声场。大的平的表面会象镜面一样反射声音,而且入射角等于反射角。内凹型的表面会聚拢声音,形成声聚焦。外秃的表面能够使将声音发散,形成扩散。当房间表面起伏不平,而且起伏尺寸接近或小于声音波长时,声音入射后将不会形成定向反射,而是向各个方向无规则地反射,形成扩散。就象光,表面平整的镜子能够反射出人像,这是镜面反射的结果,如果使用磨石将镜子磨毛,将成为乌玻璃,就是因为玻璃表面出现坑凹不平,尺寸与光的波长接近,形成光散射,各个角度都能看到入射的光,玻璃变得“发乌”了。

  声音入射到房间表面一部分能量进入材料内部,一部分能量穿透材料到对面空间,这种能量损失的过程是吸声。完全没有吸声的房间被称为理想混响室,如果在里面拍一下掌,声音将不断反射,在无限时间内回响。现实情况下不存在这种房间,墙壁坚硬且光滑的房间混响时间很长,接近混响室,房间中声音会加强,接近混响室的房间中噪声比在一般房间内可能高15dB。声音完全没有反射的房间被称为理想消声室,房间中只有声源的直达声,这样的声场叫做“自由场”。在自由场中,距点声源距离增大一倍,声压级严格下降6dB。现实情况下也不存在理想消声室,对房间进行强吸声处理可以近似看作消声室,因房间中只有直达声,声压级比普通房间可以降低10dB。

  室内混响

  直达声与混响声

  声源发出的直接到达的声音是直达声,直达声总是先到达人耳,这是因为直达声比反射声的声程短。除了直达声以外,反射的声音形成了混响声,使室内声压级增加。直达声只与声源强度有关,声源功率越大,直达声声压级越大,如果需要降低直达声,成都噪音治理的方法是使声源安静下来。房间地面上立有阻挡直达声的屏障时,反射声会从天花板反射过来,使屏障的隔声能力下降,如果天花板吸声,减弱了反射声能量,屏障的降噪效果能够提高。在房间天花板和墙壁上安装吸声材料可以吸收反射产生的混响声,吸声量每增加一倍,混响声可以降低3dB。一般来讲,混响声对房间噪声的贡献为15dB,因此,采用吸声多可以获得15dB减噪效果。


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