摘要：在发电机房降噪工程中，单层隔声结构的隔声量会随面密度的增加而提高，但大幅度增加面密度，既不经济，隔声量的提高也有限。实践发现，带有空气夹层的双层隔声结构比同样质量的单层结构效果好许多。因此，柴油发电机房隔音降噪措施中采用双层介质（通常称为“质量-弹簧-质量”系统）的主要目的是显著提高隔声性能，特别是针对中低频噪声。

 

一、机房降噪技术概述

 

  双层介质结构本质上是一个振动系统，两层有一定面密度和刚度的隔声板材（如砖墙、混凝土板、石膏板、金属板等），再加上两层之间的空气层或填充的柔性吸声材料（如玻璃棉、岩棉）。这个夹层起到弹性连接和阻尼的作用。

1、主要目的

（1）突破单层结构的隔声极限：单层墙体或板材的隔声量受“质量定律”支配，即面密度增加一倍，隔声量理论上只增加约6分贝。要获得很高的隔声量（尤其是对于柴油发电机强劲的低频噪声），单层结构会变得非常笨重、昂贵且不现实。双层介质系统提供了更高效的解决方案。

（2）有效抑制共振和吻合效应的影响：单层结构在其共振频率和临界频率（吻合效应发生处）隔声性能会大幅下降。柴油发电机噪声富含中低频成分，容易激发这些薄弱点。双层系统通过中间空气层或吸声材料的“弹簧”作用，可以阻尼和分散这些共振，使隔声曲线更加平滑、有效。

（3）针对性解决低频噪声：柴油发电机噪声的难点在于低沉的排气声、燃烧噪声和机械振动。双层介质结构，特别是其中设计的弹性空气层或减振层，对于隔离这些长波长的低频声波特别有效。

2、设计要点

（1）避免声桥：两层固体介质之间必须杜绝任何刚性直接连接，否则振动会通过“桥”直接传导，严重削弱隔声效果。

（2）增加空气层厚度：在合理范围内，中间空气层越厚，整体隔声性能越好，尤其对低频有效。

（3）填充吸声材料：在空腔内填充多孔吸声材料，可以进一步阻尼空气层的振动，吸收声音，并提高整体隔声量约5-10分贝。

（4）使用不同面密度和厚度的板材：两层板材的质量和厚度最好有所差异，这样可以错开它们的共振频率和吻合谷，使隔声频谱更平坦。

 

二、 双层介质的降噪原理

 

1、隔声原理

  设两层介质彼此平行，相距为D，在空气中无限延伸如图1所示，声波自左向右垂直射向介质，则在介质后存在的各列平面波为

 

  由于作用于同一层介质两侧的声压不相等，将使介质层产生运动，在x＝0处介质产生的运动为

                (1-1)

  又根据法向速度连续条件有

                    (1-2)

  由于v_x是简谐变化的，，将此式和式（1-1）代入式（1-2）得

     (1-3)

  类似地讨论x＝D处b介质的运动，可得

       (1-4)

  联立式  (1-3)和式 (1-4)，得到入射波与透射声波声压之比为

 

  双层介质的隔声量为

 

 

图1 发电机房双层隔声介质的平面波

 

2、工程实际应用

  在实际工程设计中，双层隔声结构的声量可用如下经验公式计算。

  当m₁＋m₁≤100（kg/㎡）时，有

TL＝13.51g(m₁＋m₂)＋13＋ΔTL (dB)                      (1-5)

   当m₁＋m₂＞100（kg/㎡）时，有

TL＝181g(m₁＋m₂)＋8＋ΔTL (dB)                      (1-6)

  式中，m₁，m₂——分别为双层结构的面密度，kg/㎡；

  ΔTL——附加隔声量，dB。

  由图2可见，当中间空气层的厚度D小于10cm时，双层结构带来的附加隔声量ΔTL与D成正比；当D超过10cm时，ΔTL的值增加缓慢。因此在工程中，空气层厚度一般取5～10cm。如果双层结构中间的空气层填充吸声材料，可以减弱结构振动传声，使隔声量提高，但应注意不可使双层介质有刚性接触，以免由于振动的传递而使夹层的空气或吸声材料失去作用。

  双层隔声结构也有共振和吻合效应的不利影响，其共振频率为

 

  或

 

式中，ρ——空气密度，kg/m³；

c——空气中的声速，m/s；

D——空气层厚度，cm；

m₁，m₂——各结构的面密度，kg/㎡。

  只有当入射波的频率大于√2f_共时，双层结构的隔声性能才显示出它的优越性。土建中由砖、混凝土等材料构成的双层隔声结构，其共振频率一般不超过15Hz，对隔声影响不大。但对一些轻质结构如薄钢板、纤维板等做成的双层结构，其共振频率出现在125～250Hz之间，通常采用增加层间距离D、增加质量和贴涂阻尼材料等措施来降低其共振频率，提高隔声效果。

   另外，孔和缝隙对构件的隔声量影响也很大。如孔隙面积占整个面积1％时，该结构的隔声量不会超过20dB；当孔隙面积占1/10时，隔声量不会高于10dB。孔洞对隔声的影响主要在高频段。随着孔洞的加大，高频隔声量继续下降，同时向中、低频方向扩展，而缝隙对隔声量的影响比孔洞更为严重。因此，为达到隔声的目的，应设法填塞隔声结构中的一切孔、缝，如通风孔、电缆孔等。

 

图2 发电机房双层结构的附加隔声量曲线

 

总结：

在柴油发电机房隔音降噪中采用双层介质结构，其根本目的是通过“质量-弹簧-质量”的物理原理，以相对经济合理的结构重量和厚度，实现对柴油发电机宽频带（尤其是棘手的中低频）噪声的高效隔离。这是达到高标准噪声控制目标（如达到国家《声环境质量标准》相关要求）的关键性和普遍性技术措施。

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