CN101944357A - 多模块阻抗复合隔声板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种多模块阻抗复合隔声板及其制作方法，采用基于亥姆霍芝共振器原理，其特征在于外壳采用刚性隔声材料板材制成面板及向一侧折卷而成的槽，在阻尼隔声板模块槽内侧起依次放置双层板隔声结构板或双层板隔声模块保护层、吸声材料、防护织物和穿孔板。制作方法：根据不同隔声量的要求，对阻尼隔声板模块、双层板隔声结构模块和穿孔板共振吸声结构模块分别进行计算，调整各层结构中每种材料的厚度，密度，调整各声学结构的尺寸，以保证产品的各层结构符合设计要求的质量标准。本发明提高了隔声板的环境适应能力，可以在潮湿环境中有效保障使用寿命。较同类产品隔声量至少提高10～15dB，同时通过对各材料和声学结构的调整可以针对不同噪声频带进行强化设计，提高降噪效果。

Description

多模块阻抗复合隔声板及其制作方法

技术领域

本发明适用于各种工业、民用强噪声环境的噪声控制。降低噪声源通过流体介质向所在使用环境辐射的能量，减低噪声声压级，改善环境声学环境。

背景技术

机械设备，包括动力设备、旋转机械等等，在现代工业、民用中扮演着十分重要的角色，给人们的工作、生活带来很多的方便，提高了生产效率。然而，事物总是一分为二的，无论多么美好的事物也难免留下某些遗憾，这些机械设备也不例外，它在给人类带来便利的同时，也给人们带来一些烦恼，噪声就是其中之一。

大量的机械设备在运转时产生强烈的噪声，由于这种噪声大多属于非故障性的，从根本上治理难度相当大，即使在技术发达的国家，解决噪声也仍然是令人头痛的问题。为了降低噪声，许多研究人员付出了艰辛的努力，经过了几十年的研究和实践，研究出许多降低机械设备噪声的理论和成功经验，取得了不少有益的研究成果。这种研究工作不仅吸引了众多声学工作者，而且在市场的导向作用下，许多设备设计制造部门也开辟了噪声研究的新领域，研制出不少低噪声机械产品，赋予其更大的市场竞争力。然而受现有技术水平的限制，噪声问题还远远没有从根本上得到解决，要使这个世界恢复原始的宁静，研究者们依然任重而道远。

隔声板是噪声控制工程中常用的产品，但是目前的隔声板存在较多弊端，不能够很好的解决噪声控制问题。现有隔声板普遍存在的缺陷有如下几点：

(1)大多采用双板结构，既内外两层隔声材料，中间加吸声材料的做法，结构形式单一。

(2)多层材料隔声板较双板结构的隔声板，隔声效率有一定提高，但是目前多层材料隔声板多采用石膏板作为隔声主材料，这使得隔声板在潮湿环境下结构易产生破坏。这种隔声板只能适用于干燥的室内环境。

(3)现有隔声板采用2～3种声学材料反复叠加的方法提高隔声量，声学结构没有进行优化，材料利用效率低。

(4)现有隔声板的安装采用螺栓穿透式安装，安装后产生声桥，降低隔声性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种多模块阻抗复合隔声板，适应性强，选材灵活，克服了现有隔声板的缺陷。

本发明的多模块阻抗复合隔声板，采用基于亥姆霍芝共振器原理的穿孔板共振吸声结构及双层板隔声结构，其特征在于复合隔声板分为三个声学模块：阻尼隔声板模块、双层板隔声结构模块和穿孔板共振吸声结构模块，其结构层面为：外壳采用兼做隔声板的刚性材料制成隔声板并且一侧的各边折卷而成槽体，在槽内依顺序放置阻尼板、双层板隔声结构、吸声材料层、防护织物层和穿孔板；双层板隔声结构侧面与外壳槽体内壁之间空隙填充弹性物料；在多模块阻抗复合隔声板外壳侧面或内侧预留连接片，用于安装。

制作方法：根据不同隔声量的要求，对阻尼隔声板模块、双层板隔声结构模块和穿孔板共振吸声结构模块分别进行计算，调整各层结构中每种材料的厚度，密度，调整各声学结构的尺寸，以保证产品的各层结构符合设计要求的质量标准。

本发明采用穿孔板共振吸声结构、双层板隔声结构等声学结构，优化了声学材料的组合，提高了声学材料的使用效率。本隔声板加入双层板隔声结构模块，很大程度上提高了隔声板的环境适应能力，可以在潮湿环境中有效保障使用寿命。当加工条件满足要求时，可以将双层隔声板结构制作成真空双层板隔声结构，更为有效的提高了隔声板的隔声量。隔声板在安装时不采用穿钉式安装，避免声桥的出现，避免了安装过程中对隔声板隔声性能的破坏。与现有同等厚度的隔声板进行比较，隔声量至少提高10～15dB。同时通过对各材料和声学结构的调整可以针对不同噪声频带进行强化设计，提高降噪效果。

附图说明

图1多模块阻抗复合隔声板结构图；

图2是图1局部放大图；

图3是隔声板1槽体剖面示意图。

具体实施方式

制造多模块阻抗复合隔声板方法中的设计计算方法如下；

1、阻尼隔声板模块

阻尼隔声板模块是由隔声板和阻尼板两种材料组成一体结构；

隔声板的板材需选用质地较硬的材料(如金属、木材、塑料等)，板厚度宜大于0.5mm，并且隔声量宜大于5dB。隔声板兼做产品护面外壳。

阻尼板可选用阻尼材料板材或阻尼结构板。选择阻尼材料板材时，阻尼板板材厚度宜大于5倍护面板厚度，阻尼板材料损耗因子宜大于0.1；阻尼结构板是指采用改变板材物理形状的措施加大板平面外刚度的板材。常采用的措施有在板材上加肋或压型。选用阻尼结构板时，需保证阻尼结构板吻合频率偏离本发明使用环境噪声主要控制频率。

在计算阻尼隔声板模块隔声量时，仅考虑隔声板的隔声量。阻尼板仅考虑其消耗能量的作用，减弱隔声板的振动，防止隔声板对外产生二次噪声辐射。

2、双层板隔声结构模块

与单层隔声板相比，双层板隔声结构模块可以在使用相同隔声材料的情况下获得更高的隔声量，因此，按达到相同的隔声量要求，在隔声板中使用双层板隔声结构模块，可以有效减小隔声板的整体厚度。

在双层板隔声结构模块中，可以通过改变内外两板的面密度及两板之间的间距调节双层板结构的共振频率f₀，防止隔声结构的吻合低谷出现在需要控制的频带，保证隔声效果。共振频率f₀计算公式如下：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{(\frac{1}{M_1}+\frac{1}{M_2})\frac{{\mathrm{\ρc}}^2}{d}}$

式中M₁、M₂为内外层板的面密度，ρ为空气密度，常温下为1.18kg/m³，d为两板之间的空气层厚度，c为声速。

3、穿孔板共振吸声结构模块

穿孔板共振吸声结构模块由刚性层、穿孔板及填充在两者之间的吸声材料组成。本发明中，双层板隔声结构模块兼做本模块中的刚性层。

穿孔板采用刚性材料，材料厚度宜大于0.5mm，开孔率宜大于4％。穿孔板的厚度、孔径、开孔率及板后腔体深度需根据本例使用环境噪声主要控制频率计算，须保证穿孔板共振频率与本专利使用环境噪声主要控制频率相吻合。共振频率f₀计算公式如下：

$f_0=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{P}{(t+0.8d)L}}$

式中L为板后腔体深度，t为穿孔板厚度，d为孔径，c为声速，P为穿孔率。

吸声材料宜选用容重大于15kg的吸声材料，吸声材料需充满穿孔板后腔体。

4、其他材料

防护织物根据吸声材料细度进行选择，织物织线密度以吸声材料不发生飞溅为准。

5、多模块阻抗复合隔声板总体隔声量计算

多模块阻抗复合隔声板总体隔声量R主要基于阻尼隔声板模块隔声量R1、双层板隔声结构模块隔声量R2；

R1＝16lgM+8      M≥200kg/m²

R1＝13.5lgM+14   M＜200kg/m²

其中M为护面板面密度。

R2＝16lg[(M₁+M₂)f₀]-30+ΔR

其中M₁、M₂为内外两层刚性板面密度，f₀为双层板隔声结构共振频率。

考虑阻尼隔声板、双层板隔声结构和穿孔板共振吸声结构模块等三个的协调工作。多模块阻抗复合隔声板的隔声量R＝R1+R2+2dB。

6、各模块制作材料的选择：

根据多模块阻抗复合隔声板的环境状况、外观要求、安装位置荷载限制等等条件选择适宜的材料。例如，在有防火要求的环境中不能选择可燃性材料；对隔声板外观有装饰性要求时，可选用木材、铝塑板等作为护面板材料。根据选定的复合要求的材料后，根据材料特性设计各模块其它参数。

7、多模块阻抗复合隔声板制作方法

(1)选定隔声板料，并将材料加工成槽体，加工方法不限。例如：钢板可以采用冲压、焊接、折板等方法，木板可以采用胶粘合等方法。

(2)阻尼隔声板模块的制作：在槽体内侧粘阻尼板，与隔声板构成阻尼隔声板模块。粘合剂需根据阻尼板材料性质进行选择，确保槽体与阻尼板牢固连接。

(3)双层板隔声结构模块的制作：内外两层刚性板的不同厚度和组合形式根据计算和降噪量要求进行调整。经过计算，确定内外刚性板的厚度及板间距后，将两板组合成双层板隔声结构模块。

双层板隔声模块分为两种：

a.内外刚性板之间采用空气层：本方式内外刚性板边缘不需要进行密封。本方式的双层隔声板模块可以制作成成品再装入护面板槽体内，也可将内外刚性板按次序分别放入槽体内，并固定；

b.内外刚性板之间采用真空层：本方式内外刚性板边缘需要进行密封处理，并将内外刚性板之间的气体抽出，形成真空层。本方式的双层隔声板模块需要在放入槽体之前制作成型。

内外刚性板之间需要放置适量的弹性垫块，以保证内外刚性板间距达到计算要求。弹性垫块与内外刚性板可靠连接，可采用粘接或钉连接。弹性垫块的数量尽量少，以双层板隔声模块水平放置，上层板不发生塌陷为准。

(4)将双层板隔声模块装入槽体。双层板隔声结构模块长宽尺寸需略小于与槽体内壁长宽净距尺寸。两者差值不大于10mm。将双层板隔声模块放入槽体后，在双层板隔声模块与槽体的间隙中加弹性隔振垫固定或使用凝固成型后具有弹性的胶进行粘结固定。

如双层板隔声模块中的刚性板选用的是宜破碎材料，如玻璃，可在双层板隔声模块的两面添加保护材料。

(5)穿孔板共振吸声结构模块的制作：根据多模块阻抗复合隔声板使用环境噪声频率计算确定穿孔板共振吸声结构模块尺寸参数。在槽体装入双层板隔声模块后依次装入吸声材料、防护织物和穿孔板。穿孔板与槽体的连接方式需根据两者材料而定。如选用钢材是，采用铆钉连接或焊接，如选用木材是，采用胶粘结。

8、多模块阻抗复合隔声板的安装

多模块阻抗复合隔声板的安装不可采用传统的穿钉方式安装在使用位置(如钢结构骨架等)。需根据安装环境在多模块阻抗复合隔声板外壳侧面或内侧预留连接片，通过连接片进行安装，安装方式需根据两者材料而定。如选用钢材是，采用铆钉连接或焊接，如选用木材是，采用胶粘结。

9、多模块阻抗复合隔声板质量检验标准

(1)多模块阻抗复合隔声板外形尺寸要符合现场安装条件要求。

(2)多模块阻抗复合隔声板各部分材料须符合计算要求，并且材料均达到行业规范要求，具有出厂质量合格证明。

(3)多模块阻抗复合隔声板内各层材料安装牢固，保证在搬运和使用过程中不发生松动。

10、多模块阻抗复合隔声板设计实例

实例1。

使用环境原始声学条件：噪声声压级106dB，高声压级频带出现在600Hz以上，各频带中1KHz声压级突出，为112dB。通过降噪处理，环境噪声需达到65dB以下。隔声板使用环境无腐蚀性，对隔声板外观无特殊要求。此例中多模块阻抗复合隔声板作为设备隔声罩的罩体外壳，根据隔声罩尺寸确定多模块阻抗复合隔声板为方形，长宽尺寸为1200mm×600mm。

根据设计条件可以得到，降噪前后噪声声压级差值为106-65＝41dB，多模块阻抗复合隔声板隔声量设计值需大于41dB。在1KHz处存在声压级峰值，穿孔板共振吸声结构共振频率需控制在1KHz。

多模块阻抗复合隔声板材料确定为：见图1，隔声板1采用钢板，阻尼板2采用橡胶板，双层板隔声结构模块3采用玻璃，由于双层隔声结构模块采用易碎的玻璃材质，双层隔声结构模块后部需设置保护层3a，保护层3a采用10mm厚苯板，吸声材料5采用离心玻璃棉，防护织物6采用玻璃丝布。

穿孔板7板厚选定为0.5mm，孔径6mm。经计算，开孔率9％，板厚空气层厚度为50mm时，穿孔板共振吸声结构共振频率为1KHz。

隔声板1采用0.5mm钢板，经计算其隔声量为21.9dB，并将隔声板1各条边加工成向一侧折卷而成的槽体。

双层板隔声结构模块3采用玻璃材质，内外板厚分别为3mm和5mm，间隔10mm。经过计算，其共振频率f₀＝224Hz，低于600Hz。其隔声量为32.4dB。

多模块阻抗复合隔声板总体隔声量为21.9dB+32.4dB+2dB＝56.3dB＞41dB。符合降噪要求。

根据计算结果可以确定多模块阻抗复合隔声板尺寸为1200mm×600mm×75mm。

各模块连接材料：

阻尼隔声板模块中，隔声板1与阻尼板2采用沥青粘结。

双层板隔声结构模块3内外层玻璃之间采用10mm厚橡胶垫块4，使用玻璃胶将橡胶垫块与玻璃连接。用作双层板隔声结构模块3中的内外层应当用刚性板。

双层隔声结构模块3与保护层3a采用建筑胶粘结固定。

隔声板1的槽体与双层板隔声结构模块3采用玻璃胶粘结固定，穿孔板7与隔声板1槽体采用铆钉连接。

实例2

使用环境原始声学条件：噪声声压级102dB，高声压级频带出现在300Hz以上，各频带中400Hz声压级突出，为110dB。通过降噪处理，环境噪声需达到70dB以下。使用环境要求采用木饰护面板。此例中多模块阻抗复合隔声板作为隔墙墙板，根据隔墙造型要求，多模块阻抗复合隔声板为方形，长宽尺寸为1000mm×1000mm。

根据设计条件可以得到，降噪前后噪声声压级差值为102-70＝32dB，因此多模块阻抗复合隔声板隔声量设计值需大于32dB。在1/3倍频程400KHz处存在声压级峰值，穿孔板共振吸声结构共振频率需控制在400KHz。

多模块阻抗复合隔声板材料确定为：隔声板1采用木板，木板内侧设2mm槽，形成阻尼结构板，双层板隔声结构模块3采用石膏板，吸声材料5采用离心玻璃棉，防护织物6采用玻璃丝布。

穿孔板7板厚选定为8mm木板，孔径6mm。经计算，开孔率6％，板厚空气层厚度为80mm时，穿孔板共振吸声结构共振频率为400Hz。

隔声板1采用3mm木板，经计算其隔声量为15.1dB。

双层板隔声结构模块3采用石膏板，内外板厚分别为8mm和10mm，间隔30mm。经过计算，其共振频率f₀＝182Hz，低于300Hz，其隔声量为30.6dB。

各模块连接材料：

阻尼隔声板模块中，因木板后加设2mm槽，形成阻尼结构板。

双层板隔声结构模块3内外层石膏之间采用30mm厚橡胶垫块，使用木工钉将橡胶垫块与石膏板连接。

隔声板1槽体与双层板隔声结构模3采用橡胶条4填实挤压固定，穿孔板7隔声板1与槽体采用木老爷胶连接。

多模块阻抗复合隔声板总体隔声量为15.1dB+30.6dB+2dB＝47.7dB＞41dB。符合降噪要求。

根据计算结果可以确定多模块阻抗复合隔声板尺寸为1000mm×1000mm×145mm。

Claims (8)

1.一种多模块阻抗复合隔声板，采用基于亥姆霍芝共振器原理的穿孔板共振吸声结构及双层板隔声结构，其特征在于包括阻尼隔声板模块、双层板隔声结构模块和穿孔板共振吸声结构模块结构：外壳采用刚性隔声材料板材制成隔声板并且一侧的各边折卷而成槽体，在阻尼隔声板模块槽内侧起依次放置双层板隔声结构板或双层板隔声结构模块、保护层、模块保护层、吸声材料、防护织物和穿孔板。

2.根据权利要求1所述的多模块阻抗复合隔声板，其特征在于上述各层板的性能要求：

(a)阻尼隔声板模块

阻尼隔声板模块是由隔声板和阻尼板两种材料组成一体结构；隔声板和阻尼板采用粘接；

作为外壳的隔声板板材需选用质地较硬的材料，板厚度宜大于0.5mm，并且隔声量宜大于5dB；

阻尼板有阻尼材料板材或阻尼结构板：选择阻尼材料板材时，阻尼板板材厚度宜大于5倍护面板厚度，阻尼板材料损耗因子宜大于0.1；阻尼结构板是在板材上加肋或压型，改变板材物理形状以加大板平面外刚度，阻尼结构板吻合频率偏离本产品使用环境噪声主要控制频率；

(b)双层板隔声结构模块

双层隔声模块由两层刚性材料板及两层刚性板材中间的空气层或真空层构成；双层板隔声结构模块设计隔声量大于25dB；

两层刚性材料板选用不同材料时，两层刚性材料板厚度可以相同；

当两层刚性材料板选择材料相同或者材料密度相同时，两层刚性材料板厚度不能相同，厚板与薄板的厚度比宜控制在1.2～2；

(c)穿孔板共振吸声结构模块

穿孔板共振吸声结构模块由刚性层、穿孔板及填充在两者之间的吸声材料组成。本专利中，双层板隔声结构模块兼做本模块中的刚性层。

穿孔板采用刚性材料，材料厚度宜大于0.5mm，开孔率宜大于4％；

穿孔板中吸声材料宜选用容重大于15kg的吸声材料，吸声材料需充满穿孔板后腔体；

(d)其他吸声材料

防护织物根据吸声材料细度进行选择，织物织线密度以吸声材料不发生飞溅为准；

(e)粘合剂需根据阻尼板材料性质进行选择，确保槽体与阻尼板牢固连接。

3.一种多模块阻抗复合隔声板的制造方法，其特征在于根据不同隔声量的要求，对阻尼隔声板模块、双层板隔声结构模块和穿孔板共振吸声结构模块分别进行计算，调整各层结构中每种材料的厚度，密度，调整各声学结构的尺寸，以保证产品的各层结构符合设计要求的质量标准。

4.根据权利要求3所述的多模块阻抗复合隔声板的制造方法，其特征在于：

保证双层板隔声结构模块隔声效果，可以通过改变内外两板的面密度及两板之间的间距调节双层板结构的共振频率f₀，防止隔声结构的吻合低谷出现在需要控制的频带，共振频率f₀计算公式如下：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{(\frac{1}{M_1}+\frac{1}{M_2})\frac{{\mathrm{\ρc}}^2}{d}}$

式中M₁、M₂为内外层板的面密度，ρ为空气密度，常温下为1.18kg/m³，d为两板之间的空气层厚度，c为声速。

5.根据权利要求3所述的多模块阻抗复合隔声板的制造方法，其特征在于保证穿孔板共振频率与使用环境噪声主要控制频率相吻合，穿孔板的厚度、孔径、开孔率及板后腔体深度需根据使用环境噪声主要控制频率计算，共振频率f₀计算公式如下：

$f_0=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{P}{(t+0.8d)L}}$

式中L为板后腔体深度，t为穿孔板厚度，d为孔径，c为声速，P为穿孔率。

6.根据权利要求3所述的多模块阻抗复合隔声板的制造方法，其特征在于多模块阻抗复合隔声板总体隔声量R基于阻尼隔声板模块隔声量R1和双层板隔声结构模块隔声量R2之和；在计算阻尼隔声板模块隔声量时，仅考虑隔声板的隔声量，阻尼板仅考虑其消耗能量的作用，减弱护面板的振动，防止护面板对外产生二次噪声辐射；

R1＝16lgM+8     M≥200kg/m²

R1＝13.5lgM+14  M＜200kg/m²

其中M为隔声板面密度；

R2＝16lg[(M₁+M₂)f₀]-30+ΔR

其中M₁、M₂为内外两层刚性板面密度，f₀为双层板隔声结构共振频率；

阻尼隔声板、双层板隔声结构和穿孔板共振吸声结构模块的协调作用，多模块阻抗复合隔声板的隔声量R＝R1+R2+2dB；

双层板隔声结构模块长宽尺寸需略小于槽体内壁长宽净距尺寸，两者差值不大于10mm。

7.根据权利要求3所述的多模块阻抗复合隔声板的制造方法，其特征在于制作流程如下：

(a)选定隔声板材料，并将隔声板(1)各条边加工成向一侧折卷而成的槽体；

(b)阻尼隔声板模块的制作：各模块连接材料：

阻尼隔声板模块中，隔声板(1)与阻尼板(2)采用沥青粘结；

双层板隔声结构模块(3)是由内外层玻璃之间加10mm厚橡胶垫块(4)粘合而成，使用玻璃胶将橡胶垫块与玻璃连接；

双层隔声结构模块(3)与保护层(3a)采用建筑胶粘结固定；

隔声板(1)的槽体与双层板隔声结构模块(3)采用玻璃胶粘结固定，穿孔板(7)与隔声板(1)槽体采用铆钉连接；

在隔声板(1)槽体内侧粘阻尼板(2)，与隔声板(1)构成阻尼隔声板模块；

(c)双层板隔声结构模块的制作：双层隔声结构模块(3)内外两层刚性板的不同厚度和组合形式根据计算和降噪量要求进行调整，经过计算，确定内外刚性板的厚度及板间距后，将两板组合成双层板隔声结构模块；

双层板隔声模块分为两种：

(aa)内外刚性板之间采用空气层：本方式内外刚性板边缘不需要进行密封；本方式的双层隔声板模块可以制作成成品再装入隔声板槽体内，或者将内外刚性板按次序分别放入槽体内，并固定；

(ab)内外刚性板之间采用真空层：本方式内外刚性板边缘需要进行密封处理，并将内外刚性板之间的气体抽出，形成真空层；本方式的双层隔声板模块需要在放入槽体之前制作成型为成品；

内外刚性板之间放置适量的弹性垫块，以保证内外刚性板间距达到计算要求，弹性垫块的数量尽量少，以双层板隔声模块水平放置，上层板不发生塌陷为准；

(d)将双层板隔声模块装入隔声板槽体：将双层板隔声模块放入隔声板槽体后，在双层板隔声模块与槽体的间隙中加弹性隔振垫固定或使用凝固成型后具有弹性的胶粘结固定；

(e)如双层板隔声模块中的刚性板选用的是宜破碎的玻璃材料，可在双层板隔声模块的两面添加保护材料；

(f)穿孔板共振吸声结构模块的制作：根据多模块阻抗复合隔声板使用环境噪声频率计算确定穿孔板共振吸声结构模块尺寸参数，包括穿孔板后腔体深度，穿孔板厚度，孔径，穿孔率；在隔声板(1)槽体装入双层板隔声模块后，再依次装入吸声材料(5)、防护织物(6)和穿孔板(7)。

8.根据权利要求3所述的多模块阻抗复合隔声板的制造方法，其特征在于多模块阻抗复合隔声板的安装：根据安装环境在多模块阻抗复合隔声板外壳侧面或内侧预留连接片，通过连接片与使用位置结构部件固定，安装方式需根据两者材料而定，隔声板为钢材时，采用铆钉连接或焊接；隔声板为木材时，采用胶粘结。

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