新型列车侧墙内装板声学分析、优化及应用*

为了开发与应用新型列车车体降噪内装结构,基于混合FE-SEA法对轨道车辆用新型橡胶泡棉夹芯板进行隔声与声辐射预测建模,并进行了试验验证,进而利用该模型分析了橡胶泡棉孔隙率与芯皮厚度比对其隔声性能、声辐射性能的影响规律,并通过敷设阻尼层优化了其声学性能。最后,在侧墙组合结构的声学设计中评价了其实际应用效果。结果表明：随着孔隙率的逐步下降,橡胶泡棉夹芯板隔声量上升趋势较为明显,而辐射声功率持续降低;随着芯皮厚度比的逐步提高,夹芯板隔声量呈略微上升趋势,辐射声功率则相应降低。在远离声源一侧的橡胶泡棉蒙皮外侧敷设阻尼层的效果最优,优化后夹芯板计权隔声量提高0.7dB,总声功率级降低0.7dB;相较于传统木质胶合板和铝蜂窝板,橡胶泡棉夹芯板相较于传统内装板材在结构隔声设计中具有轻量化优势。     

薄膜型声学超材料对低频振动的隔声特性分析*

高效共振混合机工作频率为60 Hz,且系统处于共振,产生较大低频噪声。针对振动机械产生的有害噪声,分析了高效共振混合机低频高加速度共振混合过程的特点,得到了60 Hz低频声波穿透力强特点,相比传统的以吸声材料构建的50~100 mm厚度、隔声效果小于10 dB的隔声罩,分析了薄膜型声学超材料在低频减振降噪中的隔声特性。通过多物理场仿真分析,60 Hz时隔声量为31.4 dB,确定了硅橡胶弹性薄膜的预应力和质量块的面密度;采用3D打印机快速成型技术,构建了隔声实验装置,分析了独立隔声单元、面密度、薄膜尺寸等隔声特性规律。基于人耳在实际环境中感受到的噪声强度,提出了噪声衰减量和插入损失的分析方法,在距离声源380 mm和1000 mm的位置,60 Hz时隔声量分别为27 dB和38 dB。研究成果丰富了低频隔声特性理论,为薄膜型声学超材料的工程设计和优化提供了技术支撑。     

变压器典型工作环境对声功率测量结果的影响

变压器两侧常建有高大的防火墙,其从声学角度可视为刚性反射壁面,会改变变压器的辐射声场,进而影响变压器声功率测量结果。本文利用有限元、边界元等数值计算方法建立了变压器声辐射的仿真模型用以分析反射壁面对变压器声功率测量结果的影响,并通过实际测量验证了仿真计算所得结论。结果表明,反射壁面对变压器声功率测量结果的影响程度随反射壁面到变压器箱体距离增加而减弱,且当反射壁面距变压器箱体5 m以上时,其对变压器声功率基频及各谐波成份测量结果的影响均在2 dB以内。另外反射壁面对变压器噪声高频成份声功率测量结果的影响较大,而对100 Hz、200 Hz等低频成份测量结果影响较小,基本低于3 dB。     

第一届西太平洋地区声学会议论文简介

第一届西太平洋地区声学会议于1982年9月1—3日在新加坡举行,在大会宣读的论文共48篇,并出版了论文集,其中声学测量10篇:包括吸声、隔声、噪声和音质的测试方法.有三篇论文集中介绍声强测试技术,利用这种方法可以在多个噪声源的场所,确定某一噪声源所辐射的功率,以及在实验室或现场作隔声测量.有一篇论文是论述在室内采用恒定声功率     

利用混合FE-SEA方法的前围隔声性能优化设计*

为了提升某重型商用车前围的隔声性能,建立了用于分析前围传递损失的有限元-统计能量分析(FE-SEA)模型。针对前围结构复杂的特点,依据FE-SEA模型建模原则,提出了通过在表面创建声腔来确保能量在模型中的正确传递路径。将仿真结果与测试值对比,二者误差小于1.6 dB(A),验证了FE-SEA方法的准确性。用吸声材料与隔声材料复合设计前围声学包,采用正交试验法对前围声学包进行优化设计并对各个试验方案进行仿真计算。对仿真结果进行极差分析与方差分析,选出了在传递损失、重量和厚度三方面达到最佳平衡的声学包:毛毡(10 mm)+EPDM隔声垫(2 mm)。结果表明,优化后的前围传递损失在测试频率315 Hz～2000 Hz范围内最小提升了3.8 dB(A),最大提升了7 dB(A),前围的隔声性能得到较大的提升。     

钢结构装配式住宅墙板连接方式对隔声性能的影响*

为提升其隔声性能,通过有限元法数值分析,比较了不同位置墙板的连接方式对房间隔声性能的影响。结果表明：(1)侧墙墙板柔性连接处理对侧向传声的抑制作用显著,当侧墙墙板采用柔性连接后,房间的隔声量在低频段平均可以提升3 dB左右;(2)公共隔墙墙板的柔性连接对房间低频段隔声量提升不明显,甚至在160 Hz、400 Hz、500 Hz等频率下隔声量有所降低。最后,基于模拟分析结果对装配式墙体连接方式提出了改进策略。     

利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量

针对非消声水池的声学测量应用,提出了一种在界面起伏的非消声水池中测量水下声源辐射声功率的方法。基于数值方法分析了在非消声水池中利用起伏界面改善低频声源辐射声功率测量的可行性,进一步在一个尺寸为1.2 m×1.0 m×0.8 m的非消声水池中开展实验研究,测量了水声换能器的辐射声功率。实验表明,相对于界面静止的水池,利用造波装置生成随机起伏界面后,声场扩散性明显改善:(1)水池的Schroeder频率从10015 Hz降低到8370 Hz,辐射声功率的测量范围向低频扩展;(2)结合空间平均技术测得的频响曲线起伏程度减小,与自由场值更接近,辐射声功率的测量结果更为准确。所提方法有助于提高非消声水池中水下目标声学特性的测量能力。     

水下隔声结构设计及评价方法

为使用混响法快捷地测量水下结构物的辐射噪声,需基于港口或海岸建造海上混响水池。针对内外都是水情况下的海上混响水池壁面隔声问题,设计了一种带梁空气夹层板水下隔声结构,通过仿真比较了不同参数的空气夹层板的隔声性能。为评价声波无规入射情况下水下大尺寸隔声结构隔声性能,提出了一种混响评价方法,通过隔声实验比较了混响法与脉冲法的不同。结果表明：带梁空气夹层板的水下隔声性能优异,声波无规入射情况下,面板厚度0.015 m、空气层厚度0.020 m的带梁空气夹层板在2～10 kHz频段插入损失大于20 dB;混响法可以有效评价大尺寸水下隔声结构的平均隔声性能,其反映的声波无规入射的平均隔声性能更接近于实际应用情况。     

声学标准

19 GBJ 75-84建筑隔声测量规范 本规范为了统一实验室和现场对建筑物和建筑构件的空气声和撞击声隔声测匿,规定了测量方法和测量条件,使所测得的同一建筑物或建筑构件(包括墙、楼板、门和窗等)的隔声性能尽可能地接近,具备相互可比的统一基础,以便于建筑隔声的设计.编制中参考了国际标准ISO 140/1-8-1978 《声学——建筑物和建筑构件的隔声测量》。本规范共分六章为:总则、建筑构件空气声隔声的实验室测量、建筑物内两室之间空气声隔声的观场测量、外墙和外墙构件空气声隔声的现场测量、楼板撞击声隔声的实验室测量和楼板撞击声隔声的现场测量,及七个附录为:名词解释、测     

一种基于二维Helmholtz腔阵列的低频宽带隔声结构实验研究

基于圆周排列的Helmholtz共振腔单元,设计并实现了一种具有低频宽禁带的声人工结构,可以在结构中心处实现二维隔声效果.针对实际模型,搭建了二维声场测量平台,进行了相应的实验研究,实验结果与有限元仿真结果符合较好.该结构在较宽的频带内(680—1050 Hz)可以实现较好的隔声效果,最大隔声量可达41 d B.实验中还研究了单元参数及共振状态对隔声效果的影响.隔声区的大小与共振单元的分布形式有直接关系,而良好的共振状态将对提高隔声量有一定帮助.研究结果对设计新型声防护结构具有理论与应用价值.     

住宅建筑中相邻房间的侧向传声预测

侧向传声作为建筑中声传递的组成部分,对住宅的整体隔声效果具有重要的影响,通过将建筑中相邻房间的各建筑构件划分为若干子系统,应用统计能量分析(Statistical Energy Analysis,SEA)理论,从系统的声功率平衡的角度建立侧向传声的预测模型,在描述各路径的传声规律的同时确定主要传声路径。研究结果表明:当外围护结构为重质结构,且为匀质单一材料构造时,(1)在低频处,全程通过两相邻房间的侧墙或楼板的非通过隔墙的侧向路径成为主要侧向传声路径;(2)在中高频,各侧向路径的声压级差趋于一致,此时的建筑隔声性能取决于通过隔墙的直接路径上的声传递;(3)采用重质隔墙可以缩小侧向传声影响的频率范围。本研究为改善住宅的声环境质量及建筑隔声设计提供了理论依据。      

水下翼型结构流噪声实验研究

为测量流激水下翼型结构的流噪声,提出了一种混响箱测量方法。在重力式水洞中搭建了一套实验测量系统,利用混响箱法测量了水下翼型结构模型的辐射声功率。在此基础上研究了流速及结构参数(厚度、肋、声学覆盖层)对其辐射声功率的影响。结果表明:当流速小于5 m/s时,辐射声功率随流速的6次方增长,符合偶极子的辐射规律;当流速大于5 m/s时,辐射声功率随流速的10土1次方规律增长,不再按偶极子的规律辐射;若对水下翼型结构模型加厚、加环肋及外部敷设黏弹性材料,均可在一定程度上抑制流噪声。此研究方法可对水下复杂结构的辐射声功率测量及结构优化设计提供一定的参考。      

消声室声学技术的革新

半个多世纪以来,在室内建立自由声场,以尖劈为基本吸声构造,尖劈的长度基本定于所需的低频截止频率,建造尖劈占用大量体积的事实,似乎都是无需讨论或必须接受的。随着科学技术的发展,尖劈的长度要求(1/4波长),已经成为自由场室扩展低频截止频率的实际障碍。工业技术发展需要的自由场室,不仅有它特殊需要的低频下限,例如到50Hz,决定于它的环境条件,对于吸声构造又有相应的使用和维护方面的要求。本文从室内稳态声场的理论分析出发,提出扩展低频截止频率,以阻尼房间的简正振动为基本,界面的反射,应从在室内更接近球面声波的实际出发,建立自由声场的新思想。介绍了新开发的三种新型无纤维吸声构件和适应不同要求的两类自由场室。以一间已经建设成功的半自由场室为例,用复合板共振吸声器(CPA)和非对称构造吸声器(ASA)组合,吸声构件的厚度仅620cm,得到的自由场结果是:以1/3倍频程频带信号测试(这正是该室的使用测试信号),25Hz至80Hz,±2.5dB,100～16000Hz,±1.0dB,自由场范围9m至12m。以正弦信号测试,100Hz以上达到和频带噪声类似结果,100Hz以下至50Hz,自由场范围7m至9m。已建成50间以上类似的自由场室。     

各国居住建筑隔声标准述评

各国的隔声评价法大致区别有四种:(1)隔声量法,(2)隔声余值法,(3)固定曲线法,(4)单一声级法。各国对空气隔声的要求已基本一致且和人的感觉相符,但在撞击声标准方面不仅差别较大,而且和人的感觉联系还不密切。为了保证居住环境合于要求,大多数国家都以现场标准作为依据。测量数据的归一化即使是通常的房间,由于修正项的不同其修正值差也可能达到3dB。因此不如不作修正,这样既简单而且更能反映实际居住情况。至于频带允许最大偏差各国差别较大,尚无一致看法。     

高温高压声接收换能器的研制和校准

我们研制了一种带毛细孔的能耐150℃和1420atm的高温高压声接收换能器(水听器),并在直径为70mm,高为290mm的圆筒形腔体内用就地互易法在上述高温高压条件下进行了校准.在频带为10Hz—10kHz的频率范围内,接收电压灵敏度为—195±1.5dB(0dB为1V/μPa),水平方向性的不均匀度小于±1.5dB.在常压到1420atm的压力范围内,接收电压灵敏度随压力的变化小于1dB;在150℃时的接收电压灵敏度,较常温下的接收电压灵敏度,只降低3dB.     

用于矢量水听器的弯曲圆盘型声压水听器

针对在同振型矢量水听器中有效地复合声压通道的问题,提出一种采用压电双迭片结构的弯曲圆盘型声压水听器。压电双迭片由中心开孔的压电圆片和金属背衬组成,采用弯曲振动工作模式。为提高声压水听器的灵敏度,分别通过理论计算和有限元仿真的方法对双迭片结构进行了分析与优化设计,并制作了一只声压水听器样机用于实验验证。测试结果表明,声压水听器的灵敏度为-157 dB(0 dB re 1 V/μPa),在25 Hz~1000 Hz频带内分布平坦,并具有全指向性的特点。综合理论研究与实验室测试结果,这种弯曲圆盘型声压水听器成功满足了低频宽带声信号接收的需要,达到了复合同振型矢量水听器对声压通道的设计要求。     

门窗隔声的现场测量

在测量大片墙面上的局部构件如门和窗的隔声性能时,往往比较困难。通常的测量结果只能说明门窗与墙的组合体的隔声效果,而且有时在门或窗一侧空间的声学条件比较特殊,如遇到走道等很不扩散的声场时,规范化的测量方法就不适用。为此,我们曾作了一些考虑和尝试。测量的方法是利用25只直径为20厘米的纸盆扬声器作5×5平面排列,组合成一个强指向性的声源(总电功率75瓦)。声源布置在距门扇3—5米处,面向门扇发声。根据门开和门关时声源室内同一位置上(距门约2米处)的声压级差(L_开-L_关),和该测量点上门开启和关闭时的混响时间T_开和T_关的修正,便可得到该门的隔声量,即     

近场声全息技术应用有关物理问题研究

近场声全息(NAH)技术,用于大型结构或水声基阵性能参数测量、校准,要有一套高精度声场全息扫描测量接收基阵及同步测量和控制系统装置,以及适应的处理、分析、计算软件。研究实践表明：有关这套测控、分析系统硬、软件的设计指标、参数和使用要求,都涉及一些声学物理问题。为确保全息场量值测量可靠、场重建精度高,对声源的辐射声信号波数谱和近场声压分布,进行了必要的物理分析、计算。得到要保留的高波数分量、全息面的形式和尺度及其离声源的间距、全息面上测点间距等诸参数,与声源形状、尺度、频率等量之间定量关系并给出要求、判据的参考。     

高频心形指向性圆弧换能器阵的研制

本文叙述工作频率为100kHz,水平方向为心形指向性换能器圆弧阵的研制。φ=±60°方向的声压比φ=0°方向的声压高12dB,φ=60°方向发射电压响应为163dB,声源级为215dB(0dB=1μPa/V·m)电阻抗为140Ω,Q_m=6。 换能器阵半径为15cm,由两个扇面组成,振子粘在铜板上,直接向水中辐射声能。考虑到阵元是无后辐射的,且圆弧半径远大于水中工作波长对远场的声压用射线声学方法处理,所得到的计算公式与测量结果符合。     

瓦状阻尼橡胶块对高铁车轮减振降噪的影响分析

依据声学测试标准,为了评价某型高铁车轮在安装不同形式橡胶块装置后的减振降噪效果,在半消声室内基于B&K振动噪声测试分析系统,对裸轮和橡胶块车轮开展振动声辐射室内测试实验,并基于有限元方法对车轮模态进行了仿真分析。测试结果可知:相比裸轮,WA、WB车轮模态阻尼比显著增加,车轮的减振效果明显,其中WA车轮的减振效果略优于WB车轮。径向激励下,WA车轮声功率级降低了8 dB(A),WB车轮声功率级降低了5.5 dB(A);轴向激励下,WA车轮声功率级降低了8.2 dB(A),WB车轮声功率级降低了6.2 dB(A)。分析可知橡胶块装置能有效抑制车轮的滚动噪声和曲线啸叫,对车轮的减振降噪有积极作用。