Page 123 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 夏兆旺等： 嵌入式质量块对隔声门低频段隔声性能的影响 917

关联性研究并对整个系统在低频段的有效隔声量
0 引言
进行了优化设计。
伴随着人类社会的发展，低频噪声控制日益受
1 隔声门隔声性能优化基础
到密切的关注。相关研究表明，长期暴露在低频噪
声环境中，会对健康产生负面影响，出现心情烦躁、 1.1 隔声量计算
头晕和注意力分散等症状 [1−3] 。在低频段，声波波
如图 1 所示，声音从声源室经过隔声门传入接
长较长，声音在传播过程中具有更强的穿透性，衰减
收室，声源室内平均声压级为 L 1 ，接收室内平均声
也更缓慢。因此，低频噪声控制是声学领域的研究
压级为L 2 ，
热点和难点 [4] 。噪声控制在环境声污染的治理中发 10
1 ∑
挥着关键作用，在实际工程中由于房间隔墙和外墙 L 1 = 10 lg 10 L j /10 , (1)
10
的厚度都很大，噪声容易得到控制，而供人员出入 j=1
12
的门口则成为噪声超标的主要场所。目前，通过安 1 ∑ L j /10
L 2 = 10 lg 10 , (2)
装隔声门可以很好地抑制噪声的传播。为了控制隔 12
j=1
声门的质量、厚度和成本，隔声门采用了钢板、阻尼 其中，L 1 , L 2 , · · · , L n 为室内不同位置测点处的声
层和吸音棉的复合结构，通常吸音棉的厚度占有最 压级。
大的比例，吸音棉的厚度影响了门的隔声有效频段。 已知L 1 和L 2 后，代入式(3)求得隔声量：
常见吸声材料的吸声能力与其厚度密切相关 [5] ，要 S
R = L 1 − L 2 + 10 lg , (3)
在低频段达到与高频段相当的隔声效果需要更厚 A
2
的吸音棉。由于隔声门整体厚度和重量的限制，隔 式 (3) 中，S 为隔声门的投影表面积，m ；A 为接收
2
声门在低于 500 Hz 范围内的隔声效果较差。针对 室的有效吸声面积，m 。
这个问题，研究人员提出主动控制技术来提高低频 为了计算有效吸声面积，本文将接收室的所有
隔声效果，但是这些系统太过复杂而不适合应用在 墙壁表面吸声系数设置为0.008，根据赛宾公式算出
隔声门的实际使用中 [6−7] 。本文考虑将嵌入式质量 混响时间为 13.057 s，然后将混响时间代入式(4) 中
应用于隔声门中来提高低频段的隔声性能，同时保 可以计算出有效吸声面积：
证隔声门在高频段仍有很好的隔声效果。 A = 0.16V , (4)
嵌入式质量是一个个任意形状的质量块，将嵌 T
3
式(4)中，V 为接收室的体积，m ；T 为混响时间，s。
入式质量加入吸音棉中可以有效改善吸音棉在低
频段的隔声量 [8] 。在吸音棉中加入嵌入式质量后， ฾ག ܦູ ฾ག
这些质量块与吸音棉组成了多个“质量—弹簧—阻
尼” 系统。在这些系统中，吸音棉可视为系统的刚
度和阻尼元器件，嵌入式质量可视为质量元器件，
整个系统结合了高频阻尼吸收能量和低频动力吸
收能量的机理。合理设计的嵌入式质量块，可以通
过其低频共振来调谐系统的振动，从而用于控制 ᬦܦ᫃
低频噪声 [9] 。目前，一些学者已经研究了嵌入式质
图 1 隔声门隔声量计算模型
量的应用，Idrisi 等 [10] 实验探究了各参数对加入嵌
Fig. 1 The model used to calculate the transmis-
入式质量后系统固有频率的影响，总结了质量块
sion loss of the soundproof door
的质量、质量块间的距离和形状等参数的影响规
律。Slagle [11] 通过建立阻抗管的有限元模型(Finite 1.2 遗传算法理论
element model, FEM) 分析了质量块的材料、大小、 为了得到加入嵌入式质量后隔声门隔声性能
形状和放入深度等参数对隔声量的影响。本文将嵌 的最优值，后文使用遗传算法对此问题进行分析求
入式质量应用在隔声门中，建立了混响室有限元模 解。遗传算法是基于达尔文的自然选择理论提出的
型计算隔声门的隔声量，对各相关参数进行了参数 优化算法，该算法在对实际问题进行优化的过程中