平方余数序列扩散体于声屏障的应用

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摘要:传统屏顶吸声体采用的棉状吸声物料存在着比重高,防水性能差,降噪能力不理想等缺点。平方余数序列扩散体基于共振原理消声,不但大大改善了以上传统屏顶吸声体的缺点,更可以通过设计,为指定的音频范围降噪。本文将介绍二款 (T型及六角型) 专门为减低交通噪声而研发的屏顶平方余数序列扩散体,它们的有效降噪范围从400Hz到2500Hz。T型及六角型扩散体的初步测试结果显示在低中频的插入损失有6至7.5分贝。

Abstract: Traditional screen-like sound-absorbing material is adopted in the top of absorbers,it has the disadvantages of high proportion , poor water resistance, not ideal noise reduction capability. Quadratic residue sequence based on the theory of resonance, not only greatly improves defects of traditional screen top absorber, but also reduces the specified range of audio noise by design . This article will introduce two models(T-type and hexagon-type) specifically developed to reduce traffic noise and screen the top quadratic residue sequence diffusers, their effective noise reduction ranges from 400Hz to 2500Hz. The preliminary test on the Proliferation of T-and hexagonal body shows that the insertion loss is 6 to 7.5 dbin the low-IF.

关键词:吸声体;声屏障;数论扩散体;插入损失;吸声系数

Key words: absorber; sound barrier;number of diffusers;insertion loss;absorption coefficient

中图分类号:TB53 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)09-0226-01

0引言

在不断建造的高速公路,高速铁路和工业区中,安装隔声屏障已成为一项不可缺少的降噪设施。要提高屏障的隔声效果,一般会将屏障的高度增加。但加高屏障无可避免地增加了屏障及基础建造成本,及对光线及道路使用者的视线造成一定的影响。而屏顶吸声体正是提高屏障的隔声效果,及降低屏障高度的最佳选择。吸声体通过吸声原理,减少噪声在屏障顶部的折射及改变噪声的传递途径,从而达到更佳的隔声效果。

1平方余数序列扩散体的原理

“平方余数序列扩散体”由德国声学家施罗德根据数论和声学原理发明,简称数论扩散体(QRD)。它是一种格栅型槽沟扩散体。声波进入槽时会因为密封的槽底反弹向槽口,由于反弹的声波要经过较长的距离,与刚进入槽的声波出现时差,从而产生扩散。扩散的特性取决于槽的宽度和深度。

它基于共振原理消声,不但大大改善了以上传统屏顶吸声体的缺点,更可以通过设计,为指定的音频范围降噪。数论扩散体运用平方余数序列来决定槽深。在设计时一般会利用平方余数方法计算出造成均匀的扩散所需要的槽深和排列方式。

基于数论扩散体的有关理论,M•R•Monazzam & Y•W•Lam[1]通过建立数学模型,对一系列数论扩散体 (包括 T字型,箭型,圆桶型及Y字型)进行详细的分析,而我们的扩散体设计也是基于他们的计算结果。

2平方余数序列扩散体的设计

至于平方余数序列扩散体的设计,我们用以下程式来计算有效频率要求的槽深 (dn)[2,3]:

dn=

其中n为整数,N为奇素数及fr为有效频率。

而扩散体的有效波长则以以下程式推算[3]:

max≈;min≈2w

其中dmax为最大槽深,nmax为排序中的最大数值。因此,如果要设计N=7的二次余数扩散体,而槽宽为12cm,目标频带约为1.4kHz,则从以上程式得出最大槽深约为24.45cm,有效频带为400Hz至1.4kHz。

3测试方法

由于扩散体的吸声系数直接影响着它的插入损失,我们首先根据ISO 354 标准,在通过了国家认证的混响实验室测试了扩散体的吸声系数。从得到的吸声系数结果,我们可以了解到扩散体在不同频带的声学表现,从而确认我们的扩散体设计。

插入损失的测试方法以ISO 10847:1997为基准,如图1所示,我们先按以下位置对扩散体作测量,然后将扩散体拆除并重复测试,我们在相同位置将两个数值相减便得到扩散体对声屏障隔声效果的提升。值得一提的是,在测试过程中,为避免声源不稳定对测试结果造成的影响,我们在离开声源1米位置增加了一个噪声测量仪,以监察及修改声源不稳定的情形。

4测试结果

在完成平方余数序列扩散体的设计后,我们先根据ISO 354 在回响实验室为扩散体进行吸声测试。从吸声测试结果可以看到,扩散体的吸声系数在低中频带,吸声系数可高达0.85。

以ISO 10847:1997为基准的插入损失的测试结果如下:

插入损失的测试结果基本上和吸声测试结果吻合。扩散体在低频,特别是500Hz附近的效果尤其显注。一般来说,插入损失的提升在低中频比较显注,一般有6至7.5分贝的提升。

5结论

根据平方余数序列理论,我们成功地研发了二款数论扩散体。它们不但改善了传统屏顶扩散体比重高,防水性能差,降噪能力不理想等缺点,更在指定频带发挥显注功效,值得在道路隔声屏障设计上广泛推广。

参考文献:

[1]M•R•Monazzam,Y•W•Lam.Performance of profiled single noise barriers covered with quadratic residue diffusers[J]. Appl Acoust,2004.

[2]H•Kuttruff.Sound Absorption by psedostochastic diffusers (Schroeder diffusers)[J].Appl Acoust,1994,42(3):15-31.

[3]Trevor J Cox,Y•W Lam.Prediction and evaluation of the scattering from quadratic residue diffusers[J].J Acoust Soc Am,1994,95(1):297-305.