CN102926334B

CN102926334B - 杯形降噪吸声构件

Info

Publication number: CN102926334B
Application number: CN201110226778.0A
Authority: CN
Inventors: 付秀君; 王小林; 黎燕; 倪晓利; 耿宏亮; 章韬
Original assignee: Qinhuangdao Yaohua FRP Co Ltd
Current assignee: Qinhuangdao Yaohua Equipment Group Co., Ltd
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: CN102926334A

Abstract

本发明属于声屏障声学构件技术领域，具体涉及一种声屏障的杯形降噪吸声构件。该构件由若干块杯形降噪吸声构件单元组成，每块单元的面板由若干个矩形阵列和梯形的横筋组成，每个矩形阵列由若干个具有抛物面形状声学构造的反射杯均布组成，在每个反射杯的底部开有衍射孔；每块单元的背板上下面的纵向中心开有矩形连接槽，该连接槽与其他吸声构件单元相同位置的矩形连接槽在安装时形成一个正方形的空腔，该空腔内置入方钢管作为连接件，将相邻的两块杯形降噪吸声构件单元卡住；面板与背板连接后形成的管状空腔内装有隔声板，空腔内部横筋处设置有支撑框，支撑框分隔的空间充填吸音棉和纱网。该构件具有较强的吸声能力且低频吸声能力得到改善。

Description

杯形降噪吸声构件

技术领域

本发明属于声屏障的声学构件技术领域，具体涉及一种声屏障的杯形降噪吸声构件。

背景技术

近几年，我国铁路建设获得跨越式发展，尤以高速铁路的建设最为突出。随着京津城际列车和武广高铁的先后建成，以及京沪高铁的投入运营，一场大规模的高铁建设呈现了如火如荼的态势。高速铁路的出现，加快了物流的周转，给人们的出行带来了极大方便；但与此同时，也给人们的生产和生活带来了一些不便和影响，高速列车带来的环境噪声危害就是其中之一，特别是当高铁在经过一些人口密集区时，造成的影响尤甚。对铁路噪声的治理方法，通常是在铁路沿线设置声屏障。所谓声屏障，是指在声源与接受者之间，插入一个由足够面密度材料构成的板或墙，从而使声波强度有一个显著的衰减，这种“障碍物”就是声屏障。

声屏障对于声音的消弭，主要是通过内部填充的吸声材料，以及面板和背板的吸声或隔声来进行的。例如一些声屏障通过在面板和背板之间，设置憎水材料包覆的玻璃棉或岩棉，以及铝蜂窝或泡沫铝，甚至空腔，构成吸声层，以达到吸声降噪的目的。上述声屏障往往表现出对高频声波的吸收能力较强，而对低频声波的吸收则不甚理想，其吸声降噪性能有待于进一步提高。

虽然沿铁路线设置声屏障的主要目的是为了控制噪声污染，但也有些声屏障在吸声降噪的同时，也顾及了采光和降低乘客的视觉疲劳的功效，把声屏障的部分构件甚至整体，改用透明材料来制造。比如采用透明的亚克力板和聚碳酸酯板，或者采用双层夹胶玻璃，构成透光隔声型声屏障。这类声屏障的优点在于视觉效果较好，但是吸声能力较低，主要表现为隔声，因此常常和吸声型声屏障结合使用。

为了提高声屏障的综合吸声性能，部分厂家对声屏障的穿孔面板做了一些形状上的优化和改变，但之后并没有引起声屏障业界的足够重视。例如CN201570255U和CN2841758Y采用带有V型槽的面板，而CN1773038A和CN2403814Y使用类似百叶窗式面板，减缓了平面型声屏障面板对声波的直接反射，增加了面板的刚度，同时还使得声屏障整体形态迥异，提高了其作为道路环境设施的可观赏性。可是迄今为止，包括上述几种声屏障，除了在面板形态上的改进，并未从声学结构方面做过具体剖析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声屏障的杯形降噪吸声构件，以克服现有技术存在的上述不足，为防治高速铁路噪音污染提供新的解决方案。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种杯形降噪吸声构件，该构件由若干块杯形降噪吸声构件单元组成，每块杯形降噪吸声构件单元包括面板、背板、隔声板、吸音棉、纱网、支撑框和端板；其中面板由若干个矩形阵列和梯形的横筋组成，每个矩形阵列由若干个具有抛物面形状声学构造的反射杯均布组成，两组阵列之间通过竖直设置的横筋连接，在每个反射杯的底部开有衍射孔；背板的截面为开口矩形，其正面横向设置有若干梯形的肋筋，其上下面的纵向中心开有矩形连接槽，其开口处为折边连接结构，面板与背板在相互配合的折边连接结构处连接；面板与背板连接后形成管状空腔，空腔内部装有隔声板，空腔内部且在横筋处设置有支撑框，在支撑框分隔的空间充填由吸音棉和纱网组成的吸声材料，在空腔的两端装有端板；杯形降噪吸声构件单元的背板上下两端的矩形连接槽与其他杯形降噪吸声构件单元相同位置的矩形连接槽在安装时形成一个近似正方形的空腔，该空腔内置入方钢管作为连接件，将相邻的两块杯形降噪吸声构件单元卡住。

所述面板的反射杯是由抛物线y²＝2px作为母线，绕x轴旋转形成的抛物面，其母线焦点F的坐标为(p/2，0)；该抛物面与平行y、z轴的平面相交，在焦点F处截出焦点平面圆，其半径r＝p，衍射孔的孔径为2*(0.95～1.15)p；采用同样的方法，可在x＝X处截出反射杯阵列中的各个抛物面在此平面的相切平面圆，其半径为y＝Y＝R，该抛物面在面板的外表面相交，即x＝X₁处，截出平面上的最大圆，其半径为y＝Y₁＝R₁。

所述反射杯母线的各参数为：焦点平面圆半径4≤r≤9mm；最大圆半径R₁＝(0.35～0.55)*B，B为所述杯形降噪吸声构件的厚度；相切平面圆的圆心距顶点的位置X应满足p/2＜X＜X₁。

所述面板采用模具成型的玻璃纤维增强塑料异形板制成；所述背板采用拉挤工艺成型的玻璃纤维增强塑料型材制成；在面板和背板的外露表面涂覆了由高耐候型氟碳涂料组成的装饰面层。

所述隔声板采用短切玻璃纤维增强的水泥蛭石板制成。

所述吸音棉为采用憎水工艺处理的超细玻璃纤维棉，其纤维直径＜5μm，容重为25kg/m³；所述纱网采用涂塑玻璃纤维纱网，规格为256～324目。

所述支撑框和端板采用工程塑料注塑成型，两部件的外表面与所处位置的内腔截面相吻合，该外表面为具有一定厚度的异形框，框中心由肋板A和肋板B组成，其中肋板B位于两端，肋板A位于中间，在肋板A的两侧设置有网状加强筋A，在肋板B的两侧设置有网状加强筋B。

在所述矩形连接槽的底部设置有双面粘接密封胶条。

所述面板与背板连接处以及两部件与支撑框和端板相接处均采用自攻螺钉紧固连接；所述背板与隔声板在肋筋处采用螺栓组紧固连接。

所述自攻螺钉和螺栓组涂敷厌氧粘接剂。

本发明所取得的有益效果为：

(1)钝化尖劈增强了吸声构件面板的吸声能力。本发明提出的杯形降噪吸声构件，是把钝化后的尖劈，即反射杯阵列排布，结合梯形的横筋，构成吸声构件的面板。当声波从空气中传播到面板附近时，首先接触的是钝化后的尖劈顶端，从尖劈的顶端到基部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到基体材料的特性阻抗，因而很好地实现了阻抗匹配，从而使入射声波得到高效的吸收；而通常的平面型穿孔声屏障面板，当声波从空气中传播到面板表面时，出现阻抗突变，因而面板对声波的吸收能力较弱，容易使声波被反射回空气中，因此钝化尖劈强化了声屏障面板的吸声能力；而且钝化后的尖劈，也即截去了顶端的尖劈结构，对吸声性能影响不大，还有利于产品的稳固性和耐久性，这对于实际的生产和应用是非常有利的；

(2)旋转抛物线表面对声波的集中相消和透过。阵列排布的尖劈，在相邻尖劈之间的凹陷处，通过优化，形成旋转抛物线状的过渡型面，即反射杯，同时在抛物线的“焦点平面”处切端后形成透声通孔，即衍射孔。当平面声波入射到钝化尖劈的侧面，也即反射杯时，部分声波直接穿过焦点平面处的衍射孔进入声屏障内部，从而被声屏障内部的吸音材料进一步吸收；部分声波则遇到反射杯的侧壁，随即发生折射和反射，由于杯形型面为旋转抛物线曲面，所以反射后的声波将在抛物线的焦点处聚集，这增大了入射声波和反射声波的碰撞几率，从而更容易发生声波的干涉相消，也即消声效果相对更为突出；

(3)声屏障的低频吸声能力得到改善。平板状吸声材料的低频吸声性能差，而尖劈结构的低频吸声能力相对突出是普遍规律；恰恰现有的声屏障的低频吸声能力差，一直是困扰声屏障业界的难题。因此本发明提出的杯形降噪吸声构件，较好地契合了当今声屏障的发展趋势，在改善和提高声屏障的低频吸声性能方面，做了有益的探索和尝试；

(4)应用了防变形横梁以提高构件的刚度。本发明提出的杯形降噪吸声构件，通过在构件的上下两端设置矩形连接槽，配以方钢管和双面粘接密封条，实现相邻两个构件的固定和连接。而普通声屏障中相邻的两个构件，一般直接通过构件本身上的卡槽，相互限位连接，这样刚度不足，当声屏障的面板承压时，容易出现变形和振颤。因此，本发明中使用方钢管和双面粘接密封条，连接两个相邻的构件，增强了声屏障的整体刚度和抗变形能力。

综上所述，本发明所述杯形降噪吸声构件为高速铁路声屏障采用的一种具有抛物面阵列的降噪吸声结构单元，主要由玻璃纤维增强塑料面板和背板，隔声板及吸音材料组成；设置了杯形声学阵列，利用抛物面的特性，将平行入射的噪声全部反射到焦点平面及衍射孔内，利用声波的干涉衰减、共振消声原理、隔声板隔声性能以及吸音棉的吸声能力使噪声“湮灭”；采用了矩形连接槽内置方钢管拼装结构，以提高连接可靠性和整体刚度。本发明具有降噪效果好，强度高、刚性好、安装方便等特点，同时又具有复合材料的重量轻、耐腐蚀、表面美观、使用寿命长，性价比高等优点，适用于需要对高强度噪声进行防控的高速铁路、高速公路及其他场合使用。

附图说明

图1为本发明所述杯形降噪吸声构件主视图；

图2为本发明所述杯形降噪吸声构件截面图；

图3为本发明所述杯形降噪吸声构件的反射杯剖面图；

图4为本发明所述杯形降噪吸声构件的反射杯抛物面母线参数坐标图；

图5为本发明所述杯形降噪吸声构件的支撑框与面板和背板的连接图；

图6为本发明所述杯形降噪吸声构件的端板与面板和背板的连接图；

图7为本发明所述杯形降噪吸声构件与立柱的连接图；

图8为本发明所述杯形降噪吸声构件组装成声屏障的铁路外侧立面结构图；

图中：1、面板；2、背板；3、隔声板；4、吸音棉；5、纱网；6、螺栓组；7、方钢管；8、自攻螺钉；9、支撑框；10、端板；11、杯形降噪吸声构件单元；12、双面粘接密封条；13、立柱；14、密封胶条；15、发泡粘接剂；101、反射杯；102、衍射孔；103、横筋；201、肋筋；202、矩形连接槽；203、折边连接结构；901、肋板A；902、加强筋A；1001、肋板B；1002、加强筋B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例一

如图1、图2所示，本发明所述杯形降噪吸声构件由若干块杯形降噪吸声构件单元11组成，每块杯形降噪吸声构件单元11包括面板1、背板2、隔声板3、吸音棉4、纱网5、支撑框9和端板10；其中面板1面对铁路轨道放置，由若干个矩形阵列和梯形的横筋103组成，每个矩形阵列由若干个具有抛物面形状声学构造的反射杯101均布组成，两组阵列之间通过竖直设置的横筋103连接，在每个反射杯101的底部开有与抛物面焦点平面相同半径的衍射孔102；背板2的截面为开口矩形，其正面横向设置有若干梯形的肋筋201，其上下面的纵向中心开有矩形连接槽202，其开口处为折边连接结构203，面板1与背板2在相互配合的折边连接结构203处连接；面板1与背板2连接后形成管状空腔，空腔内部装有隔声板3，空腔内部且在横筋103处设置有支撑框9，在支撑框9分隔的空间充填由吸音棉4和纱网5组成的吸声材料，在空腔的两端装有端板10；在面板1与背板2连接处以及两部件与支撑框9和端板10相接处均采用自攻螺钉8紧固连接；背板2与隔声板3在肋筋201处采用螺栓组6紧固连接；各个连接用自攻螺钉8和螺栓组6在装入时应涂敷厌氧粘接剂，作为放松措施，以保证使用寿命。

如图3、图4所示，本实施例面板1的反射杯101是由抛物线y²＝2px作为母线，绕x轴旋转形成的抛物面；所述母线焦点F的坐标为(p/2，0)；该抛物面与平行y、z轴的平面相交，在焦点F处截出焦点平面圆，其半径r＝p，衍射孔102的孔径为2*(0.95～1.15)p；采用同样的方法，可在x＝X处截出反射杯101阵列中的各个抛物面在此平面的相切平面圆，其半径为y＝Y＝R，该抛物面在面板1的外表面相交，即x＝X₁处，截出平面上的最大圆，其半径为y＝Y₁＝R₁。反射杯101母线的各要素参数为：焦点平面圆半径4≤r≤9mm；最大圆的半径R₁＝(0.35～0.55)*B，B为所述杯形降噪吸声构件的厚度；相切平面圆的圆心距顶点的位置X应满足p/2＜X＜X₁。

本实施例中焦点平面圆的半径r＝8mm，且r＝p，抛物线方程为y²＝16x，母线的各要素的参数为焦点平面圆的半径r＝8mm，衍射孔102的孔径＝16mm；相切圆直径为48mm，圆的圆心距顶点的位置距离为36mm，最大圆的半径R₁＝28.6mm。

本实施例的具体规格尺寸为1975*500*85mm(L*H*B)，其中面板1采用模具成型的玻璃纤维增强塑料异形板制成，厚度为2.8mm，横筋103的宽度为45mm，深度为10mm；背板2采用拉挤工艺成型的玻璃纤维增强塑料型材制成，厚度为3.0mm；面板1和背板2的外露表面涂覆了由高耐候型氟碳涂料组成的装饰面层，装饰层的颜色和标识按使用方提出要求施工；隔声板3采用厚度为15mm短切玻璃纤维增强的水泥蛭石板；吸音棉4采用憎水工艺处理的超细玻璃纤维棉，其纤维直径＜5μm，容重为25kg/m³；纱网5采用涂塑玻璃纤维纱网，规格为256～324目。

由图5、图6所示，支撑框9和端板10采用工程塑料注塑成型，两部件的外表面与所处位置的内腔截面相吻合，该外表面为具有一定厚度的异形框，框中心由肋板A901和肋板B1001组成，其中肋板B1001位于两端，肋板A901位于中间，在肋板A901的两侧设置有网状加强筋A902，在肋板B1001的两侧设置有网状加强筋B1002，本实施例的具体尺寸为轮廓表面的厚度为3mm，肋板肋板A901和肋板B1001的厚度为2.5mm，加强筋A902和加强筋B1002的厚度为2mm。

杯形降噪吸声构件单元11的背板2上下两端的矩形连接槽202与其他杯形降噪吸声构件单元11相同位置的矩形连接槽202在安装时形成一个近似正方形的空腔，尺寸为40*40mm，该空腔内置入40*40*δ2.5mm的方钢管7作为连接件，将相邻的两个杯形降噪吸声构件单元11卡住，安装时事先在矩形连接槽202的底部，放置双面粘接密封胶条12。

如图7、图8所示，安装时，杯形降噪吸声构件单元11的水平两端分别嵌入相邻两立柱13侧边的凹槽内，两个立柱13的间距为2000mm，在凹槽两侧壁设置有密封胶条14，起减震和密封作用；在杯形降噪吸声构件单元11的两端与立柱13之间的空腔内充填发泡粘接剂15，杯形降噪吸声构件单元11在密封胶条14的弹性夹持和发泡粘接剂15的粘结下，与立柱13连接在一起；随后装入连接件方钢管7，再装入其上的另一块杯形降噪吸声构件单元11；依此逐步循环操作，直至将所有杯形降噪吸声构件单元11安装完成，构成完整的声屏障。

实施例二

本实施例的结构和安装方式与实施例一相同，其区别在于杯形降噪吸声构件单元11和立柱13的规格尺寸与实施例一不同。本实施例的杯形降噪吸声构件单元11的规格尺寸为3940*500*140mm，立柱13的间距为4000mm；反射杯101母线的抛物线方程为y²＝15x，各要素的参数为焦点平面圆的半径r＝7.5mm，衍射孔102的孔径＝15mm，相切圆直径为50mm，圆的圆心距顶点的位置距离为47.1mm，最大圆的半径R₁＝27mm；背板2上下两端的矩形连接槽202宽80mm、深23mm，配用的连接件方钢管7的规格为80*40*δ3mm。

本发明的技术原理是：为了弥补现有技术的不足，从声波的传播特性的角度，提出了一种杯形降噪吸声构件。通常情况下，铁路两侧的声屏障，距离车厢外壁的直线距离约为2m，而本发明的杯口直径≤8cm，由于两者长度相差极为悬殊，因此，当火车行驶经过声屏障时，所发出的噪音传播到声屏障面板表面的受声点处，由于距离相对较远，几乎近似于垂直入射的平面声波。根据“郑长聚.环境工程手册--环境噪声控制卷.高等教育出版社，2000，P21～22”和“雷晓燕.铁路交通噪声与振动.北京：科学出版社，2004，P26～28”，当声波从空气中入射到声屏障表面时，会在界面发生反射和折射，由于空气的特性阻抗小于声屏障面板的特性阻抗，因此分界面处反射波与入射波的质点振动位移是反相，也即入射波与反射波存在着相位差，所以此时空气中的入射波和反射波迭加后形成不等幅的驻波，也即部分入射声波和反射声波发生干涉相消。显而易见，声波碰撞得越激烈越集中，相消效果越明显。

其次，作为一种特殊的吸声体，吸声尖劈，即反射杯是把多孔性或纤维性材料做成锥形或尖劈状，这样当声波从尖劈的顶端入射时，随着尖劈的截面变宽，声阻抗逐渐增大，也即材料的声阻抗与空气的声阻抗之间，实现了较好地匹配和过渡，因此与平板材料相比，尖劈结构能使声波被高效地吸收。而且尖劈的低频吸声能力突出，与此相比，现有声屏障的不足之处就在于低频吸声能力差。因此，将尖劈结构用于声屏障，能改善声屏障的低频段吸声能力。

Claims

1.一种杯形降噪吸声构件，其特征在于：该构件由若干块杯形降噪吸声构件单元(11)组成，每块杯形降噪吸声构件单元(11)包括面板(1)、背板(2)、隔声板(3)、吸音棉(4)、纱网(5)、支撑框(9)和端板(10)；其中面板(1)由若干个矩形阵列和梯形的横筋(103)组成，每个矩形阵列由若干个具有抛物面形状声学构造的反射杯(101)均布组成，两组阵列之间通过竖直设置的横筋(103)连接，在每个反射杯(101)的底部开有衍射孔(102)；背板(2)的截面为开口矩形，其正面横向设置有若干梯形的肋筋(201)，其上下面的纵向中心开有矩形连接槽(202)，其开口处为折边连接结构(203)，面板(1)与背板(2)在相互配合的折边连接结构(203)处连接；面板(1)与背板(2)连接后形成管状空腔，空腔内部装有隔声板(3)，空腔内部且在横筋(103)处设置有支撑框(9)，在支撑框(9)分隔的空间充填由吸音棉(4)和纱网(5)组成的吸声材料，在空腔的两端装有端板(10)；杯形降噪吸声构件单元(11)的背板(2)上下两端的矩形连接槽(202)与其他杯形降噪吸声构件单元(11)相同位置的矩形连接槽(202)在安装时形成一个近似正方形的空腔，该空腔内置入方钢管(7)作为连接件，将相邻的两块杯形降噪吸声构件单元(11)卡住。

2.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述面板(1)的反射杯(101)是由抛物线y²＝2px作为母线，绕x轴旋转形成的抛物面，其母线焦点F的坐标为(p/2，0)；该抛物面与平行y、z轴的平面相交，在焦点F处截出焦点平面圆，其半径r＝p，衍射孔(102)的孔径为2*(0.95～1.15)p；采用同样的方法，可在x＝X处截出反射杯(101)阵列中的各个抛物面在此平面的相切平面圆，其半径为y＝Y＝R，该抛物面在面板(1)的外表面相交，即x＝X₁处，截出平面上的最大圆，其半径为y＝Y₁＝R₁。

3.根据权利要求2所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述反射杯(101)母线的各参数为：焦点平面圆半径4≤r≤9mm；最大圆半径R₁＝(0.35～0.55)*B，B为所述杯形降噪吸声构件的厚度；相切平面圆的圆心距顶点的位置X应满足p/2＜X＜X₁。

4.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述面板(1)采用模具成型的玻璃纤维增强塑料异形板制成；所述背板(2)采用拉挤工艺成型的玻璃纤维增强塑料型材制成；在面板(1)和背板(2)的外露表面涂覆了由高耐候型氟碳涂料组成的装饰面层。

5.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述隔声板(3)采用短切玻璃纤维增强的水泥蛭石板制成。

6.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述吸音棉(4)为采用憎水工艺处理的超细玻璃纤维棉，其纤维直径＜5μm，容重为25kg/m³；所述纱网(5)采用涂塑玻璃纤维纱网，规格为256～324目。

7.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述支撑框(9)和端板(10)采用工程塑料注塑成型，两部件的外表面与所处位置的内腔截面相吻合，该外表面为具有一定厚度的异形框，框中心由肋板A(901)和肋板B(1001)组成，其中肋板B(1001)位于两端，肋板A(901)位于中间，在肋板A(901)的两侧设置有网状加强筋A(902)，在肋板B(1001)的两侧设置有网状加强筋B(1002)。

8.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：在所述矩形连接槽(202)的底部设置有双面粘接密封胶条(12)。

9.根据权利要求1所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述面板(1)与背板(2)连接处以及两部件与支撑框(9)和端板(10)相接处均采用自攻螺钉(8)紧固连接；所述背板(2)与隔声板(3)在肋筋(201)处采用螺栓组(6)紧固连接。

10.根据权利要求9所述的杯形降噪吸声构件，其特征在于：所述自攻螺钉(8)和螺栓组(6)涂敷厌氧粘接剂。