CN106854855A - 一种吸声体及使用该吸声体的声屏障 - Google Patents

Abstract

一种吸声体及使用该吸声体的声屏障，包括：主体吸声模块，其包括面板和第一吸声材料；其特征在于：还具有设置于主体吸声模块顶部的辅助吸声模块，该辅助吸声模块包括外框和设置在外框内的第二吸声材料；其中，面板设置在第一吸声材料的两侧，面板和外框上均设置有用于气流通过的多个通孔，第一吸声材料不同位置空气流过性不同，具体实现方式为：从吸声体的下方往上，第一吸声材料的流阻和/或面密度呈减小趋势。

Description

一种吸声体及使用该吸声体的声屏障

技术领域

本发明涉及一种在室内或室外使用的有效发挥吸声效果的吸声体及使用该吸声体的声屏障，尤其是一种用于道路及轨道交通两侧的吸声体及声屏障。

背景技术

道路及轨道交通噪声已严重的干扰线路两旁的商务楼和居住小区内的商务人员和居民的正常工作和生活，影响商务楼的办公环境和居民的日常生活质量，因此，道路及轨道交通噪声的治理技术是相关企业十分关注并努力开发的应用技术，治理道路及轨道交通噪声有效的方法之一是在线路两侧安装隔声屏障，近几年来出现了各种隔声屏障，对降低噪声起到了一定的作用。

现有的吸声体一般为由吸声材料、框体等多个部件构成，其中吸声材料均为一个界面为矩形的结构。

然而经研究发现，这样结构的吸声体和声屏障的吸声效果并不太好，其原因在于，声波传至声屏障时，会在在屏障顶端发生绕射作用(见图1)，进而造成该部位空气粒子的振动速度的增大，使得通过顶端的噪声增大。

发明内容

本发明是鉴于上述的情况，提供一种在提高吸声效果的吸声体、及使用该吸声体的声屏障。

一种吸声体，包括：主体吸声模块，其主体吸声模块包括面板和第一吸声材料；其特征在于：还具有设置于主体吸声模块顶部的辅助吸声模块，该辅助吸声模块包括外框和设置在外框内的第二吸声材料；其中，面板设置在第一吸声材料的两侧，面板和外框上均设置有用于气流通过的多个通孔，第一吸声材料不同位置空气流过性不同，具体实现方式为：从吸声体的下方往上，第一吸声材料的流阻和/或面密度呈减小趋势。

进一步的，其中，至少声源侧的面板与第一吸声材料之间存在一定的距离。

进一步的，其中，在面板和第一吸声材料之间设置有多孔的蓬松材料，其面密度小于第一吸声材料的面密度。

进一步的，其中，所述减小趋势为均匀减小或非均匀减小。

进一步的，其中，所述第一吸声材料为同质材料制成，下部的材料厚度大于上部的材料厚度，以实现下部流阻大于上部流阻。

进一步的，其中，所述第一吸声材料的截面呈梯形结构、三角形结构或者至少一边呈单调曲线结构。

进一步的，其中，所述第一吸声材料的截面为矩形结构或者截面为阶梯式结构，每一阶梯为梯形或矩形结构。

进一步的，其中，所述面板上的通孔包括形状为三角形、矩形、正方形、圆形、椭圆形、长圆形、不规则多边形、不规则曲线形中的任意一种或几种的组合。

进一步的，其中，所述面板上的通孔的孔隙率大于20％，优选的孔隙率为40％-60％。

进一步的，其中，还包括框架，面板固定在框架上，第一吸声材料容纳在框架内，优选地，所述框架包括夹紧板，用于将第一吸声材料前后固定。

进一步的，其中，所述面板的截面为直线、波浪形、弯折线、锯齿形、垛口形、弧线及规则或不规则曲线形中的任一种或其组合。

进一步的，其中，通孔的轴线是水平的、或者为向着声源的方向或者轴线相对于水平线稍微向下倾斜。

进一步的，其中，通孔在面板的内侧面的开口位置高于在面板外侧面的开口位置。

进一步的，其中，通孔为阶梯孔或轴线为弧形的孔。

进一步的，其中，在第一吸声材料和/或第二吸声材料外侧包覆一层透气但不透水的膜或袋子。

进一步的，其中，所述第二吸声材料截面为矩形或坡度很小的梯形、平行四边形。

进一步的，其中，所述第二吸声材料的平均面密度、流阻截面明显小于第一吸声材料的平均面密度、流阻或最小面密度、流阻，例如，面密度小10kg/m²以上，流阻小100Ns/m3以上，优选的，面密度小20kg/m²以上，流阻小300Ns/m³以上。

进一步的，其中，所述第二吸声材料的平均面密度、流阻截面明显小于第一吸声材料的平均面密度、流阻或最小面密度、流阻，例如面密度小10kg/m²以上，流阻小100Ns/m3以上，优选的，面密度小20kg/m²以上，流阻小300Ns/m³以上。

进一步的，其中，所述第一第一吸声材料为层叠的多层材料，如纸纤维；第二吸声材为蓬松材料，如棉花、聚氨酯材料。

根据本发明的结构，刚性的板构件能够在其边缘附近的正面和背面产生声压差，该声压差能够使板构件边缘附近的正面和背面产生压力梯度。该压力梯度使得空气粒子通过板构件时被加速，加速的粒子将通过吸声材料。粒子通过吸声材料时，由于粒子的动能将转化为热能而被消耗，由此能量降低。以这种方式，空气粒子通过吸声材料被消耗的能量变大，而吸声效果变得非常好。由于通过板构件和配置于板构件边缘附近的吸声材料即可达到良好的吸声效果，所以能够实现零件少且小型化的吸声体。此外，作为此处所说的具有刚性的板构件，只要是能在边缘附近的正面和背面产生声压差的材料，任何材料均可。

技术效果

根据本发明的吸声体和声屏障，结构简单，安装方便。

采用本发明的吸声体面板构造，吸声效果好，且能防风、防雨、防腐蚀。

采用本发明中的吸声材料构造，能够将空气粒子在板构件边缘形成的绕射气流通过摩擦消耗为热能，吸声效果更好。

采用本发明中的支架，能够保证吸声材料在吸声体内部的稳定工作状态，提高了吸声提的工作寿命。

采用本发明的透气不透水膜或袋子，能够进一步保护吸声材料不受腐蚀及附着杂质而避免影响吸声体的工作效果。

根据通过实验对比，采用3米高带有该吸声体的声屏障效果相当于现有技术中在声屏障上增加2米的高度，大幅降低了材料成本和安装成本。

附图说明

图1是现有声屏障顶端发生的绕射作用效果图。

图2是本发明吸声体的剖面图。

图3是本发明吸声体的外观正视图。

图4是本发明吸声体正视局剖图。

图5是本发明另一实施例主体吸声模块剖面图。

图6是本发明其他实施例下部吸声材料剖面图。

图7是本发明声屏障侧视图。

图8是本发明声屏障的吸声实验图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施方法对本发明作进一步的详细描述。

图中，1-面板；2-框架；3-第一吸声材料；4-通孔；5-上固定部；6-下固定部；7-固定板；8-板构件；9-蓬松材料；10-外框；11-第二吸声材料；100-主体吸声模块；200-辅助吸声模块。

实施例1：

参照图2，根据本发明的吸声体包括主体吸声模块100和设置在主体吸声模块顶部的辅助吸声模块200。辅助吸声模块200通过螺钉、焊接、卡接等方式固定在主体吸声模块100上。

参见图3，4，主体吸声模块100包括面板1、框架2和第一吸声材料3，第一吸声材料3设置在框架2内，面板1安装在框架2的两侧。在一个优选的方案中，第一吸声材料3与前后面板1中至少一个之间存在一定的距离。在另一个优选的方案中，只在面对声源的一侧存在所述距离。其中所述距离为1-10cm。

在面板1上具有多个用于声波及空气粒子穿过的通孔4，图3中示出的通孔4在面板1上均布，每个通孔均为圆形结构且大小相同。在其他实施例中，通孔4形状可以是正方形、长方形、三角形、椭圆形以及任意的正多边形、不规则多边形或者曲线形状，且面板上的多个通孔可以是多种形状通孔4的规则或不规则组合，例如，下面几排是圆形、中间几排是三角形、上面几排是正方形，或者三种形状不规则混排。另外，无论是单一形状通孔或者是多种形状通孔组合，通孔的面积均可以相同或不同，例如从下往上，通孔面积越来越大。而且，通孔4也可以不均布，比如通孔直径相同，均为4mm时，面板下方的通孔数量较稀，上部较密，当然也可以上部较密，下部较稀。面板1整体的孔隙率为20％以上，优选的方案中，孔隙率为40％-60％。

面板1上的通孔4的轴线平行于水平线。在一个优选的实施方案中，为了防止雨水通过通孔4进入吸声体内部，而造成对第一吸声材料3的腐蚀，通孔的轴线方向相对于垂直面板的表面稍微向下，使得通孔4在面板1内侧面的开口位置略微高于通孔4在面板1外侧面的开口位置，类似于房屋上的百叶窗结构，能保证通风透气而防雨水。当然，通孔(4)也可不是直通孔，而是阶梯孔或者轴线为弧形的孔等。当然在另外的实施例中，为了能更好实现吸声，通孔4的轴线方向设置为朝向声源的方向，这样声音可以方便通过通孔而与吸声材料接触，起到更好的吸声效果。

框架2包括上固定部5和下固定部6，上下固定部均为沿吸声体长度方向延伸的界面为U形的结构，两个U形结构相对布置，形成一个放置第一吸声材料3的空间。面板1固定在U形结构的侧壁部的外侧。在一个优选的方案中，框架2还包括多个连接在上固定部5和下固定部6之间的固定板7，固定板7通过螺钉或铆钉或焊接等方式固定在U型结构的底部或侧壁部的内侧或外侧。固定板7能够夹紧第一吸声材料3的前后表面，起到固定支撑作用，防止第一吸声材料3的变形。框架2的一部分或全部部件优选采用铝合金材料制作，例如铝镁合金。当然框架也可以采用其他结构，例如上下部不采用U型结构，只是普通框架结构，能固定前后面板，并可在上方安装一盖板。

根据本发明的第一吸声材料3为非匀质材料，具体表现为，加在吸声材料两边的压力差一定时，通过吸声材料的气流线速度为按照下面方式分布：从吸声材料下方往上，气流线速度越来越大。这可以通过控制材料的面密度或者材料的流阻实现，面密度是指单位面积上的材料质量，面密度越大则孔隙率越小，单位压差下的空气的流通率就越小。流阻是指空气流过吸声材料时，吸声材料内部的阻力，流阻越大则单位压差的空气穿过吸声材料的速度越小。例如，采用同质材料，则让在吸声材料下部的材料厚度大于上部的材料厚度，这样能够实现下部流阻大于上部流阻，如图6，其中材料厚度从下往上为均匀变化，构成一个梯形结构，当然上部厚度可以更小，直到吸声材料截面构成三角形结构。当然，吸声材料厚度也可以不是均匀变化，例如从下往上分段式递减，例如分3段，每一段从下往上厚度递减速率不同，或者某一段或某几段在段内不递减，只在段间连接处形成阶梯。当然也可以让吸声材料的截面形状不变，而通过在不同位置放置不同流阻的吸声材料实现，举例来说，将第一吸声材料3分为3段(当然可以两段或者4、5段或更多)厚度相同的材料，其中在在下方的第一段设置流阻大的材料，在第二段设置流阻居中的材料，在上端的第三段设置流阻小的材料。当然，可以将不同区段吸声材料流阻不同与不同区段截面厚度不同结合起来，只要保证下侧的流阻大于上侧的流阻皆可。具体流阻值，只要在500Ns/m³-6000Ns/m³范围为选择即可，比如梯形截面，最下方流阻为5000NS/m³，最上方流阻为1000Ns/m³。当然三角形截面时，最上方流阻是0，但对效果的影响不大。

通过面密度改变通过吸声材料的气流线速度的方法为，将下部材料的面密度设置的大一些，上部面密度设置的小一些。所述吸声材料从下往上的面密度可以均匀变化，也可以不均匀变化。比如吸声材料最下端面密度为150Kg/m²，最上端面密度为30Kg/m²。这样吸声材料的厚度无需改变，只改变不同位置的表面密度值就可以实现吸声材料从下往上空气流过性的变化。

吸声材料的面密度的改变和可以与上面提到的吸声材料流阻变化的各种方式结合起来，即同时改变材料的面密度和流阻。

第一吸声材料3的具体材料可以是纸、纺织布或编织布，也可以使用无纺布。还可以是玻璃棉或岩棉等无机纤维构成的多孔金属、多孔非金属、多孔陶瓷、多孔砂浆、多孔混凝土或各种金属纤维、碳纤维、竹纤维、聚合物(如聚氨酯、聚酰亚胺)等构成的多孔体。

在一个优选的方案中，在面板1和第一吸声材料3之间设置有多孔的蓬松材料9，该蓬松材料9的其面密度小于吸声材料的面密度，利于空气粒子的通过，并且能够对部分空气粒子进行初步的动能吸收，而且能够进一步减少尘土、雨水等杂志进入第一吸声材料3。该蓬松材料由纸、发泡材料等多孔无机或者多孔有机材料构成。

辅助吸声模块200，包括外框10和吸声材料11，其中外框截面为矩形或者梯形、三角形等封闭多边形结构。吸声材料11设置在外框的内部的底面上，其可以通过一定固定结构进行夹紧和定位，例如采用卡片、卡槽等。在另一方案中，外框10为非封闭结构，其下表面为空或者存在一定缺口，通过将外框10固定在主体吸声模块100上而形成封闭空间，吸声材料11设置在主体吸声模块100的上端，或者通过外框侧壁上设置的夹持件固定。

外框10的两侧部具有穿孔，其穿孔结构、形状、孔隙率等参数与侧板1的类似，外框10的顶壁也可以具有开口。整个外框10可以为一块材料一体弯折形成，也可以是多个面板组合固定而成。

第二吸声材料11的材质、形状、参数与第一吸声材料3类似。在一个优选的方案中，第二吸声材料11的流阻、面密度从下向上整体无明显变化，优选的，其流阻、面密度的值相比于第一吸声材料3的顶部的流阻、面密度要大。

具体方式可以为，第二吸声材料11为同质材料制成，材料厚度从下往上基本相同(即第二吸声材料11的截面基本为矩形)，以实现材料的流阻基本相同。或者，吸声材料为非匀质材料，但是通过设置吸声材料在不同位置的厚度不同，以实现材料的流阻基本相同。在一个优选的方案中，外框10至少声源侧的面板与第二吸声材料11之间存在一定的距离。在另一优选方案中，外框10与第二吸声材料11之间也设置有多孔的蓬松材料9，其面密度小于第二吸声材料11的面密度。

在一个优选的方案中，第一吸声材料3及第二吸声材料11分别套在一个薄膜或袋中，该膜或袋能够透气但不透水和尘土。

在另一优选方案中，第二吸声材料11的平均面密度、流阻明显小于第一吸声材料3的平均面密度、流阻，例如，面密度小10kg/m²以上，流阻小100Ns/m³以上，优选的，面密度小20kg/m²以上，流阻小300Ns/m³以上。例如，第一吸声材料3为层叠的多层材料，如纸纤维，第二吸声材料11为蓬松的棉花、聚氨酯等材料。更优选的方案中，第二吸声材料11的平均面密度、流阻明显小于第一吸声材料3的最小面密度、流阻。例如，面密度小10kg/m²以上，流阻小100Ns/m³以上，优选的，面密度小20kg/m²以上，流阻小300Ns/m³以上。

由于吸声体或声屏障设在在线路两旁时，基本都暴露在户外环境中，面临风吹雨打日晒等自然情况，面板容易被腐蚀，而且，各个地方的气候各不相同，有的地方光照强烈，有的地方雨水较多，这需要面板材料本身具有耐腐蚀性、耐候性。一个优选的方案中面板、外框材料为合金材料构成，优选为强度高、质量轻、成本低廉的铝合金材料，更优的选择为铝镁合金。

参见图7，是本发明声屏障的结构图，其中，包括吸声体和板构件8，吸声体设置在板构件8的顶端。经过申请人试验发现，采用上述方式的吸声材料及声屏障配置在声源附近时，通过具有刚性的板构件8，能够在板构件8的顶端边缘附近的正面和背面产生声压差。即，声源侧的压力发生在板构件8的正面时，相对于正面的压力振幅，声源的相反侧的不发声的背面一侧的压力振幅较小，因此在板构件8的顶端附近的正面和背面发生声压差，由此能够使得在边缘附近的正面和背面产生压力梯度。根据该压力梯度，传播声音的空气的粒子在板构件8的顶端附近加速，加速的粒子在经过设置于板构件8的顶端的吸声材料3第一吸声材料3、顶部吸声材料11第二吸声材料11而减速，动能被转变为热能从而产生吸声效果。这样，通过空气粒子的加速，从而经过吸声材料3第一吸声材料3、顶部吸声材料11第二吸声材料11而消耗的能量变大，因此吸声效果非常明显。尤其是，通过设置顶部吸声材料11第二吸声材料11，尤其是其的面密度和流阻明显小于第一吸声材料3时，能更充分地通过摩擦生热而将声音吸收，更好的抑制了边缘效应。

由此可知，无需将第一吸声材料3的厚度值设置的很大。由于通过板构件8和配置于板构件8的顶端附近的吸声材料即可达到吸声效果，所以能够形成实现零件少和小型化的声屏障。

参见图8，示出了在声源相同情况下，采用本发明吸声体的声屏障与现有技术中声屏障的吸声实验图。根据图1所示结构，在声源相同的情况下，分别对比无吸声体的普通声屏障、无辅助吸声模块的吸声体的边缘抑制型声屏障、50mm辅助吸声模块的边缘抑制型声屏障、100mm辅助吸声模块的边缘抑制型声屏障四种工况，对屏障效果进行测试。

以无辅助吸声模块的普通声屏障工况为基准，对比无辅助吸声模块的边缘抑制型声屏障、50mm辅助吸声模块的边缘抑制型声屏障、100mm辅助吸声模块的边缘抑制型声屏障工况的插入损失。

表1

根据表1的实现结果可知，边缘抑制型声屏障吸声效果明显优于现有技术中的普通的声屏障，而具有辅助吸声模块的声屏障具有更好的降噪效果，具体来说100mm的边缘抑制型声屏障比普通声屏障的降噪效果最高可达到5.8dB。

实施例2

参见图5，本发明的主体吸声模块的面板可以做成环形，环形的前后面构成实施1中的面板，这两部分为穿孔结构，孔结构与实施例1中相同。该环形结构上下面可以有通孔，也可以没有通孔，第一吸声材料3从侧面插入其中，这样可以省略掉框架结构，当然也可以使用框架结构，增加支撑效果。在另一个替换的方案中面板1可以做成截面为倒U形的结构，U形结构的两侧壁构成吸声体的前面板和后面板，这里不再赘述。U型结构的底部构成吸声体的上部，同样，其可以为非穿孔结构或不穿孔结构。

辅助吸声模块的外框结构也可以参考主体吸声模块的面板的构成方式，为一个U形结构或者多块板件组合。

实施例3：

实施例3的吸声体和声屏障结构与前面实施例基本相同，主要区别在于，吸声体的外形结构不是矩形结构，而是梯形结构，或者不规则结构，如面板截面为波浪形状、折线形状或者弧形等形状。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (20)

1.一种吸声体，包括：

主体吸声模块，其包括面板和第一吸声材料；

其特征在于：还具有设置于主体吸声模块顶部的辅助吸声模块，该辅助吸声模块包括外框和设置在外框内的第二吸声材料；

其中，所述面板设置在第一吸声材料的两侧，面板和外框上均设置有用于气流通过的多个通孔，第一吸声材料不同位置空气流过性不同，具体实现方式为：从吸声体的下方往上，第一吸声材料的流阻和/或面密度呈减小趋势。

2.如权利要求1所述的吸声体，其特征在于：至少声源侧的面板与第一吸声材料之间存在一定的距离。

3.如权利要求1或2所述的吸声体，其特征在于：在面板和第一吸声材料之间设置有多孔的蓬松材料，其面密度小于第一吸声材料的面密度。

4.如权利要求1-3任一项所述的吸声体，其特征在于，所述减小趋势为均匀减小或非均匀减小。

5.如权利要求1-4任一项所述的吸声体，其特征在于：所述第一吸声材料为同质材料制成，下部的材料厚度大于上部的材料厚度，以实现下部流阻大于上部流阻。

6.如权利要求1-5任一项所述的吸声体，其特征在于，所述第一吸声材料的截面呈梯形结构、三角形结构或者至少一边呈单调曲线结构。

7.如权利要求1-6任一项所述的吸声体，其特征在于，所述第一吸声材料的截面为矩形结构或者截面为阶梯式结构，每一阶梯为梯形或矩形结构。

8.如权利要求1-7任一项所述的吸声体，其特征在于：所述面板上的通孔包括形状为三角形、矩形、正方形、圆形、椭圆形、长圆形、不规则多边形、不规则曲线形中的任意一种或几种的组合。

9.如权利要求1-8任一项所述的吸声体，其特征在于：所述面板上的通孔的孔隙率大于20％，优选的孔隙率为40％-60％。

10.如权利要求1-9任一项所述的吸声体，其特征在于：还包括框架，面板固定在框架上，第一吸声材料容纳在框架内，优选地，所述框架包括夹紧板，用于将第一吸声材料前后固定。

11.如权利要求1-11任一项所述的吸声体，其特征在于：所述面板的截面为直线、波浪形、弯折线、锯齿形、垛口形、弧线及规则或不规则曲线形中的任一种或其组合。

12.如权利要求1-11任一项所述的吸声体，其特征在于：通孔的轴线是水平的、或者为向着声源的方向或者轴线相对于水平线稍微向下倾斜。

13.如权利要求1-12任一项所述的吸声体，其特征在于：通孔在面板的内侧面的开口位置高于在面板外侧面的开口位置。

14.如权利要求1-13任一项所述的吸声体，其特征在于：通孔为阶梯孔或轴线为弧形的孔。

15.如权利要求1-14任一项所述的吸声体，其特征在于：在第一吸声材料和/或第二吸声材料外侧包覆一层透气但不透水的膜或袋子。

16.如权利要求1-15任一项所述的吸声体，其特征在于：所述第二吸声材料截面为矩形或坡度很小的梯形、平行四边形。

17.如权利要求1-16任一项所述的吸声体，其特征在于：所述第二吸声材料的平均面密度、流阻截面明显小于第一吸声材料的平均面密度、流阻或最小面密度、流阻，例如，面密度小10kg/m²以上，流阻小100Ns/m³以上，优选的，面密度小20kg/m²以上，流阻小300Ns/m³以上。

18.如权利要求17项所述的吸声体，其特征在于：所述第二吸声材料的平均面密度、流阻截面明显小于第一吸声材料的平均面密度、流阻或最小面密度、流阻，例如，面密度小10kg/m²以上，流阻小100Ns/m³以上，优选的，面密度小20kg/m²以上，流阻小300Ns/m³以上。

19.如权利要求18项所述的吸声体，其特征在于：所述第一吸声材料为层叠的多层材料，如纸纤维；第二吸声材料为蓬松材料，如棉花、聚氨酯材料。

20.一种声屏障，其特征在于，其包括板构件及设置在板构件上端的吸声体，其中吸声体采用权利要求1-19任一项所述的吸声体。