CN210947260U - 一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙 - Google Patents

Abstract

本技术涉及木结构建筑领域，提供一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，将低频降噪吸声板与传统轻型木墙体结构相结合，利用低频降噪吸声板对低频声波的高效吸收性能吸收低频噪声，具有良好的低频降噪吸声性能；包括木结构外墙墙体，木结构外墙墙体包括固设在柱础上竖置的若干墙骨柱，固设在墙骨柱内侧的内墙板，固设在墙骨柱外侧的外墙板，填设在内墙板和外墙板之间的墙体空腔内的保温棉；还包括设置在外墙板外侧由低频降噪吸声装置固联而成用于吸收环境内声阻为x_s的空气中频率位于低频噪声频带内的噪声以降噪的低频降噪吸声板。

Description

一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙

技术领域

本技术涉及木结构建筑领域，提供一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，将低频降噪吸声板与传统轻型木墙体结构相结合，利用低频降噪吸声板对低频声波的高效吸收性能吸收低频噪声，具有良好的低频降噪吸声性能。

背景技术

用吸声方法来降低噪声，在噪声控制工程中被较为普遍采用。当声波入射到物体的表面时，有一部分声波会反射回去，而另一部分声波会进入物体，进而被物体所吸收而转化成热能。声波能量被物体吸收的现象称为吸声。吸声的微观物理机理十分复杂，但是大致上可以归结为声波在物体内由于产生强力的黏滞摩擦，使部分能量耗逸而转为热的过程。

实际上吸声现象是普遍存在的，而大量物体都或多或少具有吸声本领。但是只有具有较强吸声能力的材料或结构，才可作为吸声材料或吸声结构而为实际工程所应用。

目前在工程应用中主要有两大类吸声原理，一类是采用共振吸声结构，它是利用入射声波在结构内产生共振，从而使大量能量耗逸。由于共振式吸声结构主要是利用了共振效应，因而其有一定的频带限制。所以共振式吸声结构，无论用作室内吸声，还是管道消声，一般常适宜使用于低频段，特别是在噪声频谱中发现低频段具有明显峰值的情形。这类共振式吸声结构大多应用于500Hz以下的噪声处理，很少会应用于超过1kHz以上的噪声处理。

另一类是选用多孔材料构成的吸声材料，它能使大部分声波进入材料，从而由于材料具有很强的吸声能力，使进入该材料的声波在传播过程中逐渐消耗尽。一般地说，多孔吸声材料的特点是吸声性能高频优于低频，因而低频段的吸声依靠多孔材料通常是较困难的。

墙体作为围护结构的主要组成部分，良好的吸声性能是保证建筑高舒适度的关键所在。轻型木结构建筑在物理、力学性能方面具有优越性，但在墙体结构低频降噪吸声性能上仍存在不足。以往的研究通常是通过改变墙体内部材料，比如合理填充多孔性吸声材料、使用高吸声隔声性能的复合材料，或者改变木龙骨间距、规格尺寸等方法来提高墙体吸声性能。但通过这些方法和措施，墙体的吸声降噪性能提高效果不明显且要控制低频噪声，则需要使用厚重的吸声材料，会大大增加墙体自重和减小建筑使用空间。

Helmholtz共振器是由一个封闭的空腔和一个一端与空腔相通另一端与管道相通的穿孔板组成。穿孔板和空腔组成一个弹性振动系统，当流体的声波频率和共振腔振动系统的固有频率相同时，这个振动系统就发生强烈的共振，短管中具有一定质量的流体柱运动速度加快，摩擦阻力增大，大量的声能转化为热能而消耗掉，从而达到消声的目的。传统的Helmholtz共振器，结构简单，可以控制噪声，尤其是对于中低频噪声，易加工，声学性能易于控制，具有良好的吸声性能，广泛应用于实际工程中来有效地降低感兴趣频率的噪声。但它的缺点是仅能吸收单一频率的噪声，且吸声带宽一般较窄，在共振频率处吸能最大，非共振频率吸声性能迅速降低，仅适合固定频率的噪声控制。

然而在实际的系统中，随着环境的变化，噪声的频率发生变化。此时，Helmholtz共振器就不能有效的对噪声进行吸收；另外，要想消除低频噪声，则需要增大共振腔，这样使得设备庞大，使用不方便。Helmholtz共振器的吸声机理在于，穿孔板的孔径尺寸与边界粘滞层的厚度可比拟，故而穿孔中的粘滞损耗无法忽略，并可被等效为声阻x_h和声抗y_h，空腔结构可通过调节空气腔体积得到合适的声抗y_c，使得结构总声抗y_s为0，y_s = y_h + y_c = 0，在满足这个条件下，调节穿孔的孔径可使得整体的声阻x_s与空气的声阻x_h相匹配，x_s = x_h= 1，最终实现完美吸声。其中声阻x_h受小孔尺寸影响，而声抗y_h是受小孔尺寸和空气腔体积影响。颈部嵌入式Helmholtz共振器基于传统的Helmholtz共振器结构，不改变整体结构厚度，通过改变嵌入式小孔长度和空气腔体积来对结构吸声频带进行调整。在保证结构在峰值处高效吸声性能的同时，可有效增大吸声频带，从而提高结构的整体吸声系数。

发明内容

本技术的目的是提供一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，将低频降噪吸声板与传统轻型木墙体结构相结合，利用低频降噪吸声板对低频声波的高效吸收性能吸收低频噪声，具有良好的低频降噪吸声性能。

本技术的目的是通过以下技术方案实现：

一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，包括木结构外墙墙体，木结构外墙墙体包括固设在柱础上竖置的若干墙骨柱，固设在墙骨柱内侧的内墙板，固设在墙骨柱外侧的外墙板，填设在内墙板和外墙板之间的墙体空腔内的保温棉；还包括设置在外墙板外侧由低频降噪吸声装置固联而成的低频降噪吸声板；低频降噪吸声装置包括设置在外墙板外侧的多个Helmholtz共振吸声单元；每个Helmholtz共振吸声单元包括至少具有单元穿孔板的一密闭的空腔和嵌设在该单元穿孔板内通过内设的穿孔联通该空腔与环境的一颈部；各Helmholtz共振吸声单元有突出于单元穿孔板的颈部伸入空腔内。

本技术的有益效果是：Helmholtz共振吸声单元与传统轻型木墙体外挂板结构的结合，利用其对低频声波的高效吸收性能吸收低频噪声，从而有效提高了墙体低频吸声性能，起到了高效低频降噪的效果；同时该结构能够保证轻型木墙体其余结构的材料不变，确保墙体力学性能和其它物理性能不受影响，如抗压承载能力，保温隔热，中高频吸声性能等；它能够降低环境噪声污染，改善人们的生活质量。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙吸收环境噪声时，对于环境噪声频带中的具有不同频率的低频噪声皆可分别由与该频率相对应的若干Helmholtz共振吸声单元予以吸收，对于环境噪声频带中的具有不同频率的低频噪声皆可分别由与该频率相对应的若干Helmholtz共振吸声单元予以吸收，以降噪。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，将低频降噪吸声板与传统轻型木墙体结构相结合，利用低频降噪吸声板对低频声波的高效吸收性能吸收低频噪声，具有良好的低频降噪吸声性能。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，每个Helmholtz共振吸声单元包括由上下两根弦杆和左右两根腹杆密闭连接而成的单元框架，分别密闭连接在单元框架前后侧面上的单元穿孔板和单元背板，在单元穿孔板上凹设具有穿孔的联通空腔与环境的颈部；单元背板、单元框架和单元穿孔板之间的空间为Helmholtz共振吸声单元的空腔。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，低频降噪吸声板为由若干Helmholtz共振吸声单元在同一平面内彼此之间相互固联而成。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，低频降噪吸声板包括若干厚度相同的单元框架在同一平面内彼此之间侧面连接组成的框架，密闭设置在框架背面的背板，密闭设置在框架正面的面板；面板、单元框架和背板之间的空间为Helmholtz共振吸声单元的空腔；在面板上凹设具有穿孔的颈部联通空腔与环境。

附图说明

图1是一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙的剖面图；

图2是一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙的透视效果图；

图3是低频降噪吸声板的结构示意图；

图4是Helmholtz共振吸声单元的结构示意图；

图5是Helmholtz共振吸声单元的空腔结构示意图；

图6是Helmholtz共振吸声单元的单元穿孔板示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本技术作进一步说明：

参见图1、图2、图3所示的一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，包括木结构外墙墙体Q，木结构外墙墙体Q包括固设在柱础（图中未示出）上竖置的若干墙骨柱1，固设在墙骨柱1内侧的内墙板2，固设在墙骨柱1外侧的外墙板3，填设在内墙板2和外墙板3之间的墙体空腔内的保温棉4。

还包括设置在外墙板3外侧由低频降噪吸声装置Z固联而成用于吸收环境内声阻为x_s的空气中频率位于低频噪声频带内的噪声以降噪的低频降噪吸声板B。

在外墙板3外表面固设竖向的顺水条5，在外墙板3和顺水条5之间贴敷有防水透气膜6。在低频降噪吸声板B的下部、低频降噪吸声板B和外墙板3之间设置平置的防虫网7和泛水板8，为现有技术，此不赘述。

低频降噪吸声装置Z包括设置在外墙板3外侧（图示中，低频降噪吸声装置Z设置在顺水条5外侧）用于吸收频率为第一频率M₁的噪声的第一组Helmholtz共振吸声单元H₁、用于吸收频率为第二频率M₂的噪声的第二组Helmholtz共振吸声单元H₂……用于吸收频率为第m频率M_m的噪声的第m组Helmholtz共振吸声单元H_m。

又参见图4、图5、图6所示，每个Helmholtz共振吸声单元包括至少具有单元穿孔板Z8的一密闭的空腔Z2和嵌设在该单元穿孔板Z8内通过内设的穿孔Z3联通该空腔Z2与环境的一颈部Z4。

第一组Helmholtz共振吸声单元H₁ 中每个Helmholtz共振吸声单元的颈部孔径对空气的粘滞损耗被等效为声阻x_h1和声抗y_h1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₂中每个Helmholtz共振吸声单元的颈部孔径对空气的粘滞损耗可被等效为声阻x_h2和声抗y_h2……第m组Helmholtz共振吸声单元H_m 中每个Helmholtz共振吸声单元的颈部孔径对空气的粘滞损耗可被等效为声阻x_{h m}和声抗y_{h m}。

第一组Helmholtz共振吸声单元H₁ 中每个Helmholtz共振吸声单元的空腔的声抗为y_c1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₁ 中每个Helmholtz共振吸声单元的空腔的声抗为y_c2……第m组第一组Helmholtz共振吸声单元H₁ 中每个Helmholtz共振吸声单元的空腔的声抗为y_cm。

第一组Helmholtz共振吸声单元H₁ 中每个Helmholtz共振吸声单元的总声抗为y_s1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₂ 中每个Helmholtz共振吸声单元的总声抗为y_s2……第m组Helmholtz共振吸声单元H_m 中每个Helmholtz共振吸声单元的总声抗为y_sm。

y_s1 = y_h1 + y_c1 = 0，y_s2 = y_h2 + y_c2 = 0，y_sm = y_hm + y_cm = 0；x_s = x_h1 =x_h2=……=x_hm = 1；m为正整数。

各Helmholtz共振吸声单元有突出于单元穿孔板Z8的颈部Z4伸入到空腔Z2内，即，颈部嵌入到空腔内。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，每个Helmholtz共振吸声单元包括由上下两根弦杆Z5和左右两根腹杆Z6密闭连接而成的单元框架Z7，分别密闭连接在单元框架Z7前后侧面上的单元穿孔板Z8和单元背板Z9，在单元穿孔板Z8上凹设具有穿孔Z3的联通空腔Z2与环境的颈部Z4；单元背板Z9、单元框架Z7和单元穿孔板Z8之间的空间为Helmholtz共振吸声单元的空腔Z2。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，低频降噪吸声板B的具体实施例之一，低频降噪吸声板B为由若干Helmholtz共振吸声单元在同一平面内彼此之间相互固联而成。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，低频降噪吸声板B的具体实施例之二，低频降噪吸声板B包括若干厚度相同的单元框架Z7在同一平面内彼此之间侧面连接组成的框架B1，密闭设置在框架B1背面的背板B2，密闭设置在框架B1正面的面板B3；面板B3、单元框架Z7和背板B2之间的空间为Helmholtz共振吸声单元的空腔Z2；在面板B3上凹设具有穿孔Z3的颈部联通空腔Z2与环境。

本案中，低频降噪吸声板B选取低频降噪吸声板B的具体实施例之二。

一般地，低频降噪吸声板兼具外墙装饰功用，所有Helmholtz共振吸声单元的厚度相同，弦杆和副杆的厚度相同，即所有Helmholtz共振吸声单元空腔的厚度相同。

改变Helmholtz共振吸声单元空腔的声抗y_c可以通过改变弦杆和（或）腹杆的长度获得：

（1）、所有Helmholtz共振吸声单元的弦杆的长度相等，第一组Helmholtz共振吸声单元H₁腹杆的长度为l_f1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₂腹杆的长度为l_f2……第m组Helmholtz共振吸声单元H_m腹杆的长度为l_fm；

（2）、所有Helmholtz共振吸声单元的腹杆的长度相等，第一组Helmholtz共振吸声单元H₁弦杆的长度为l_x1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₂弦杆的长度为l_x2，第m组Helmholtz共振吸声单元H_m弦杆的长度为l_xm；

（3）、第一组Helmholtz共振吸声单元H₁腹杆的长度为l_f1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₂腹杆的长度为l_f2……第m组Helmholtz共振吸声单元H_m腹杆的长度为l_fm；间或，第一组Helmholtz共振吸声单元H₁弦杆的长度为l_x1，第二组Helmholtz共振吸声单元H₂弦杆的长度为l_x2……第m组Helmholtz共振吸声单元H_m弦杆的长度为l_xm。

改变Helmholtz共振吸声单元颈部的等效声阻x_h1和声抗y_h1可以通过改变颈部穿孔孔径和（或）穿孔的长度获得：

（1）、所有Helmholtz共振吸声单元颈部穿孔孔径相同，第一组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度为k_l1，第二组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度为k_l2……第m组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度为k_lm。

（2）、所有Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度相同，第一组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔孔径为k_z1，第二组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔孔径为k_z2……第m组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔孔径为k_zm。

（3）、第一组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度为k_l1，第二组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度为k_l2……第m组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔长度为k_lm；间或，第一组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔孔径为k_z1，第二组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔孔径为k_z2……第m组Helmholtz共振吸声单元颈部的穿孔孔径为k_zm。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙使用时：

（1）、测量环境中空气的声阻

测量得到环境中空气的声阻为x_s；

（2）、测量环境噪声的频率构成

测量得到环境噪声的频带包括的频率：第一频率M₁、第二频率M₂……第m频率M_m；

（3）、根据测量得到的环境噪声的频率构成，确定用于吸收相应频率噪声的Helmholtz共振吸声单元的参数

用于吸收频率为第一频率M₁的噪声的第一组Helmholtz共振吸声单元H₁，其颈部孔径对空气的粘滞损耗被等效为声阻x_h1和声抗y_h1，其空腔的声抗为y_c1，其总声抗为y_s1；y_s1 =y_h1 + y_c1 = 0，x_s = x_h1 = 1；

用于吸收频率为第二频率M₂的噪声的第二组Helmholtz共振吸声单元H₂，其颈部孔径对空气的粘滞损耗可被等效为声阻x_h2和声抗y_h2，其空腔的声抗为y_c2，其总声抗为y_s2；y_s2= y_h2 + y_c2 = 0，x_s =x_h2 = 1；

……

用于吸收频率为第m频率M_m的噪声的第m组Helmholtz共振吸声单元H_m，其颈部孔径对空气的粘滞损耗可被等效为声阻x_{h m}和声抗y_{h m}，其空腔的声抗为y_cm，其总声抗为y_sm；y_sm= y_hm + y_cm = 0，x_s =x_hm = 1；m为正整数；

（4）、将上述第一组Helmholtz共振吸声单元H₁、第二组Helmholtz共振吸声单元H₂……第m组Helmholtz共振吸声单元H_m的单元框架彼此之间固联组成框架，在框架的背面密闭设置背板，在框架的正面密闭设置面板，在面板上凹设具有穿孔的颈部，形成低频降噪吸声板；

（5）、将低频降噪吸声板设置在外墙板外侧。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙吸收环境噪声时，对于环境噪声频带中的具有不同频率的低频噪声皆可分别由与该频率相对应的若干Helmholtz共振吸声单元予以吸收，对于环境噪声频带中的具有不同频率的低频噪声皆可分别由与该频率相对应的若干Helmholtz共振吸声单元予以吸收，以降噪。

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，填设在内墙板和外墙板之间的墙体空腔内的保温棉对于高频噪声具有良好的吸收降噪作用。

本技术的有益效果是：

上述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，将低频降噪吸声板与传统轻型木墙体结构相结合，利用低频降噪吸声板对低频声波的高效吸收性能吸收低频噪声，具有良好的低频降噪吸声性能，增大吸收频带宽，减少低频噪音，降低环境噪声污染，改善人们的生活质量，提升人们的幸福指数。

又结合墙体自身对中高频声波的吸收性能，有效地增加了墙体吸声降噪的性能。

Claims (4)

1.一种可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，包括木结构外墙墙体，木结构外墙墙体包括固设在柱础上竖置的若干墙骨柱，固设在墙骨柱内侧的内墙板，固设在墙骨柱外侧的外墙板，填设在内墙板和外墙板之间的墙体空腔内的保温棉，其特征是，还包括设置在外墙板外侧由低频降噪吸声装置固联而成的低频降噪吸声板；低频降噪吸声装置包括设置在外墙板外侧的多个Helmholtz共振吸声单元；每个Helmholtz共振吸声单元包括至少具有单元穿孔板的一密闭的空腔和嵌设在该单元穿孔板内通过内设的穿孔联通该空腔与环境的一颈部；各Helmholtz共振吸声单元有突出于单元穿孔板的颈部伸入到空腔内。

2.根据权利要求1所述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，其特征是，每个Helmholtz共振吸声单元包括由上下两根弦杆和左右两根腹杆密闭连接而成的单元框架，分别密闭连接在单元框架前后侧面上的单元穿孔板和单元背板，在单元穿孔板上凹设具有穿孔的联通空腔与环境的颈部；单元背板、单元框架和单元穿孔板之间的空间为Helmholtz共振吸声单元的空腔。

3.根据权利要求1或2所述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，其特征是，低频降噪吸声板为由若干Helmholtz共振吸声单元在同一平面内彼此之间相互固联而成。

4.根据权利要求1或2所述的可低频降噪吸声的轻型木结构外墙，其特征是，低频降噪吸声板包括若干厚度相同的单元框架在同一平面内彼此之间侧面连接组成的框架，密闭设置在框架背面的背板，密闭设置在框架正面的面板；面板、单元框架和背板之间的空间为Helmholtz共振吸声单元的空腔；在面板上凹设具有穿孔的颈部联通空腔与环境。

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