城市轨道交通声屏障高效吸声单元板及其设计方法

摘要

本发明公开了一种城市轨道交通声屏障高效吸声单元板，包括第1构件、第2构件、FC板和吸声材料，第1构件包括依次连接的面板顶面、面板和面板底面，在面板上形成有多个透声孔；第2构件包括依次连接的背板顶面、背板和背板底面；面板顶面连接背板顶面，面板底面连接背板底面，并与面板和背板一起该单元板的外壳；FC板安装在外壳内，在FC板上形成有多个穿孔；在所述FC板与背板之间形成一空腔，本发明还公开了该单元板的设计方法。该装置大幅提高了低频吸声系数，拥有更优的降噪系数，大大降低了城市轨道交通中的低频噪声。

说明书

技术领域

本发明涉及城市轨道交通声屏障，特别是涉及一种城市轨道交通声屏障高效吸声单元板及其设计方法。

背景技术

声屏障是城市轨道交通应用最广泛的环境噪声治理措施之一。金属插板式声屏障是实际工程中桥梁路段应用较多的一种声屏障，主要用于控制城市轨道交通轮轨区噪声的传播。为增强降噪效果，声屏障单元板内部填充了吸声材料。声源发出的噪声通过面板的开孔入射到吸声材料表面，并沿着材料纤维的孔隙传入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能，从而实现声屏障单元板的吸声效果。

城市轨道交通噪声源以轮轨区的振动辐射噪声为主，集中于中低频。现有城市轨道交通金属声屏障单元板普遍填充吸声岩棉、玻璃棉等多孔性吸声材料，此类多孔性吸声材料的低频吸声系数偏小，对城市轨道交通低频噪声吸收效果差，导致声屏障单元板整体吸声效率不高。因此，现有城市轨道交通金属声屏障单元板的吸声能力不完全满足城市轨道交通降噪需要，有必要对其吸声性能做进一步优化设计。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种吸声效率较高的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板及其设计方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种城市轨道交通声屏障高效吸声单元板，包括第1构件、第2构件、FC板和吸声材料，所述第1构件包括依次连接的面板顶面、面板和面板底面，在所述面板上形成有多个透声孔，声波通过透声孔入射到吸声材料表面；所述第2构件包括依次连接的背板顶面、背板和背板底面；所述面板顶面连接背板顶面，所述面板底面连接背板底面，并与面板和背板一起构成城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的外壳；所述FC板安装在所述外壳内，且位于第1构件和第2构件的连接处，在FC板上形成有多个穿孔；在所述FC板与背板之间形成一空腔，所述FC板、空腔和背板组成一低频吸声放大器；所述吸声材料填充在所述穿孔FC板和面板之间，面板与吸声材料之间无空腔，FC板与面板共同夹紧和支撑吸声材料，低频吸声放大器与吸声材料形成复合吸声效应，大幅提高声屏障单元板的低频吸声系数。

优选的是，所述面板和背板为平板状，所述面板顶面、面板底面为阶梯状，所述背板顶面、背板底面的形状分别与所述面板顶面、面板底面的形状相适应并包住所述面板顶面、面板底面的边缘。

在所述背板顶面和背板底面上安装有支撑固定所述背板和FC板的金属支撑块。所述金属支撑块安装在所述背板顶面和背板底面的两侧边缘处及中部。

所述第1构件和第2构件由铝合金制成。

一种上述城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的设计方法，包括以下步骤：

S1、确定所述单元板的总厚度D、面板的厚度d₁、背板的厚度d₂、吸声材料的厚度d₃和FC板的厚度t；

S2、计算所述空腔的厚度h，h＝D-d₁-d₂-d₃-t；

S3、确定所述低频吸声放大器的放大频率f；

S4、确定所述放大频率f对应的波长λ，λ＝340/f；

S5、预设穿孔FC板的穿孔半径r，要求r<λ/20；

S6、计算穿孔FC板的孔距L：

$L=\frac{170}{f}\sqrt{\frac{r^2}{\pi ht}}$

S7、计算穿孔FC板的穿孔率α：

$\alpha =\frac{{\mathrm{\pi r}}^2}{L^2}$

S8、当α<25％时，满足强度要求，确定步骤S7中预设的r为穿孔FC板的设计孔径r，对应的α为设计穿孔率α；否则重新选择预设半径r，重复步骤S6至步骤S8。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板中，声屏障单元板内的低频吸声放大器与填充的多孔性吸声材料形成复合吸声效应，大幅提高了其低频吸声系数，与现有声屏障单元板相比拥有更优的降噪系数，更符合城市轨道交通中低频噪声的降噪需求，为城市轨道交通声屏障吸声性能优化设计提供了高效的解决方案。

附图说明

图1为本发明的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的剖面结构示意图；

图2为图1中铝合金面板的截面形状示意图；

图3为图1中背板的截面形状示意图；

图4为图1中低频吸声放大器的剖面结构示意图；

图5为本发明的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的设计方法流程图。

图中标记说明：

1、面板 2、背板顶面 3、背板 4、背板底面 5、吸声岩棉

6、FC板 7、空腔 8、支撑块 10、面板顶面 11、面板底面

12、吸声放大器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的结构进行详细说明。

参见图1-4，本发明的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板包括第1构件、第2构件、FC板6和吸声材料5。

所述第1构件包括依次连接的面板顶面10、面板1和面板底面11，在面板1上形成有多个透声孔。所述第2构件包括依次连接的背板顶面2、背板3和背板底面4。面板顶面10连接背板顶面2，面板底面11连接背板底面4，并与面板1和背板3一起构成城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的外壳。面板1和背板3为平板状，面板顶面10、面板底面11为阶梯状，背板顶面2、背板底面4的形状分别与面板顶面10、面板底面11的形状相适应并包住所述面板顶面10、面板底面11的前端(图1中的右端)边缘。

在图2所示的实施例中，第1构件中的面板顶面10靠近边缘处向下弯折，面板底面11呈阶梯状。当然第1构件中的面板顶面10也可以像面板底面11呈阶梯状那样呈阶梯状。

第1构件和第2构件采用扣接连接，面板顶面10扣在背板顶面2上，面板底面11扣在背板底面4上，扣接的顶面和底面的阶梯状相吻合。

FC板6安装在声屏障单元板的外壳内，且位于第1构件和第2构件的连接处，在FC板6上形成有多个穿孔。在FC板6与背板3之间形成一空腔7，所述FC板、空腔和背板组成一低频吸声放大器12；吸声材料5填充在穿孔FC板6和面板1之间。面板1与吸声材料5之间无空腔，FC板6与面板1共同夹紧和支撑吸声材料5。

另外，在背板顶面2和背板底面4上还安装金属支撑块8，用于支撑、固定背板3和FC板6。在本发明的一个实施例中，金属支撑块8安装在背板顶面2和背板底面4的两侧边缘处及中部。

为了减轻重量，所述第1构件和第2构件均由铝合金制成。

下面结合具体实施例对本发明的城市轨道交通声屏障高效吸声单元板的设计方法进行详细说明。

假设单元板的总厚度为140mm，面板1的厚度为1mm，背板3厚度为2mm；单元板填充的吸声材料5的厚度为50mm；FC板的厚度为7mm；低频吸声放大器12的放大频率为400Hz。

经计算可知：

空腔厚度为140-1-2-50-7＝80mm；

低频吸声放大器12的放大频率对应的波长为λ＝340/400＝0.85m；

设FC板的穿孔半径为1mm，孔距

穿孔率约为3.1％，小于25％，因此满足强度要求。从而确定设计孔径为1mm，设计穿孔率为4％。