本發(fā)明涉及城市軌道交通聲屏障，特別是涉及一種城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

聲屏障是城市軌道交通應(yīng)用最廣泛的環(huán)境噪聲治理措施之一。金屬插板式聲屏障是實(shí)際工程中橋梁路段應(yīng)用較多的一種聲屏障，主要用于控制城市軌道交通輪軌區(qū)噪聲的傳播。為增強(qiáng)降噪效果，聲屏障單元板內(nèi)部填充了吸聲材料。聲源發(fā)出的噪聲通過(guò)面板的開(kāi)孔入射到吸聲材料表面，并沿著材料纖維的孔隙傳入材料內(nèi)部，與材料發(fā)生摩擦作用將聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)聲屏障單元板的吸聲效果。

城市軌道交通噪聲源以輪軌區(qū)的振動(dòng)輻射噪聲為主，集中于中低頻。現(xiàn)有城市軌道交通金屬聲屏障單元板普遍填充吸聲巖棉、玻璃棉等多孔性吸聲材料，此類多孔性吸聲材料的低頻吸聲系數(shù)偏小，對(duì)城市軌道交通低頻噪聲吸收效果差，導(dǎo)致聲屏障單元板整體吸聲效率不高。因此，現(xiàn)有城市軌道交通金屬聲屏障單元板的吸聲能力不完全滿足城市軌道交通降噪需要，有必要對(duì)其吸聲性能做進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種吸聲效率較高的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板及其設(shè)計(jì)方法。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板，包括第1構(gòu)件、第2構(gòu)件、FC板和吸聲材料，所述第1構(gòu)件包括依次連接的面板頂面、面板和面板底面，在所述面板上形成有多個(gè)透聲孔，聲波通過(guò)透聲孔入射到吸聲材料表面；所述第2構(gòu)件包括依次連接的背板頂面、背板和背板底面；所述面板頂面連接背板頂面，所述面板底面連接背板底面，并與面板和背板一起構(gòu)成城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的外殼；所述FC板安裝在所述外殼內(nèi)，且位于第1構(gòu)件和第2構(gòu)件的連接處，在FC板上形成有多個(gè)穿孔；在所述FC板與背板之間形成一空腔，所述FC板、空腔和背板組成一低頻吸聲放大器；所述吸聲材料填充在所述穿孔FC板和面板之間，面板與吸聲材料之間無(wú)空腔，F(xiàn)C板與面板共同夾緊和支撐吸聲材料，低頻吸聲放大器與吸聲材料形成復(fù)合吸聲效應(yīng)，大幅提高聲屏障單元板的低頻吸聲系數(shù)。

優(yōu)選的是，所述面板和背板為平板狀，所述面板頂面、面板底面為階梯狀，所述背板頂面、背板底面的形狀分別與所述面板頂面、面板底面的形狀相適應(yīng)并包住所述面板頂面、面板底面的邊緣。

在所述背板頂面和背板底面上安裝有支撐固定所述背板和FC板的金屬支撐塊。所述金屬支撐塊安裝在所述背板頂面和背板底面的兩側(cè)邊緣處及中部。

所述第1構(gòu)件和第2構(gòu)件由鋁合金制成。

一種上述城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

S1、確定所述單元板的總厚度D、面板的厚度d₁、背板的厚度d₂、吸聲材料的厚度d₃和FC板的厚度t；

S2、計(jì)算所述空腔的厚度h，h＝D-d₁-d₂-d₃-t；

S3、確定所述低頻吸聲放大器的放大頻率f；

S4、確定所述放大頻率f對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ，λ＝340/f；

S5、預(yù)設(shè)穿孔FC板的穿孔半徑r，要求r<λ/20；

S6、計(jì)算穿孔FC板的孔距L：

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

S7、計(jì)算穿孔FC板的穿孔率α：

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

S8、當(dāng)α<25％時(shí)，滿足強(qiáng)度要求，確定步驟S7中預(yù)設(shè)的r為穿孔FC板的設(shè)計(jì)孔徑r，對(duì)應(yīng)的α為設(shè)計(jì)穿孔率α；否則重新選擇預(yù)設(shè)半徑r，重復(fù)步驟S6至步驟S8。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本發(fā)明的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板中，聲屏障單元板內(nèi)的低頻吸聲放大器與填充的多孔性吸聲材料形成復(fù)合吸聲效應(yīng)，大幅提高了其低頻吸聲系數(shù)，與現(xiàn)有聲屏障單元板相比擁有更優(yōu)的降噪系數(shù)，更符合城市軌道交通中低頻噪聲的降噪需求，為城市軌道交通聲屏障吸聲性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了高效的解決方案。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中鋁合金面板的截面形狀示意圖；

圖3為圖1中背板的截面形狀示意圖；

圖4為圖1中低頻吸聲放大器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的設(shè)計(jì)方法流程圖。

圖中標(biāo)記說(shuō)明：

1、面板 2、背板頂面 3、背板 4、背板底面 5、吸聲巖棉

6、FC板 7、空腔 8、支撐塊 10、面板頂面 11、面板底面

12、吸聲放大器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1-4，本發(fā)明的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板包括第1構(gòu)件、第2構(gòu)件、FC板6和吸聲材料5。

所述第1構(gòu)件包括依次連接的面板頂面10、面板1和面板底面11，在面板1上形成有多個(gè)透聲孔。所述第2構(gòu)件包括依次連接的背板頂面2、背板3和背板底面4。面板頂面10連接背板頂面2，面板底面11連接背板底面4，并與面板1和背板3一起構(gòu)成城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的外殼。面板1和背板3為平板狀，面板頂面10、面板底面11為階梯狀，背板頂面2、背板底面4的形狀分別與面板頂面10、面板底面11的形狀相適應(yīng)并包住所述面板頂面10、面板底面11的前端(圖1中的右端)邊緣。

在圖2所示的實(shí)施例中，第1構(gòu)件中的面板頂面10靠近邊緣處向下彎折，面板底面11呈階梯狀。當(dāng)然第1構(gòu)件中的面板頂面10也可以像面板底面11呈階梯狀那樣呈階梯狀。

第1構(gòu)件和第2構(gòu)件采用扣接連接，面板頂面10扣在背板頂面2上，面板底面11扣在背板底面4上，扣接的頂面和底面的階梯狀相吻合。

FC板6安裝在聲屏障單元板的外殼內(nèi)，且位于第1構(gòu)件和第2構(gòu)件的連接處，在FC板6上形成有多個(gè)穿孔。在FC板6與背板3之間形成一空腔7，所述FC板、空腔和背板組成一低頻吸聲放大器12；吸聲材料5填充在穿孔FC板6和面板1之間。面板1與吸聲材料5之間無(wú)空腔，F(xiàn)C板6與面板1共同夾緊和支撐吸聲材料5。

另外，在背板頂面2和背板底面4上還安裝金屬支撐塊8，用于支撐、固定背板3和FC板6。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，金屬支撐塊8安裝在背板頂面2和背板底面4的兩側(cè)邊緣處及中部。

為了減輕重量，所述第1構(gòu)件和第2構(gòu)件均由鋁合金制成。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的城市軌道交通聲屏障高效吸聲單元板的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

假設(shè)單元板的總厚度為140mm，面板1的厚度為1mm，背板3厚度為2mm；單元板填充的吸聲材料5的厚度為50mm；FC板的厚度為7mm；低頻吸聲放大器12的放大頻率為400Hz。

經(jīng)計(jì)算可知：

空腔厚度為140-1-2-50-7＝80mm；

低頻吸聲放大器12的放大頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ＝340/400＝0.85m；

設(shè)FC板的穿孔半徑為1mm，孔距

穿孔率約為3.1％，小于25％，因此滿足強(qiáng)度要求。從而確定設(shè)計(jì)孔徑為1mm，設(shè)計(jì)穿孔率為4％。