城市排水管道包扎材料降噪性能分析研究

摘 要：城市排水管道產(chǎn)生的噪音會(huì)影響人們的工作和生活，也是家庭噪聲的主要來(lái)源。利用一種簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)方法對(duì)不同的城市排水管道包扎材料的降噪性能進(jìn)行分析。此種評(píng)價(jià)方法的理論依據(jù)為聲學(xué)測(cè)量理論，以單層包扎的方法對(duì)材料的降噪性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別為隔聲氈、聚氨酯、隔聲毯、隔聲墊、聚乙烯等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隔聲氈的降噪性能最佳，聚乙烯的降噪性能最差。

關(guān)鍵詞：城市排水管道;包扎材料;降噪性能分析

中圖分類號(hào)：TU823;TB535 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2022）05-0073-04

Analysis and research on noise reduction performance of urban? drainage pipes bandaging materials

Abstract： The noise generated by urban drainage pipes will affect people's work and life， and it is also the main source of household noise. This paper analyzes the noise reduction properties of different urban drainage pipes. The theoretical basis of this evaluation method is the acoustic measurement theory， and the noise reduction performance of the material is tested by the single-layer dressing method， including acoustic insulation felt， polyurethane. sound insulation blanket， sound insulation pad， polyethylene， etc. According to the experimental results， the noise reduction performance of sound insulation felt is the best， and the noise reduction performance of polyethylene is the worst.

Key words：? urban drainage pipe;bandaging materials;noise reduction performance analysis

人們的工作和生活中充斥著各種各樣的聲音，除了令人心情愉悅的聲音，也存著各種噪聲，不僅會(huì)使人產(chǎn)生厭煩情緒，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危害身體健康，城市排水管道所產(chǎn)生的噪音就是一種常見的生活噪聲。水箱出水噪聲、虹吸出流噪聲和管道水流噪聲都是常見的城市排水管道噪聲。近年來(lái)，PVC-U建筑排水管材應(yīng)用得越發(fā)廣泛，居民對(duì)城市排水管道排水時(shí)所產(chǎn)生噪聲的關(guān)注度也越來(lái)越高。因?yàn)槌鞘信潘艿喇a(chǎn)生的噪聲不僅會(huì)對(duì)衛(wèi)生器具的使用者造成影響，還會(huì)對(duì)同層、下層的住戶產(chǎn)生影響，人們的生活、工作、學(xué)習(xí)都會(huì)因此而產(chǎn)生困擾。因此對(duì)城市排水管道包扎材料的降噪性能進(jìn)行分析與研究，通過(guò)合理地運(yùn)用材料降低城市排水管道所產(chǎn)生的噪音成為了相關(guān)研究人員的主要研究課題。

1 城市排水管道噪聲評(píng)價(jià)方法

以聲學(xué)理論知識(shí)為參考依據(jù)對(duì)城市排水管道噪聲評(píng)價(jià)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出的評(píng)價(jià)方法包含5部分，具體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

在對(duì)城市排水管道的噪聲進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需確保檢測(cè)室處于安靜環(huán)境，無(wú)外界因素的影響。利用信號(hào)發(fā)生器發(fā)送音頻信號(hào)，音頻信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后，再由揚(yáng)聲器將其轉(zhuǎn)化為聲波，進(jìn)入聲源管了，此時(shí)應(yīng)確保聲源管一端處于密封狀態(tài)，且由柔性支架支撐，再將需要檢測(cè)降噪性能的材料包裹于聲源管之上[1]。在和聲源管相距1 m的地方設(shè)置傳聲器，并用三角支架固定。再利用傳聲器將產(chǎn)生的聲壓信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。將電信號(hào)發(fā)送至聲級(jí)計(jì)，利用內(nèi)置存儲(chǔ)設(shè)備將所有的電信號(hào)保存下來(lái)并移至電腦，最后使用信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 聲源管材質(zhì)和包扎材料的選擇

2.1 聲源管材質(zhì)選擇

現(xiàn)在，應(yīng)用的最為廣泛的建筑排水聲源管材質(zhì)有PVC-U、PPC-U、HDPE管等，其自身的特點(diǎn)如下：

（1）PVC-U管材。PVC-U管材，又稱硬聚氯乙烯管，自身重量較輕，因此在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、裝卸時(shí)更加方便，且抗腐蝕性、抗老化性優(yōu)良。內(nèi)壁光滑不易凝結(jié)水垢，安裝方法簡(jiǎn)單，可縮短工期，減少施工費(fèi)用。但PVC-U管剛度較小，耐熱性不好，在排水時(shí)產(chǎn)生的噪音也較大。

（2）PPC-U管材。PPC-U管材，又稱聚丙烯管材，其在生產(chǎn)過(guò)程中添加了特殊材料，因此管材的密度及微觀結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化，擁有了吸收聲波、防止聲波傳出的功能，擁有良好的隔音、降噪效果示，且不懼pH=2～12液體的腐蝕，可用來(lái)排放化學(xué)性液體。其次，PPC-U管材擁有良好的抗沖擊性，外層質(zhì)地堅(jiān)硬，能夠起到保護(hù)中層結(jié)構(gòu)的作用，防止因管材分層，而影響其抗沖擊性，管材使用周期更長(zhǎng)。

（3）HDPE管材。HDPE管材，相較于前2種管材，擁有著價(jià)格低、抗老化、不易開裂等多種優(yōu)點(diǎn)，因此其使用壽命更長(zhǎng)，且內(nèi)表面光滑，產(chǎn)生的水流阻力較小，曼寧系數(shù)可達(dá)0.009。也正是因?yàn)槠涔饣膬?nèi)表面，HDPE管材的非粘附性和輸送能力也更強(qiáng)，相應(yīng)的水頭損失也有所減少，一定程度上起到了節(jié)約用水的作用。

2.2 包扎材料的選擇

（1）橡塑。橡塑材料，被廣泛地應(yīng)用于建筑行業(yè)，在保溫、隔聲等方面常被使用到。橡塑擁有著柔軟、抗寒抗熱、防水、隔音、不易導(dǎo)熱等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格低廉。其次，橡塑擁有優(yōu)良的降噪性能，能夠用于降噪工程[2]。橡塑質(zhì)地柔軟，易于切割和粘接，安裝施工時(shí)更加方便快捷。但是在使用過(guò)程中，易出現(xiàn)管體老化的問(wèn)題;

（2）聚氨酯。作為性能優(yōu)良的降噪、隔熱材料，聚氨酯在運(yùn)輸、建筑等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)上，硬質(zhì)和半硬質(zhì)的聚氨酯泡沫塑料以閉孔、半閉孔、半開孔為主，也正是基于此種特點(diǎn)，聚氨酯擁有良好的隔聲、吸聲效果。但是軟質(zhì)的聚氨酯泡沫塑料則是以開孔為主，隔聲性能不佳，但吸聲效果依舊優(yōu)良;

（3）聚乙烯（PE）是一種熱塑性樹脂，由乙烯烴聚合而成，在運(yùn)輸、建筑行業(yè)中應(yīng)用的較為廣泛;

（4）EPDM（三元乙丙橡膠）。包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%～70%的乙烯，30%～40%的丙烯和1%～3%的雙烯第三單體，其本質(zhì)是一種無(wú)規(guī)聚合物。在生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)改變單體數(shù)量的方式來(lái)調(diào)整期特性，因此，部分EPDM具備良好的吸聲、降噪性能;

（5）隔聲氈。常用的隔聲氈一般由高分子金屬粉末和不同的助劑組成，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新和完善，隔聲氈的產(chǎn)品質(zhì)量和工藝條件也更加穩(wěn)定。隔聲氈擁有著質(zhì)地輕盈、柔軟、拉升能力強(qiáng)、便于施工、防潮防蛀等優(yōu)點(diǎn)。且內(nèi)阻尼大，因此其隔聲性、減震性都較好。作為性能較好的阻尼性隔聲材料，不管是單獨(dú)或是和其他板材結(jié)合使用，其自身的優(yōu)良性能都能夠充分地利用起來(lái);

（6）隔聲毯。隔聲毯的制作工藝較為復(fù)雜，是將EPDM橡膠和不同的有機(jī)礦物質(zhì)，按照比例混合制作而成。擁有著無(wú)異味、降噪效果好、抑制振動(dòng)傳播等優(yōu)點(diǎn)。一般的隔聲毯厚度為5 mm，且質(zhì)地柔韌，在施工過(guò)程中可以任意地裁剪，有利于施工操作;

（7）隔聲墊。有高密度聚乙烯發(fā)泡制成，厚度相對(duì)于隔聲毯較薄，為3 mm，隔聲效果優(yōu)良，且具有隔絕聲音傳播途徑的能力。在質(zhì)地上同隔音毯一樣，柔韌易彎折，可以隨意造型，更加易于安裝和使用。

3 包扎材料降噪性能分析研究

在進(jìn)行降噪性能試驗(yàn)時(shí)，選擇了PVC-U作為聲源管材質(zhì)。在對(duì)包扎材料的降噪性能進(jìn)行分析和測(cè)試時(shí)，要確保包扎測(cè)試材料和聲源管之間牢牢貼合，確保包扎材料均勻、緊密的包裹著生源管。

3.1 橡塑降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為2 cm的橡塑。當(dāng)輸入信號(hào)是白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，在低頻段，也就是12.5～315 Hz之間時(shí)，起到的降噪效果并不明顯。在800～1 600 Hz這一頻段時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)聲壓級(jí)升高的現(xiàn)在。但是在400～630 Hz和315～16 000 Hz這2個(gè)頻段時(shí)，降噪性能有了明顯提升，噪聲為70 dB，和空白試驗(yàn)中的75 dB相比，降低了5 dB[3]。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，除了400，630，1 250 Hz這幾個(gè)頻段之外，橡塑的焦躁性能都隨著頻率的升高有所增強(qiáng)。在5 000～16 000 Hz頻段時(shí)，降噪性能最佳。

3.2 聚氨酯降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為2.5 cm的聚氨酯。當(dāng)輸入信號(hào)為白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其等效連續(xù)A聲級(jí)變?yōu)榱?6 dB，和空白試驗(yàn)的75 dB相比降低了9 dB。在50～315 Hz這一頻段，其降噪效果并不理想，在630～1 600 Hz這一頻段，還會(huì)出現(xiàn)聲壓級(jí)升高的現(xiàn)象，在400～500 Hz和2 500～16 000 Hz這2個(gè)頻段，降噪效果較為明顯。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，聚氨酯的降噪性能波動(dòng)較大，在200、400、600 Hz等頻率點(diǎn)，其降噪性能受共振影響，不增反降。但是在4 500～16 000 Hz這一高頻段，其降噪性能最為明顯，在6 300 Hz點(diǎn)，等效A級(jí)聲最高可降25 dB。

3.3 聚乙烯降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為1.7 cm的聚乙烯。當(dāng)輸入信號(hào)為白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其等效連續(xù)A聲級(jí)變?yōu)榱?3 dB，和空白試驗(yàn)的75 dB相比降低了2 dB。在50～315 Hz這一頻段，其降噪效果并不理想。在1 250～400 Hz頻段，還會(huì)出現(xiàn)聲壓級(jí)升高的現(xiàn)象。在5 000～16 000 Hz頻段的降噪效果最為明顯。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，其插入損失變化較為明顯，在400、630、1 250 Hz等頻率點(diǎn)，其降噪性能受共振影響，不增反降。但是在4 500～16 000 Hz這一高頻段，其降噪效果非常明顯。

3.4 EPDM降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為0.5 cm的EPDM。當(dāng)輸入信號(hào)為白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其等效連續(xù)A聲級(jí)變?yōu)榱?5.6 dB，和空白試驗(yàn)的75 dB相比升高了0.6 dB。在12.5～50 Hz降噪效果顯著，但是在50～5000 Hz這一頻段，其降噪性能較差，只在160、315、500 Hz等幾個(gè)頻率點(diǎn)上降低噪聲的效果較為明顯，其他頻率點(diǎn)都出現(xiàn)了聲壓級(jí)升高的現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的原因可能是聲源管的外部覆蓋了一層錫箔，雖然錫箔層較薄，但是當(dāng)聲源管震動(dòng)時(shí)，錫箔層也會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，致使聲壓級(jí)不降反增。在5 000～16 000 Hz這一高頻段，降噪效果較為明顯。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其降噪效果較差，在630、800、1 250 Hz等頻率點(diǎn)，EPDM的降噪性能受錫箔層共振的影響，其插入損失不增反降。這也導(dǎo)致了不論輸入信號(hào)是白噪聲或是正弦噪聲，在5 000～16 000 Hz這一高頻段，EPDM都會(huì)存在一定的插入損失[4]。

3.5 隔聲氈降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為0.25 cm的隔聲氈。當(dāng)輸入信號(hào)為白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其等效連續(xù)A聲級(jí)變?yōu)榱?0 dB，和空白試驗(yàn)的75 dB相比降低了15 dB，降噪效果非常明顯。且除了在125 Hz之外的全頻帶，其降噪效果均非常明顯。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其降噪效果依舊非常出色。并且在125、400、800 Hz等個(gè)別頻率點(diǎn)上，幾乎并未發(fā)生插入損失的降低。在其他的頻帶上，插入損失降低得也并不明顯。在1 600 Hz以上的頻段，無(wú)論輸入信號(hào)是白噪聲或是正弦噪聲，其降噪效果都十分明顯，這也證明了隔聲氈在降低噪音方面和其他材料相比擁有著突出的效果。

3.6 隔聲毯降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為0.5 cm的隔聲毯。當(dāng)輸入信號(hào)為白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其等效連續(xù)A聲級(jí)變?yōu)榱?6 dB，和空白試驗(yàn)的75 dB相比降低了9 dB，降噪效果非常明顯。同隔聲氈一樣，隔聲毯在全頻帶都擁有著良好的降噪性能。但是在50～315 Hz這一低頻段，其降噪性能一般。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其降噪效果依舊非常出色。在1 250 Hz頻率點(diǎn)，插入損失的降低可以忽略不計(jì)[5]。在16 000 Hz以上的頻段，無(wú)論輸入信號(hào)是白噪聲或是正弦噪聲，其降噪效果都十分明顯，這也證明了隔聲毯在降低噪音方面和其他材料相比擁有著突出的效果。

3.7 隔聲墊降噪性能分析

在0.5 m長(zhǎng)的PVC-U聲源管上包扎厚度為0.3 cm的隔聲墊。當(dāng)輸入信號(hào)為白噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其等效連續(xù)A聲級(jí)變?yōu)榱?6 dB，和空白試驗(yàn)的75 dB相比降低了9 dB，降噪效果非常明顯。但是在125 Hz頻率點(diǎn)、630～1 600 Hz頻段會(huì)出現(xiàn)插入損失不增反降的情況，在其他頻段的降噪效果都十分良好。

當(dāng)輸入信號(hào)為正弦噪聲時(shí)，和空白實(shí)驗(yàn)相比，其降噪效果依舊非常出色。除了在125、400、630 Hz等幾個(gè)頻率點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)插入損失不增反降的情況，在其他頻段，無(wú)論輸入信號(hào)是白噪聲或是正弦噪聲，其降噪效果都十分明顯。和隔聲氈、隔聲毯一樣，隔聲墊也擁有著出色的降噪性能。

通過(guò)上述一系列的實(shí)驗(yàn)可以證明，無(wú)論輸入信號(hào)是白噪聲或是正弦噪聲，隔聲氈的降噪性能都要高于其他材料，而聚乙烯的降噪性能是所測(cè)試的7種材料中最差的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用城市排水管道噪聲評(píng)價(jià)方法，對(duì)城市排水管道7種常用的包扎材料的降噪性能進(jìn)行了深入分析及研究，得出了隔聲氈的降噪效果最好，聚氨酯、隔聲毯、隔聲墊的降噪效果次之，聚乙烯降噪性能最差的結(jié)論。且這些材料，對(duì)高頻段噪聲擁有著更加良好的降噪效果，在今后的研究過(guò)程中，可以將研究重點(diǎn)放在如何降低低頻段噪聲上。

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收稿日期：2021-06-23;修回日期：2022-04-18

作者簡(jiǎn)介：徐梓焱（1999-），男，本科，研究方向：給排水。