[发明专利]使用弹性阻尼连接噪声能量转化器

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域中的噪声治理。

背景技术

如今，人们面对噪声污染以及需要隔音的建筑环境，大多使用平面建筑屏障进行隔声。但是，声音是一种能量，能量是隔不掉的，只能根据能量守恒定律，沿最小阻力从一种形式转换到另一种形式。因此，各种道路上所有透明材料，或以隔声为目的的所谓声屏障没有任何消音功能。

声学是研究物质媒介中机械波的产生、传播、接收和效应的科学。治理噪声只有从其传播的媒质入手才能进行控制。

声音源自振动，通过介质以波的形式进行传播。消声的实质是把声音能量还原(转换)成振动，以机械能的形式耗散，进而削弱噪声的能量。即，只有声学设施进行固有频率的自由衰减振动，才能消耗声波的能量。

生活中，人们耳闻目睹的各式各样的“钟”，只有吊置才能敲响，其持续的声音是进行自由衰减振动，随着能量的耗尽，钟声逐渐消失。而坐在地面上的钟，由于受到地表面的阻尼，不能进行有效的自由衰减振动，所以敲不响。

显然，这也是声屏障的消声原理，其建筑物本身就是一个能量转换器，只有这种能量转换器的材料是弹性的，才能进行自由衰减振动；而空气中的噪声，也是由弹性介质的空气进行传播，在接触到声屏障时，声屏障只有具有受到噪声能量激励的通道，才能进行能量转换，即将声能转化成机械能，再由机械能转换成热能耗散掉。

物理学大师伽利略指出：当琴弦上发出的声音逐渐变弱，振幅下降时，琴发出的音调(频率)依然不变，琴弦的振动是等时的。即，振幅与频率无关，只有通过改变振幅，才能保证声屏障简谐振动自由衰减的周期，这是靠振动耗能最基本的声学基础。

而利用自由衰减振动消耗能量时，运动方式遵从简谐运动，位移表达式为x＝-Asin()，式中A为振幅，ω是角速度，是时间t＝0时的相位，振幅A是物体离开平衡位置的最大位的绝对值，该位移表达式的一次导为速度，二次导为加速度，显然混凝土等建筑材料的特性证明其振幅会很小，所以不能有效进行自由衰减振动消耗能量，不适应作消声材料，在使用较薄的钢筋混凝土板料进行自由衰间振动时，面对高振幅噪声就会开裂。理论上，只有空心墙的建筑结构具有消声功能，而混凝土墙壁、钢筋混凝土、金属纤维混凝土等建筑结构，即透声又传声，尤其是工厂、高铁、公路重型汽车等产生能够穿墙越壁的低频声波，严重干扰人们的正常生活。

任何声学设施的原理无非是弦振动，如提琴、二胡、钢琴；或者膜振动，如军鼓、架子鼓。但是面对一把二胡时，不能直接用来练习或演奏，需要在琴码下部接近挂弦的根部位置，在弦与音筒膜振动表面塞进柔软的泡沫，并调整泡沫的压紧程度，才能调弦使用。其目的是消除弦振动激励膜振动时产生的不和谐杂音。这就像汽车普遍使用的“减震器”，并不是用来减震，而是用来阻尼汽车悬架系统与地面振动的设施。

这说明：

(1)声学设施进行自由衰减振动时，需要进行弹性连接；

(2)膜振动或弦振动之间，除了进行琴码等硬质材料的振动传递以外，还能进行有条件的弹性连接，以消除硬质材料振动传递时产生的杂音。

为此，声学设施只有科学的利用振动传递方法，才能控制振动频率；只有控制振幅，才能控制响度；只有控制频率的同时控制振幅，才能进行噪声环境治理。

其中，声学的源泉来自音乐的萌芽，声学产品的膜振动或弦振动导致音色的变化等现象只是一种感觉，然而，每个人都有自己的感觉认知，其中，“绝对音高感”就必须从小训练，国际上公认的是12岁之前，超过12岁，即便在努力，也儿乎没有获得“绝对音高感”的可能性，加上声学工程技术需要的物理学基础、声学设施发声调音手段、与结构设计密切相关的机械学基础等，使声学的奥秘和灵感从理论上是无法言语的。

为此，声学设施的技术表现在“结构决定功能”的技巧，生活中人们看到各种乐器店中的一面定音鼓的价格高达几万人民币而疑惑。不了解它的制作只有大使才能完成，制作过程中的“鞔皮”以及“放音”调整定调，在借助现代科技手段的同时，仍然要靠经验积累中的“感觉”完成。

如果觉得能够听到声音就去控制声音，一定会弄巧成拙。

在国内，2008年北京奥运会开幕式宏大的“击缶”表演感动了许多人。可是作为声学产品的“缶”为什么失传？原因在于矩形的膜振动结构敲击时必然在尖角处产生应力集中，使膜振动的表面破损，因此，生活中没有矩形表面的鼓。