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摘要：噪声是现代科技发展带来的公害之一，安静的生活和工作环境是人们所向往的，建筑排水管道产生的噪声是家庭噪声的主要来源之一。本实验采用一套简易的排水管道噪声评价方法，利用橡塑材料对PVC-U排水管道进行包扎降噪，并对其性能进行研究。
关键词：橡塑；排水管道；降噪；包扎
中图分类号： S276 文献标识码： A
Study on the noise reduction performance of the PVC-U drain stack lagging material rubber plastic
Abstract: Noise is one of the hazards of modern science and technology development. Quiet living and working environment is people’s desire. Drain stack noise is one of the main sources of domestic noise. This experiment adopts a much more simple and easy drainage pipe noise evaluation approach to evaluate the PVC-U pipe rubber plastic lagging materials’ noise reduction performance.
Keywords: rubber plastic, drain stack, noise reduction, pipe lagging
1建筑排水管道噪声研究现状
噪声与我们的联系非常紧密，我们大部分人每天的绝大部分时间是在建筑房屋中度过的。因此，建筑房屋内有一个良好的声环境是人们生活中不可缺少的也是大家所向往的[1]。随着城市化进程的加快推进，居住区和办公区的声环境发生巨大的变化，噪声污染也日趋严重，这也引起了社会的广泛关注，期望创造一个更安静和谐的工作和生活环境成为大家的共同目标[2]。随着PVC-U建筑排水管材的大范围应用，人们也开始对排水水流噪声更加关注，由于PVC-U管的质量较轻，水流直接撞击PVC-U管道的管壁，振动较大，因而产生较大的噪声。建筑排水噪声不仅影响卫生器具直接使用者，而且还会殃及同层和下层住户，影响他人的工作、学习和生活，产生许多困扰[3]。所以，排水管道噪声对人们生活所产生的影响不容忽视，需要不断地去研究和探讨噪声的控制技术，为人们创造一个更为安静舒适的声环境。
2排水管道噪声简易评价方法
本实验所采用的排水管道噪声简易评价方法由五部分组成：测试环境，声源，试样，声级计和信号处理系统。
在排水管道噪声检测室的安静测试环境下，使用信号发生器发出音频信号，经过功率放大器放大后，扬声器将放大后的音频信号转化成声波进入声源管（PVC-U排水管）中，声源管的另一端密封，并用柔性支架支撑，在声源管外紧密包覆需要测试的降噪材料。在距离声源管中心1m处，放置与声源管等高（取空间平均，即距地面1.2m）的传声器，用三角支架将传声器固定，利用传声器将声源管或降噪材料辐射出来的声压信号转化为电信号，并通过延长线传送给声级计主机，由内置存储设备记录下来，然后转移至电脑，利用相关信号处理软件进行数据处理。该评价方法的实物图如图1所示。
图1 排水管道噪声简易评价方法实物图
2.1背景噪声
噪声检测室背景噪声测试是将声级计用三角架固定在检测室中心距地面1.2m的高度处，将传声器分别指向东、西、南、北、东南、西南、东北、西北8个方向测试检测室背景噪声，将该测点8个方向噪声的算术平均值25.3dB作为该检测室的背景噪声值[4]。
2.2实验信号
根据测试要求，本实验采用信号发生器的白噪声全频带信号进行测试，白噪声是指用固定频带宽度测量时，频谱连续并且均匀的噪声，其功率谱密度不随频率改变而改变[5]。
实验还测得实测PVC-U排水管噪声的频谱，通过实测排水噪声与白噪声频谱进行比较，其频谱图如下图：
图2 实测排水噪声频谱与实验用白噪声谱对比
通过相关性计算，得到实测排水噪声与白噪声信号相关性系数为0.8843，相关性非常好。
2.3包扎材料
橡塑是一种非常常见的包扎材料，橡塑材料在保温、隔声方面应用较广泛。多用于建筑行业的设备保温或空调行业。其具有柔软、耐寒、耐热、阻燃、防水、导热系数低、减震、吸音等优良性能并且价格便宜[6]。
3橡塑包扎降噪性能研究
3.1单层橡塑包扎降噪性能
进行实验之前，按照声级计使用说明书对声级计进行校准；在进行声压级的测试之前，要先将声源系统运行1min～2min，这是因为当扬声器在白噪声信号激励下开始工作时，其反射声波会在封闭末端和扬声器之间多次反射，对扬声器会产生振幅不断变化的反作用力，扬声器振膜的体积速度幅度也会处于变化之中。经过1min～2min之后，声源管内声场趋于稳定，反射声波对扬声器振膜的作用力幅度不再变化，扬声器的体积速度幅度也就不再变化，管内声场达到稳态后，对单层橡塑降噪材料进行实验测试，降噪材料插入损失频谱图如下：
图3 橡塑插入损失频谱图
从图3可以看出，橡塑在高频段的降噪性能比较好。
为了更进一步研究橡塑材料用作包扎降噪材料时不同频率的插入损失，将1/3倍频程中心频率作为自变量，所测得的插入损失作为因变量，作出橡塑材料的“频率—插入损失”关系图。然后对所得曲线进行拟合，得出了橡塑材料的“频率—插入损失”拟合曲线方程。
R2为0.9145。橡塑材料的频率—插入损失关系遵循：
的多项式函数关系，其中为频率，y为插入损失，R2为0.9145。拟合曲线显示，随着频率的升高，材料的插入损失有所上升。
3.2两层橡塑包扎降噪性能
用两层橡塑对声源管进行包扎，同样按照3.1所述实验过程，对两层橡塑降噪材料进行实验测试，降噪材料插入损失频谱图如下：
图4 两层橡塑插入损失频谱图
如上图4所示，输入信号为白噪声，声源管包扎两层橡塑（单层厚度为2.0cm）时降噪性能远大于包扎一层橡塑，其等效连续A声级由70.9dB下降为61.1dB，空白实验时的等效连续A声级为75.2dB，则插入损失由4.3dB上升为14.1dB。降噪性能有了大幅的提升。声能量损失百分比也由包扎单层橡塑的63.88%升高为96.12%。
等效连续A声级插入损失由包扎一层橡塑时的4.3dB上升为包扎两层橡塑时的14.1dB，则外层橡塑等效连续A声级插入损失为9.8dB。厚度同为2.0cm的橡塑，在单层包扎和双层包扎时的降噪效果相差5.5dB，插入损失提升了128%。
4小结
橡塑包扎降噪材料对高频段噪声有较好的降噪效果，对于中低频噪声的降噪性能不强。
双层橡塑包扎材料对降噪性能有大幅的提升作用。
同样是相同厚度的橡塑材料，单独一层包扎时与包扎两层时产生的降噪效果并不是简单地叠加关系。
参考文獻
[1] 方丹群，王文奇，孙家麟. 噪声控制. 北京出版社. 1986:35~36
[2] 陈继浩，冀志江，王静. 人居环境噪声控制研究进展. 中国建材科技. 2009,(3)
[3] 黄晓家，姜文源. 建筑给水排水工程技术与设计手册（上册）. 中国建筑工业出版社. 2010
[4] 吴俊奇，杨海燕，许萍，王文海，秦纪伟. 建筑排水管道噪声测试方法研究.给水排水.2008
[5] 李有志. 噪声声源分析方法及应用. 西南工学院学报. 2002
[6] 汪传生，吕春蕾. 橡塑共混设备现状及发展趋势. 橡胶工业杂志. 2009
关键词：橡塑；排水管道；降噪；包扎
中图分类号： S276 文献标识码： A
Study on the noise reduction performance of the PVC-U drain stack lagging material rubber plastic
Abstract: Noise is one of the hazards of modern science and technology development. Quiet living and working environment is people’s desire. Drain stack noise is one of the main sources of domestic noise. This experiment adopts a much more simple and easy drainage pipe noise evaluation approach to evaluate the PVC-U pipe rubber plastic lagging materials’ noise reduction performance.
Keywords: rubber plastic, drain stack, noise reduction, pipe lagging
1建筑排水管道噪声研究现状
噪声与我们的联系非常紧密，我们大部分人每天的绝大部分时间是在建筑房屋中度过的。因此，建筑房屋内有一个良好的声环境是人们生活中不可缺少的也是大家所向往的[1]。随着城市化进程的加快推进，居住区和办公区的声环境发生巨大的变化，噪声污染也日趋严重，这也引起了社会的广泛关注，期望创造一个更安静和谐的工作和生活环境成为大家的共同目标[2]。随着PVC-U建筑排水管材的大范围应用，人们也开始对排水水流噪声更加关注，由于PVC-U管的质量较轻，水流直接撞击PVC-U管道的管壁，振动较大，因而产生较大的噪声。建筑排水噪声不仅影响卫生器具直接使用者，而且还会殃及同层和下层住户，影响他人的工作、学习和生活，产生许多困扰[3]。所以，排水管道噪声对人们生活所产生的影响不容忽视，需要不断地去研究和探讨噪声的控制技术，为人们创造一个更为安静舒适的声环境。
2排水管道噪声简易评价方法
本实验所采用的排水管道噪声简易评价方法由五部分组成：测试环境，声源，试样，声级计和信号处理系统。
在排水管道噪声检测室的安静测试环境下，使用信号发生器发出音频信号，经过功率放大器放大后，扬声器将放大后的音频信号转化成声波进入声源管（PVC-U排水管）中，声源管的另一端密封，并用柔性支架支撑，在声源管外紧密包覆需要测试的降噪材料。在距离声源管中心1m处，放置与声源管等高（取空间平均，即距地面1.2m）的传声器，用三角支架将传声器固定，利用传声器将声源管或降噪材料辐射出来的声压信号转化为电信号，并通过延长线传送给声级计主机，由内置存储设备记录下来，然后转移至电脑，利用相关信号处理软件进行数据处理。该评价方法的实物图如图1所示。
图1 排水管道噪声简易评价方法实物图
2.1背景噪声
噪声检测室背景噪声测试是将声级计用三角架固定在检测室中心距地面1.2m的高度处，将传声器分别指向东、西、南、北、东南、西南、东北、西北8个方向测试检测室背景噪声，将该测点8个方向噪声的算术平均值25.3dB作为该检测室的背景噪声值[4]。
2.2实验信号
根据测试要求，本实验采用信号发生器的白噪声全频带信号进行测试，白噪声是指用固定频带宽度测量时，频谱连续并且均匀的噪声，其功率谱密度不随频率改变而改变[5]。
实验还测得实测PVC-U排水管噪声的频谱，通过实测排水噪声与白噪声频谱进行比较，其频谱图如下图：
图2 实测排水噪声频谱与实验用白噪声谱对比
通过相关性计算，得到实测排水噪声与白噪声信号相关性系数为0.8843，相关性非常好。
2.3包扎材料
橡塑是一种非常常见的包扎材料，橡塑材料在保温、隔声方面应用较广泛。多用于建筑行业的设备保温或空调行业。其具有柔软、耐寒、耐热、阻燃、防水、导热系数低、减震、吸音等优良性能并且价格便宜[6]。
3橡塑包扎降噪性能研究
3.1单层橡塑包扎降噪性能
进行实验之前，按照声级计使用说明书对声级计进行校准；在进行声压级的测试之前，要先将声源系统运行1min～2min，这是因为当扬声器在白噪声信号激励下开始工作时，其反射声波会在封闭末端和扬声器之间多次反射，对扬声器会产生振幅不断变化的反作用力，扬声器振膜的体积速度幅度也会处于变化之中。经过1min～2min之后，声源管内声场趋于稳定，反射声波对扬声器振膜的作用力幅度不再变化，扬声器的体积速度幅度也就不再变化，管内声场达到稳态后，对单层橡塑降噪材料进行实验测试，降噪材料插入损失频谱图如下：
图3 橡塑插入损失频谱图
从图3可以看出，橡塑在高频段的降噪性能比较好。
为了更进一步研究橡塑材料用作包扎降噪材料时不同频率的插入损失，将1/3倍频程中心频率作为自变量，所测得的插入损失作为因变量，作出橡塑材料的“频率—插入损失”关系图。然后对所得曲线进行拟合，得出了橡塑材料的“频率—插入损失”拟合曲线方程。
R2为0.9145。橡塑材料的频率—插入损失关系遵循：
的多项式函数关系，其中为频率，y为插入损失，R2为0.9145。拟合曲线显示，随着频率的升高，材料的插入损失有所上升。
3.2两层橡塑包扎降噪性能
用两层橡塑对声源管进行包扎，同样按照3.1所述实验过程，对两层橡塑降噪材料进行实验测试，降噪材料插入损失频谱图如下：
图4 两层橡塑插入损失频谱图
如上图4所示，输入信号为白噪声，声源管包扎两层橡塑（单层厚度为2.0cm）时降噪性能远大于包扎一层橡塑，其等效连续A声级由70.9dB下降为61.1dB，空白实验时的等效连续A声级为75.2dB，则插入损失由4.3dB上升为14.1dB。降噪性能有了大幅的提升。声能量损失百分比也由包扎单层橡塑的63.88%升高为96.12%。
等效连续A声级插入损失由包扎一层橡塑时的4.3dB上升为包扎两层橡塑时的14.1dB，则外层橡塑等效连续A声级插入损失为9.8dB。厚度同为2.0cm的橡塑，在单层包扎和双层包扎时的降噪效果相差5.5dB，插入损失提升了128%。
4小结
橡塑包扎降噪材料对高频段噪声有较好的降噪效果，对于中低频噪声的降噪性能不强。
双层橡塑包扎材料对降噪性能有大幅的提升作用。
同样是相同厚度的橡塑材料，单独一层包扎时与包扎两层时产生的降噪效果并不是简单地叠加关系。
参考文獻
[1] 方丹群，王文奇，孙家麟. 噪声控制. 北京出版社. 1986:35~36
[2] 陈继浩，冀志江，王静. 人居环境噪声控制研究进展. 中国建材科技. 2009,(3)
[3] 黄晓家，姜文源. 建筑给水排水工程技术与设计手册（上册）. 中国建筑工业出版社. 2010
[4] 吴俊奇，杨海燕，许萍，王文海，秦纪伟. 建筑排水管道噪声测试方法研究.给水排水.2008
[5] 李有志. 噪声声源分析方法及应用. 西南工学院学报. 2002
[6] 汪传生，吕春蕾. 橡塑共混设备现状及发展趋势. 橡胶工业杂志. 2009