具有吸声和声音重定向性能的噪声屏障结构及在这种结构中使用的高性能吸声器

摘要

一种噪声结构，其包括由限定屏障的表面的大体噪声再定向材料制成的屏障和连接到该表面的多个吸声盒部件，每个盒部件包括后壁（4）和在大面积上被穿孔的前壁（2），所述壁限定被填充件（6）至少部分地占据的纵向通道（5），该填充件由吸声材料制成，其中后壁（4）是相对于屏障的表面平行地且间隔开地安装的大体平面的壁并且也在大面积上被穿孔。

说明书

技术领域

本发明涉及噪声屏障的技术领域。

特别是，本发明涉及设有特定吸声元件或吸声声学吸收器的噪声 结构，该特定吸声元件或吸声声学吸收器能被应用到通常是声音重定 向的噪声屏障的被选择的位置。

背景技术

根据制成噪声屏障的材料，噪声屏障能具有不同的吸声特性或声 音重定向特性。通过实例，由蒸压加气混凝土（更为人所知的商品名 是“加气混凝土”）制成的噪声屏障虽然具有很多技术优点，但通常具 有很差的吸声性能。实际上已知的是，这种屏障在未经过特殊处理加 工时落入A1的分类（对应于UNI EN1793-1规则的最低分类），而根 据实际应用，其应当必须覆盖所有的声学分类，直到最高的分类，例 如A4。

当然这一问题不仅存在于由加气混凝土制成的屏障，而且存在于 由不同材料例如普通混凝土制成的那些屏障中。

为此目的，本申请人已经于2009年2月13日提交了意大利专利 申请（第PI2009A000013号），其公开了多个吸声声学盒部件，该吸 声声学盒部件能应用于声音重定向屏障，以便局部地改进其吸声特性， 从而根据需要优化借助屏障来吸声并且在屏障的固有的声音重定向性 质和吸声之间找到最佳的平衡。

根据上述专利申请，盒部件具有平行六面体的形状且填充有合适 的吸声材料。然后盒部件的前侧被穿孔，以便借助盒部件被捕获的声 音进入盒部件自身，然后被吸声填充材料吸收。

但是，这种声学盒部件不是特别有效的，因为需要应用很大数量 的盒部件来改进屏障的吸声性能，直到达到A4级别，结果增加了成 本和在生产、安装和维护中的困难。

发明内容

重新考虑上述问题，申请人现在已经获得了特别的且令人惊奇地 有效的方案，该方案通过以前所未有的方式将与盒部件的结构和在屏 障上安装盒部件相关的多个装置相结合获得了主要由声音重定向材料 （例如，加气混凝土或混凝土）制成的噪声屏障，声音重定向材料即 使在具有较少数量（就被占据的声音重定向表面的百分比而言）的盒 部件的情况下也具有高性能的吸声特性，盒部件的数量能基于每段屏 障的特定需要根据具体情况进行调整。

同时且作为结果，本发明实现了降低噪声结构的生产、安装和维 护成本的目的，原因也在于用于安装盒部件的系统特别简单且实用。

分别在所附的权利要求1和17中说明了实现上述和其他额外目的 的吸声盒部件和噪声结构的主要特性。

根据本发明的第一方面，噪声结构包括连接到噪声屏障的表面的 多个吸声盒部件，所述盒部件具有穿孔的前壁和由吸声材料制成的填 充件，以便每个盒部件的平坦的后壁（其也在大面积上穿孔）相对于 所述表面平行并且与之间隔开。优选地，盒部件的后壁和屏障的表面 之间的距离是2cm至9cm之间，甚至更优选地是在3cm至4cm之间。 根据该方案，由于多孔性（填充材料的多孔性）和空腔共振（如在下 面更好地说明的），能实现强劲的额外的吸声，多孔性和空腔共振由在 盒部件和屏障的表面之间的每个腔引起。

有利地，在被布置且彼此间隔开的两个盒部件之间，由于后壁后 的腔和两个盒部件之间的间隙，也获得了亥姆霍兹共振器的效果，两 个盒部件之间的间隙表示为共振器的颈部。该效果也使噪声结构的有 效性最大化。

在其他有利的方案中，如果盒部件成排地布置，且一排在另一排 上方，那么一排的盒部件相对于相邻排的盒部件错开，在同一排中以 并排的关系放置的两个盒部件之间形成空间，该空间与利用相邻排的 错开的盒部件形成的间隙一起形成沿平行于屏障的表面的方向的第二 亥姆霍兹共振器，该第二亥姆霍兹共振器的颈部对应于以并排关系放 置的两个盒部件之间的所述空间。

盒部件的穿孔的前壁能是具有平行于盒部件自身的纵向轴线的轴 线的柱状的、半圆柱形的或任何形式的凹形部件。在半圆柱形壁的情 况下，曲率半径优选在10cm到13cm之间，甚至更优选地是11.5cm。 这种壁由于反射和多孔性具有特别有效的吸声结果，这也能借助侧壁 被改进，侧壁也被穿孔且横向地封闭由盒部件形成的纵向内通道。

而且，对屏障的整体吸声有效性来说另一重要且有利的贡献能通 过以下实施例给出，在该实施例中由吸声材料制成的盒部件的填充件 包括：放置成平行于后平面壁且邻近后平面壁的底层，和在垂直于后 壁且平行于盒部件的纵向轴线的各自平面上彼此叠置的多个前层，前 层具有接近底层的后端和与前侧间隔开的前端，所述前端在两个或更 多个相邻层之间相互错开，以确定填充件的阶梯状的前部。

如果材料具有纤维结构，该纤维结构具有单向布置的纤维，对于 所述前层的至少一些层，纤维的方向能有利地设置成垂直于后壁。优 选地，填充材料（例如，聚酯毡、矿棉、玻璃棉）（就至少一些前层而 言）能具有在前端上不规则地暴露的纤维。这种内部结构产生除普通 的吸声（由于填充材料的多孔性和盒部件内的传统的空腔共振）之外 的其他吸声效果；实际上，在前壁和层的前端之间产生的阶梯状的中 空空间能被看作Schroeder散射器，其有效性通过暴露在至少一些层 上的纤维而增强。

上述的吸声效果的结合导致在公路使用的噪声系统领域中的实际 上前所未有的有效性，其原因在于八种吸声效果协作的结合，这显然 很好地超越了传统系统的两种或三种典型的效果。

对于将盒部件固定到屏障，这能通过快速连接系统有利地进行， 快速连接系统提供一个或多个柱状件，柱状件从盒部件的后壁伸出， 柱状件在自由端设有增大的头部，该头部通过在与屏障的表面成一体 的线性轨道中滑动进行接合。在替代性的方案中，该连接能通过连接 翼部实现，连接翼部超出盒部件的后壁从前壁一体地延伸。

附图说明

根据本发明的实施例的下面的描述，本发明的其他特点和优点将 变得明显，本发明的实施例是参考附图作为非限制性的实例给出的， 其中：

图1和2示出根据本发明的吸声盒部件的实例，其中第一情况是 较示意性的，第二情况是详细的，但都是轴测图；

图3是图1和2的侧视图，其中填充材料和封闭侧壁被去除；

图4和5也是去除了封闭侧壁但具有吸声填充材料的盒部件的示 意性侧视图，并且在图5中示出了有关的吸声效果；

图6是与相关的隔声屏障相连的如图3中的根据本发明的第二实 施例的示意性侧视图；

图7和8示意性地示出通过将盒部件彼此叠置和/或以并列的关系 布置以形成亥姆霍兹共振器而获得的效果。

具体实施方式

参考所述附图，根据本发明的声学盒部件提供了盒形主体1，盒 形主体1具有能根据需要改变的沿纵向轴线X的预定长度L。虽然能 明确地选择不同的长度，但应优选大约2m的长度L。通常如在图1 中示出的，主体1具有为凹形形状的前壁2，凹腔的轴线与轴线X一 致或平行。通过实例前壁能具有半圆形截面，半圆形截面具有预定半 径R。例如，已经证实了，在10cm至13cm之间、优选约11.5cm的 半径提供了性能特定的最大化，如之后更好地说明的。

在第一实施例（从图1至图3）中，两个附连翼部3从前壁2的 端部分支，翼部3随后用于连接到由声音重定向材料制成的屏障的表 面，声音重定向材料构成噪声结构的主体。前壁在大面积上穿孔有孔 2a。

如在图3中清楚地示出的，平坦的后壁4被放置成平行于轴线X， 以便封闭前壁的凹腔，从而形成纵向的通道5。后壁4也在大面积上 穿孔有孔4a。根据本发明，在盒部件和声音重定向屏障之间的连接导 致后壁相对于屏障的表面间隔开的布置，在该实施例中该连接能利用 延伸超过壁4的翼部3来实现，壁4设置有合适的尺寸或设置有另外 的间隔件。

如在图4和5中特别地示出的，由吸声材料（优选聚酯毡或其他 典型的吸声材料，如矿棉或玻璃棉）制成的填充件6被插入通道内。

虽然没在图中描绘，两个封闭侧壁（也被穿孔）通常被提供并设 置成横向，以在两个纵向端封闭通道5，从而隔离被包含在通道内的 填充件。

传入的声音通过形成在盒部件的前壁2中、在后壁4上和在封闭 侧壁上的孔2a和4a进入通道5。

如在图4中特别地示出的，填充件6占据内通道5并优选包括： 放置成平行于后壁4且邻近后壁4的底层61和在垂直于后壁且平行于 纵向轴线X的各自平面上彼此叠置的前层62。前层62具有接近底层 的后端62a和与前壁2间隔开的前端62b。前端在两个或更多个相邻 的层之间相互错开，以便确定填充件的阶梯状的前部，前部也终止在 阶梯状中空空间7中。

通过简单地从环形聚酯带成片地切出单个层（如在图中的）或通 过以单个块部件的形式直接获得期望的阶梯形，能获得填充材料的这 种特定的结构。

以这种方式，获得一种结构，该结构类似于在噪声屏障中史无前 例地利用如聚酯的材料的Schroeder散射器，这是非常有利的，因为 其相对于现有技术实现了吸声性能的明显改进。如在图5中示出的， 由于阶梯部分的存在，通过孔2a进入通道5的声线（出于清楚的原因， 在图中只有一条传入的声线100被绘出）在中空空间7内受到多重反 射。因此图5用虚线101示出了声音的被单个阶梯62吸收的部分，而 只有部分102能从吸声盒部件出来。

但是，如也在同一图中示出的，吸声盒部件的特定的弯曲形状（特 别是半圆柱形）允许大大减小出来的声辐射的百分比。由于弯曲，向 外引导的声线102实际上以类似蜘蛛形的衍射发散而不是沿单一路径 出来。因此，在距离盒部件的给定距离的前部处的每单个位置只被传 入的声辐射的一小部分触及。此外，在图5中还示出，半圆形的形状 不但能使小百分比的向外引导的声辐射发散而且能使以103表示的辐 射成分发散，该辐射成分没进入孔而是被前壁2反射。

图4随后示出怎样为了进一步优化吸收，填充材料具有一种纤维 结构，该纤维结构具有单一方向的纤维，并且在至少一些前层62中， 纤维的方向是垂直于后壁4的方向，其中至少一些前层62中纤维在前 端62b上不规则地暴露。在一些层上，纤维侧（即，其中纤维端倾向 于突出的那一侧）的暴露可能交替，其中在最长的层中纤维横向布置， 以便将纤维暴露在侧面上而不是在端部上，实际上，如与纤维平行于 外表面放置的配置相比，这允许对传入的声辐射进行更好地吸收。

在本发明的第二实施例中，如在图6中示意性地示出的，固定翼 部能被省略，并且在这种情况下，与屏障8（由声音重定向材料制成， 例如加气混凝土或普通混凝土）的表面8a的间隔开的连接通过柱状件 9实现，柱状件9从后壁4垂直地伸出并且通过利用在轨道10中的增 大的头部9a（通过实例，所谓的异形件，其是U形的并具有 向内折叠的边缘）进行滑动而插入，轨道10直接应用到屏障8。

由后壁4和凹形前壁2形成的吸声盒部件能形成为一体件或以随 后连接在一起的两个分离的部件的形式形成。显然能使用任何材料： 铝、镀锌钢、再生塑料等。

在后壁4和屏障8的表面8a之间的距离能优选在2cm至9cm之 间。这种间隔的技术效果（如看到的，也能利用第一实施例实现）高 度改进了吸声特性，因为声辐射的没有被前壁2直接捕获且被屏障反 射/偏移的部分被后壁4和填充件6捕获。所述被反射的辐射在图6中 用106表示，并且如能注意到的，波106'的峰值恰好位于吸声材料被 放置的位置，因而盒部件在该组分的减少方面是特别有效的。在上述 范围内，在4cm和8cm之间、更特别且有效的是在3cm和4cm之间 的距离特别用于高频噪声组分(3150-8000Hz)。

另外，如在图7中示出的，在后壁和屏障之间的间隔产生吸声的 另外效果，该另外效果类似于沿垂直于屏障8的表面8a的方向的第一 亥姆霍兹共振器的效果。实际上，考虑沿共同的纵向轴线以并排的关 系布置成排的盒部件，其中各排以平行且间隔开的方式延伸，以在一 排中的盒部件与另一排中的盒部件之间形成间隙11'，第一区域11（画 点的区域）实现为包括上述的间隙11'和在表面8a与盒部件的后壁4 之间的两个腔11''。该第一区域限定第一亥姆霍兹共振器，第一亥姆 霍兹共振器的颈部对应于在不同排的两个盒部件之间的间隙11'。通过 这种方式，进入在各排之间的间隙11'（即，上述的颈部）的声辐射利 用明显最大化的性能被进一步衰减。

随后，如图8所示，放置在相互错开的排中的一组盒部件（例如 在实例中限制为三个盒部件，在上部的排中是两个盒部件，在下部的 错开的排中是一个盒部件，下部的盒部件显示为处于上部的排中的两 个盒部件的中间，但是这种情况能表现为并排的两个在下部的盒部件 与一个在上部的盒部件）能有利地形成另外的声学效果，该另外的声 学效果类似于在平行于屏障的表面的平面上的第二亥姆霍兹共振器的 效果。实际上，第二区域12（包括在两个在上部的盒部件之间形成的 空间12'和两个间隙11'，两个间隙11'一起形成在两排之间的增大的空 间部分）事实上形成一种另外的亥姆霍兹共振器，该另外的亥姆霍兹 共振器的颈部对应于空间12'，以便声辐射的与屏障相切且通过同一排 中的并排的盒部件之间的空间传入的部分也被衰减。

也在实例中示出的最典型的位置显然是这样的，即，其中两排的 延伸轴线是水平的，各排竖直地间隔开并彼此叠置。但是，在几何方 面不同的布置也能获得类似的结果。

虽然已经描述了具有半圆柱形的形状的吸声器的构造，但任何情 况下都明显的是也可使用这样的前壁2，即，前壁2不是完美的半圆 柱形而是例如通常的半椭圆形、弧形或多边形。到目前为止已参考优 选实施例描述了本发明。应该理解能存在落入本发明的构思内（如由 下面的权利要求的保护范围限定的）的其他实施例。