1、第七章 噪声控制技术吸声,第七章 噪声控制技术吸声,(一) 吸声系数,(二) 吸声量,(二) 多孔吸声材料,吸声材料：能吸收消耗一定声能的材料。 吸声系数：材料吸收的声能（ ）与入射到材料上的总声能( )之比，即,(一) 吸声系数,【讨论】： 表示材料吸声能力的大小， 值在01之间， 值愈大，材料的吸声性能愈好； 0，声波完全反射，材料不吸声； 1，声能全部被吸收。,吸声系数的影响因素,材料的结构,使用条件,声波频率,【声波频率】 同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系数。 平均吸声系数 ：工程中通常采用125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 H
2、z六个频率的吸声系数的算术平均值表示某种材料的平均吸声系数。 通常，吸声材料 在0.2以上，理想吸声材料 在0.5以上。,【入射吸声系数】工程设计中常用的吸声系数有混响室法吸声系数(无规入射吸声系数) 驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数) 应用：测量材料的垂直入射吸声系数 ，按表，将 换算为无规入射吸声系数 。,的换算关系,表 与 的换算关系,混响室：声学实验室,混响室法吸声系数(无规入射吸声系数) ：,在混响室中，使不同频率的声波以相等几率从各个角度入射到材料表面，测得的吸声系数。 测试较复杂，对仪器设备要求高，且数值往往偏差较大，但比较接近实际情况。 在吸声减噪设计中采用。,驻波管法简便、
3、精确，但与一般实际声场不符。 用于测试材料的声学性质和鉴定。 设计消声器。,驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数),驻波管法吸声系数测试仪,(一) 吸声系数,(二) 吸声量,(二) 多孔吸声材料,定义：吸声系数与吸声面积的乘积式中 吸声量，m2；某频率声波的吸声系数；吸声面积，m2。,(二) 吸声量（等效吸声面积）,【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。,总吸声量：若组成室内各壁面的材料不同，则壁面在某频率下的总吸声量为式中 第i种材料组成的壁面的吸声量，m2；第i种材料组成的壁面的面积，m2；第i种材料在某频率下的吸声系数。,(二) 吸声量（等效吸声面积）,(一) 吸声系数,(
4、二) 吸声量,(三) 多孔吸声材料,(二) 多孔吸声材料,KTV软包阻燃吸声材料,多孔槽型木质吸声材料,木丝板吸声材料,木质穿孔吸声板,丝质吸声材料,混凝土复合吸声型声屏障,轻质复合吸声型声屏障,吸声门,吸声体,吸声材料构造特性,材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右； 孔隙应该尽可能细小，且均匀分布； 微孔应该是相互贯通，而不是封闭的； 微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。,2.吸声特性及影响因素,特性:高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。 原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的相对运动少，摩擦损小，因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以多孔吸收材料
5、常用于高中频噪声的吸收。,吸声性能的影响因素,厚度,空腔,使用环境,护面层,厚度对吸声性能的影响,图2-15 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数,理论证明，若吸声材料层背后 为刚性壁面，最佳吸声频率出 现在材料的厚度等于该频率声 波波长的1/4处。使用中，考虑 经济及制作的方便，对于中、 高频噪声，一般可采用25cm 厚的成形吸声板；对低频吸声 要求较高时，则采用厚度为5 10cm的吸声板。,同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频率向低频方向近似移动一个倍频程,由实验测试可知：,厚度越大，低频时吸声系数越大； 2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；增加厚度，可提高低频声的吸收效果，对高频声效果不大。,
6、孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。 一般多孔吸声材料的孔隙率70%； 孔隙率增大，密度减小，反之密度增大； 孔隙尺寸越大，孔隙越通畅，流阻越小。,孔隙率与密度,在稳定气流状态下，吸声材料中的压力梯度与气流线速度之比。,过高,空气穿透力降低,过低,因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低,吸声性能下降,【讨论】密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。若厚度不变，增大多孔吸声材料密度，可提高低中频的吸声系数，但比增大厚度所引起的变化小，且高频吸收会有所下降。,一种多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能的密度范围。,空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层； 吸声系数随腔深D（空气层）增加而增加
7、； 空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。,空腔对吸声性能的影响,图 背后空气层厚度对吸声性能的影响,多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加，但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。 当腔深D近似等于入射声波的1/4波长或其奇数倍时，吸声系数最大。 当腔深为1/2波长或其整倍数时，吸声系数最小。 一般推荐取腔深为510cm。 天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较大的距离。,空腔对吸声性能的影响,实际使用中，为便于固定和美观，往往要对疏松材质的多孔材料作护面处理。 护面层的要求： 良好的透气性； 微穿孔护面板穿孔率应大于20%，否则会影响高频吸声效果； 透气性较好的纺织品对吸声特
8、性几乎没有影响。 对成型多孔材料板表面粉饰时，应采用水质涂料喷涂，不宜用油漆涂刷，以防止涂料封闭孔隙。,4,护面层对吸声性能的影响,温度,湿度,气流,温度引起声速、波长 及空气粘滞性变化， 影响材料吸声性能。 温度升高，吸声性能 向高频方向移动； 温度降低则向低频方 向移动。,通风管道和消声器内气流易吹散多孔材料，吸声效果下降； 飞散的材料会堵塞管道，损坏风机叶片； 应根据气流速度大小 选择一层或多层不同 的护面层。,空气湿度引起多孔材 料含水率变化。 湿度增大，孔隙吸水量 增加，堵塞细孔，吸声系 数下降，先从高频开始。 湿度较大环境应选用耐 潮吸声材料。,外墙保温吸声层,保温吸声层,阻燃吸声
9、板,羊毛阻燃吸声板,注意特殊的使用条件，如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。,第七章 噪声控制技术吸声,吸声处理中常采用吸声结构。,(一)薄板共振吸声结构,(二)穿孔板共振吸声结构,(三)微穿孔板吸声结构,吸声结构机理：共振吸声原理,常用的吸声结构,图 薄板共振吸声结构示意图,(一)薄板共振吸声结构,机理：声波入射引起薄板振动，薄板振动克服自身阻尼和板-框架间的摩擦力，使部分声能转化为热能而耗损。当入射声波的频率与振动系统的固有频率相同时，发生共振，薄板弯曲变形最大，振动最剧烈，声能消耗最多。 结构,入射声波,薄金属板、胶合板、 硬质纤维板、石膏板等,薄板共振吸声结构的共振频率式中 板的
10、面密度，kgm2， ，其中m为板密 度，kg/m3，t为板厚,m；板后空气层厚度，。,【讨论】 增大或 增加，共振频率下降。通常取薄板厚度36mm，空气层厚度310mm，共振频率多在80300Hz之间，故一般用于低频吸声；吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.20.5。,改善薄板共振吸声性能的措施：,在薄板结构边缘（板-龙骨交接处）填置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。,在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如矿棉、玻璃棉等。,采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频带。,吸声处理中常采用吸声结
11、构。 吸声结构机理：赫姆霍兹共振吸声原理。 常用的吸声结构,(一)薄板共振吸声结构,(二)穿孔板共振吸声结构,(三)微穿孔板吸声结构,分类：按薄板穿孔数分为 单腔共振吸声结构 多孔穿孔板共振吸声结构 材料：轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏板等。,穿孔吸声板,(二)穿孔板共振吸声结构,特征：穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。,又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单孔共振吸声器,入射声波,结构：,1.单腔共振吸声结构,封闭空腔壁上开一个小孔与外部空气相通； 腔体中空气具有弹性，相当于弹簧； 孔颈中空气柱具有一定质量，相当于质量块。,图 单腔共振吸声结构示意图,原理：入射声波激发孔颈中
12、空气柱往复运动，与颈壁摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也最大，消耗声能最多，吸声性能最好。,单腔共振体的共振频率式中 声波速度，m/s； 小孔截面积，m2；空腔体积，m3； 小孔有效颈长，m， 若小孔为圆形则有式中 颈的实际长度(即板厚度)，m；颈口的直径，m。 空腔内壁贴多孔材料时，有,【讨论】单腔共振吸声结构使用很少， 是其它穿孔板共振吸声结构的基础。,改变孔颈尺寸或空腔体积，可得不同共振频率的共振器，而与小孔和空腔的形状无关。,简称穿孔板共振吸声结构。 结构：薄板上按一定排列钻很多小孔
13、或狭缝，将穿孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板后留有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔（孔）共振器并联而成。,图 多孔穿孔板共振吸声结构,小孔或狭缝,空气层,刚性壁,框架,2.多孔穿孔板共振吸声结构,多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率式中 声波速度，m/s； 小孔截面积，m2；每一共振单元所分占薄板的面积，m2；空腔深度，m；小孔有效颈长，m；穿孔率， = / 。,穿孔率 正方形排列：三角形排列：平行狭缝：以上各式中， 为孔间距， 为孔径。,【讨论】 穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。 工程设计中，穿孔率控制为1%10%，最高不超过20%，否则穿孔板就只起护面
14、作用，吸声性能变差。 一般板厚213mm，孔径为210mm，孔间距为10100mm，板后空气层厚度为6100mm时，则共振频率为100400Hz，吸声系数为0.20.5。当产生共振时，吸声系数可达0.7以上。,吸声带宽：设在共振频率 处的最大吸声系数为 ，则在 左右能保持吸声系数为 /2的频带宽度。 穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十Hz到200、300Hz。 吸声系数0.5的频带宽度可按式估算 式中 共振频率，Hz； 共振频率对应的波长，cm； 空腔深度，m。,【讨论】多孔穿孔板共振吸声结构的吸声带宽和腔深有很大关系，而腔深又影响共振频率的大小，故需合理选择腔深。,改善多孔穿孔板板共振
15、吸声性能的措施：,为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法： 组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小段频带，使总的吸声频带变宽； 在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材料距板的距离视空腔深度而定； 穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼； 采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以改善频谱特性； 在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增加大孔颈摩擦。,吸声处理中常采用吸声结构。 吸声结构机理：赫姆霍兹共振吸声原理。 介绍常用的吸声结构,(一)薄板共振吸声结构,(二)穿孔板共振吸声结构,(三)微穿孔板吸声结构,结构特征：厚度小于1mm的金属薄板上穿孔，孔径小于1mm、穿孔率1%5
16、%，安装方法同薄板共振吸声结构,后部留有一定厚度的空气层，起到共振薄板的作用。空气层内不填任何吸声材料。常用的是单层或双层微穿孔板。,(三)微穿孔板吸声结构,薄板常用铝板或钢板制作，因板特别薄、孔特别小，为与一般穿孔板共振吸声结构相区别，故称作微穿孔板吸声结构。,图2-20 单层、双层微穿孔板吸声结构示意图,20世纪60年代我国著名 声学专家马大猷教授研制的。,优点： 克服了穿孔板共振吸声结构吸声频带较窄的缺点。 吸声系数大；吸声频带宽； 成本低、构造简单； 设计理论成熟。 耐高温、耐腐蚀，不怕潮湿和冲击，甚至可承受短暂的火焰，适用环境广泛，包括一般高速气流管道中。 缺点：孔径太小，易堵塞，宜
17、用于清洁场所。,小结,第七章 噪声控制技术吸声,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,主要在室内的天花板和四周墙壁上饰以某种吸声性能好的材料，或悬挂适当的空间吸声体，就可以吸收房间内的一部分反射声波，减弱室内总的噪声。,室内吸声处理,室内声场按声场性质分为： 直达声场：由声源直接到达听者，是自由声场； 混响声场：经过壁面一次或多次反射。 扩散声场：声能密度处处相等，声波在任一受声点上各个传播方向作无规分布的声场。是一种理想声场，为简化讨论，以下的基本概念和公式都建立在室内扩散声场的基础上。,(一)室内声场,1.室内声场的衰减,2.混响时间,1.室内声场的衰减,平均自由程,单位
18、时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的平均值式中 平均自由程，m；房间容积，m3；室内总表面积，m2 声音在空气中的声速为c，则声波每秒平均反射次数n=c/d，即,平均吸声系数,设室内各反射面面积分别为 S1、S2、 Sn， 吸声系数为1、2、 n ，则室内表面的平均吸声系数 为,室内声场经12s即接近稳态（左侧曲线）若声源停止，声音消失需要一个过程：首先直达声消失，混响声逐渐减弱，直到完全消失（右侧曲线）。,假设只考虑室内壁面与空气的吸收，则经t秒后，室内声能密度 为式中 初始声能密度，(ws)m3 ；吸声系数房间容积，m3；室内总表面积，m2 空气衰减系数，m-1； ,为声波在空气中每传
19、播100m衰减的分贝数。,定义：室内声场达到稳态后，声源立即停止发声，室内声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级衰减60dB所需要的时间，记作 ，单位秒（s） 计算公式赛宾（W.C.Sabine）公式意义：表示由于室内混响现象，室内声场的声能在声源停止发声后衰减的快慢。,2.混响时间,房间 一定，吸声量 , 愈大， 愈小。 通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的“最佳 ”，使室内音质达到良好。,【讨论】,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,(二)室内声压级,1.直达声场,在室内，当声源的声功率恒定时，单位时间内在某接收点处获得的直达声能是恒定的。 一个各向发射均匀
20、的点声源，声强I=W/4r2，声能密度与声强的关系为 所以对于指向性因数为 的声源，在距声源中心r米处的直达声声能密度为,(二)室内声压级,2.混响声场,声源辐射的声能经第一次吸收后，剩者为混响声，单位时间内声源向室内提供的混响声能为 。因声功率恒定，故混响声能也恒定。 壁面吸声仅吸收混响声，设室内声场达稳态时，平均混响声能密度为，声波每碰撞壁面一次，吸收的混响声能则为 ，每秒钟内碰撞次n，吸收的则为 。因室内声场达稳态时，每秒钟由声源提供的混响声能等于被吸收的混响声能，所以即 令平均声能密度,房间常数，m2。室内吸声状况愈好，值愈大。,(二)室内声压级,(二)室内声压级,3.室内总声场,室内
21、某点的声压级为,括号内第一项来自直达声。表达了直达声场对该点声压级的影响，r愈大， 该项值愈小，即距声源愈远，直达声愈小； 第二项来自混响声。当r较小，即接受点离声源很近时， ，室内声 场以直达声为主，混响声可忽略；反之,则以混响声为主，直达声忽略不计，此时声压 与r无关。 当 时，直达声与混响声声能密度相等，r称为临界半径(Q=1时的 临界半径又称为混响半径)，记为 。,【讨论】,(二)室内声压级,3.室内总声场,临界半径为,临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。 房间内吸声状况愈好，声源指向性愈强，临界半径则愈大，在声源周围较大范围内可近似地视为自由声场；反之房间内大部分范围可视为混响声
22、场。,【讨论】,【例】设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz 的声功率级为90dB，同频带下的房间常数为50m2， 求距声源10m处之声压级。,解： (1)由声源位置可得其室内指向性因数Q=2。,将式中各参量绘制成图，可以简便地确定出室内距声源 r处的某点稳态声压级 Lp。,图 室内声压级计算图,A,B,-11,【例】设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz 的声功率级为90dB，同频带下的房间常数为50m2， 求距声源10m处之声压级。,解： (1)由声源位置可得其室内指向性因数Q=2。(2)由图Q2与r10m两线的交点A做垂线(虚线) ，与 50m2的曲线交于B点，由B向左方做水平线
23、与纵轴相交，从而确定相对声压级 ，即 -11dB。(3)计算距声源10m处之声压级为 (dB),(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,设吸声降噪前后室内平均吸声系数分别为 和 ；吸声量分别为 和 ；混响时间分别为 和 ，则吸声降噪效果为 或,(三)吸声降噪量计算,混响时间可测，计算吸声降噪量，免除了计算吸声系数的麻烦和不准确,【例】尺寸为14m10m3m，体积为420m3，面积为424m2 的控制室内有一台空调，安装在10m3m墙壁的中心部位，试 通过设计计算使距噪声源7m处符合NR-50曲线。, 记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等； 记录噪声的倍频程声压级
24、测量值； 记录NR-50的各个倍频程声压级； 计算需要降噪量； 处理前混响时间的测量值，并计算出处理前平均吸声系数； 计算出处理后平均吸声系数； 参考各种材料的吸声系数，然后选材确定控制室各部分的装修。,【例】尺寸为14m10m3m，体积为420m3，面积为424m2 的控制室内有一台空调，安装在10m3m墙壁的中心部位，试 通过设计计算使距噪声源7m处符合NR-50曲线。,解：设计计算步骤见表,【例】某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构，槽形混凝土 板平顶，混凝土地面，墙面为水泥石灰粉刷砖墙。车间内配置 有860t冲床40台，80t和160t冲床各1台。在车间内中央一点 测定的噪声频率特性如图中
25、曲线A所示，噪声频带较宽广 ，车间内总声压级达到95dB，干扰严重，试设计降噪方案。,图 冲床车间噪声频谱特性,【分析】：冲床噪声是断续脉冲声，车间内冲床台数较多，操作人员相互受其它冲床的干扰，采用吸声处理降低混响声，可大大减少人员每天的噪声暴露强度。,（1）由图可知，200Hz 以上的频带噪声超过允许标准NR85曲线，其中以250、500、1000Hz 最为严重，因此，这些频带的噪声为吸声处理的重点，并取吸声峰值在500Hz附近。 （2）经测量，穿孔板共振吸声结构的吸声峰值位于500Hz附近，与设计要求基本相符。 （3）采用穿孔板共振吸声结构，吸声材料布置方式和结构如图所示,解,图 吸声材料
26、的布置和结构,护面层为孔径6mm、孔距6mm、 穿孔率11%的穿孔硬质纤维板 ，内填厚50mm的超细玻璃棉， 外包棉花纸，容积密度为20 /m3，空腔厚度为0.5m。穿孔 板共振吸声结构悬挂在平顶 下，面积约为510m2，周围侧 墙采用软质纤维板（半穿孔） 吸声材料，面积约为170m2。,（4）现场测定吸声处理前、后车间总吸声量 、 ，计算，得各频率噪声降低量如表。总噪声降低量为5dB，降噪效果明显。,【分析】：对高声级车间吸声减噪只是控制噪声的手段之一，对操作人员近旁的噪声还应采用其他措施，如改革冲击结构、应用围蔽结构或个人防护等，才能达到噪声标准规定允许的要求,总噪声降低量为5dB，降噪效果明显。,表 各频率噪声降低量,小结,吸声降噪量的计算,
