吸声降噪

环境噪声控制工程第五章吸声降噪5.1概述5.2多孔吸声材料5.3共振吸声结构5.4特殊吸声结构5.5吸声设计5.1概述5.1.1吸声与吸声材料的概念5.1.2吸声机理5.1.3吸声材料的基本类型5.1.4表示材料吸声性能的量5.1.1吸声与吸声材料的概念吸声：声波通过媒质或入射到媒质分解面上时声能的减少过程，称为吸声或声吸收。材料吸声：当媒质的分界面为材料表面时，部分声能被吸收的现象，称为材料吸声。吸声材料：具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。微穿孔板吸声版，用于墙面、天花板；穿孔率，1.8%注：直达声及混响声噪声受害者保护及吸声示意图5.1.2吸声机理粘滞性热传导效应5.1.3表示材料吸声性能的量1.吸声系数2.吸声量3.声阻抗1.吸声系数a.定义：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。IiriirEEEEE11.吸声系数b.表示方法：考虑到入射方向的不同无规入射吸声系数（混响室法）垂直入射吸声系数数（驻波管法）斜入射吸声系数αo0.10.200.300.400.500.600.700.80αr0.250.400.500.600.750.850.900.98表5.1垂直入射及无规则入射吸声系数关系注：混响室法获得吸声系数大于驻波管法获得吸声系数1.吸声系数b.表示方法：考虑到频率特性：平均吸声系数:材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。降噪系数：是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸声系数的算术平均值。表5.2不同厚度、不同频率隔声板吸声系数图5.1材料的吸声频谱2.吸声量表示方法：SA一个房间的总吸声量：iiiiiASA墙面吸声量室内物品吸声量3.声阻抗a.声阻抗：媒质在一定表面上声阻抗是该表面上有效平均声压与通过该表面上的有效体积速度的比值。uPZAb.声阻抗率：媒质上某点的声阻抗率是媒质中某一点的有效声压与该点的有效质点速度的比值。uPZS3.声阻抗c.声学意义：对自由平面声波：cZS0平面声波从空气中入射到材料表面时：20000000011221122211cZcZcZcZccccrrPP5.1.4吸声材料的基本类型吸声材料多孔性吸声材料共振吸声结构特殊吸声结构纤维状颗粒状泡沫状穿孔板共振吸声结构单个共振器空间吸声体吸声尖劈薄膜共振吸声结构薄板共振吸声结构主要吸声材料的种类5.2多孔吸声材料5.2.1吸声机理5.2.2吸声材料构造特性5.2.3多孔吸声材料的吸声特性几种多孔性吸声材料多孔玻璃棉5.2.1吸声机理及材料构造特征1.吸声机理：振动引起摩擦生热，声能转变成热能；空隙中的空气与孔壁之间进行热交换，使声能被吸收压缩、膨胀、摩擦、产热降低声音能量2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。两个重要条件：一是具有大量的、均匀的孔隙；二是孔之间要连通，表面向外敞开。.常见品种：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉、泡沫塑料、毛毡等。.吸收频率：中频、高频，背后有空气层时能吸收低频。表5.3不同材质在不同密度、厚度时，吸声系数5.2.3多孔吸声材料的吸声特性2.影响材料吸声的因素a.材料的空气流阻b.材料的密度或孔隙率c.材料厚度的影响d.材料后空气层的影响e.材料装饰面的影响f.温度、湿度的影响a.材料的空气流阻（Rf）定义：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。uPRf比流阻：指单位厚度材料的流阻。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a.材料的空气流阻（Rf）1.材料流阻较低；2.材料流阻较大；3材料流阻很大b.材料的密度或孔隙率孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。随着材料密度的增大;最大吸收系数amax向低频方向移动.5厘米厚玻璃棉密度变化对吸声系数的影响c.材料厚度的影响c.材料厚度的影响密度相同厚度变化对吸声系数的影响注：随着厚度增加，中低频吸声系数显著增加，高频变化不大，总有较大的吸收。d.材料后空气层的影响厚度增加，对低频噪声吸收有利e.材料装饰面的影响作用：保护吸声材料，防止污染环境。种类：护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。要求：要有良好的通气性。f.温度、湿度的影响主要种类常用材料实例使用情况纤维材料有机纤维材料动物纤维：毛毡价格昂贵，使用较少。植物纤维：麻绒、海草、椰子丝防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。无机纤维材料玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤维易污染环境或难以加工成制品。矿渣棉：散棉、矿棉毡吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，污染环境施工扎手。纤维材料制品软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等装配式加工，多用于室内吸声。颗粒材料砌块矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖多用于砌筑界面较大的消声装置。板材珍珠岩吸声装饰板质轻、不燃、保温、隔热。泡沫材料泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测其他吸声型泡沫玻璃强度高、防水、不燃、耐腐蚀加气混凝土微孔不贯通，使用少常用吸声材料的使用情况5.3共振吸声结构特点：低频吸收性能好；装饰性强；强度足够；声学性能易于控制。5.3共振吸声结构5.3.1共振吸声机理5.3.2常用共振吸声结构5.3.1共振吸声机理空腔共振吸声结构及类比系统a）亥姆霍兹器示意图；（b）机械类比系统；（c）穿孔板吸声结构5.3.1共振吸声机理dtVScf4)(20共振频率：S—颈口面积，cm2；V—空腔容积，cm3；t—孔径深度，cm;δ—开口末端修正量Vtd5.3.2常用共振吸声结构1.穿孔板吸声结构2..薄膜吸声结构3.薄板吸声结构1.穿孔板吸声结构穿孔率（P）=穿孔面积/总面积穿孔面积越大，吸声频率越高。吸声频带：低中频噪声，吸声系数：0.4-0.7薄板厚度：2-5mm孔径：2-4mm穿孔率：1%-10%1.穿孔板吸声结构单孔时系统共振频率：)(20tLPcf多孔时系统共振频率：dtVScf4,)(20式中P－穿孔率，穿孔面积与总面积之比L－板后空气层厚度，cm圆孔正方形排列：圆孔三角形排列：2)(4BdP2)(32BdP式中d为孔经dBdB例题5-1穿孔板厚4mm,孔径8mm，孔距20mm,穿孔按正方形排列，穿孔板背后留10cm空气层。求其共振频率。125.00.28.0414.3422BdP【解】（1）穿孔率：（2）共振频率：HztLPcf590)8.08.04.0(10125.014.3234000)(202.薄膜吸声结构种类:皮革、人造革、塑料薄膜特点：不透气、柔软、受张拉时有弹性吸声机理：与后面的空气层形成共振系统，振动引起摩擦生热，声能转变成热能，使声能被吸收。2.薄膜吸声结构系统共振频率：空气层膜状材料LMLMcf0020060021吸声频带：200-1000Hz，吸声系数：0.35M0-膜的单位面积质量，kg/㎡；L:膜和刚形体间距离3.薄板吸声结构概念：薄的板材与后面的框架和封闭的空气间层构成的振动系统叫做薄板吸声结构。种类:胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等特点：有弹性、也有刚度吸声机理：与后面的空气层形成振动系统，振动引起摩擦生热，声能转变成热能；空隙中的空气与孔壁之间进行热交换，使声能被吸收3.薄板吸声结构系统共振频率：0020021MKLMcf吸声频带：80-300Hz，吸声系数：0.2-0.5薄板厚度：3-6mm空气层厚度：3-10mmK—结构的刚性因素5.4特殊吸声结构5.4.1空间吸声体5.4.2吸声尖劈5.4.1空间吸声体特点：悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料；便于安装，装拆灵活。5.4.2吸声尖劈尖劈长度无固定值，越长越好，尖劈低频吸声性能好，其截止频率约68.8～86Hz。宽度一般取0.3～0.4m，底座厚度为0.1m。一般3个尖劈与底座组成一个单元。5.4.2吸声尖劈思考题：1.常用吸声材料及结构分类？其特点？2.吸声系数及降噪系数概念？多孔及共振吸声结构吸声原理？3.求0.5mm厚的钢板和5厘米的空腔组成的薄板共振吸声结构的吸声频率，钢板密度（7800kg/M3)?5.5吸声设计对于封闭的房间内，除了有由噪声源直接传来的直达声外，还有房间壁面(墙壁、天花板、底面等)的多次反射而形成的混响声。直达声和混响声两者叠加，使得室内声级提高。解决这一问题的有效方法就是采用吸声处理，即在房间壁面上铺设吸声材料或设置吸声结构，或在房间中悬挂空间吸声体，使得反射声波被吸收、减弱，从而达到吸声减噪的目的。因此，吸声处理只能降低房间的混响声，对直达声不起作用。（吸声量：吸声系数与所使用材料面积的乘积，A，m2。）SAiiiiiSAA5.5.1吸声减噪量计算5.5.2吸声降噪设计5.5.3吸声设计案例5.5.1吸声降噪量计算室内声声场扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向作无规分布的声场叫扩散声场。室内声场直达声场混响声场5.5.1吸声降噪量计算室内声场声压级计算室内吸声降噪量的确定1.室内声场声压级计算（1）.直达声场的计算：距点声源r处的声强为Q---声源的指向性因数点声源位于自由场空间，Q=1;置于无穷大刚性平面上，Q=2;声源置于两个刚性平面的交线上，Q=4;声源置于三个刚性反射面的交角上，Q=8）crQWcpDrcQWcIpdddd222224424rQWId距点声源r处的声压及声能密度为：声源的指向性因数1.室内声场声压级计算声压级的计算：2022024lg10lg10prcQWppLddpcIp202000020024lg10lg104lg104lg10IrQ24lg10rQLLWpd直达声场声压级1.室内声场声压级计算（2）.混响声场：自由程：声波每相邻两次反射所经过的路程称作自由程。平均自由程：室内自由程的平均值。SVd4cSVcd4声速为c时，声波传播一个自由程所需的时间为：单位时间内平均反射次数为：VcSn411.室内声场声压级计算单位时间声源向室内贡献的混响声能为：)1(WVDrVDr混响声的声能为：反射一次，壁面吸收的声能为：单位时间内壁面吸收的声能为：VcSVDnVDrr4稳态时：VcSVDWr4)1(1.室内声场声压级计算1SR室内的混响声能密度为：设：混响声场中的声压为：cSWDr)1(4cRWDr4RcWpr42房间常数：越大，室内吸收大，反射小；混响程度低1.室内声场声压级计算（混响声场）相应声压级为：0202024lg104lg10lg10RIWRpcWppLdprRRLLWpr4lg10混响声场声压级1.室内声场声压级.总声场：cRWcrWQDDDrd442RrQcWppprd442222RrQLLWp44lg102总声场声压级室内声场声压级公式分析RrQ442RrQ442即，r很小，声场以混响声为主即，r很大，声场以直达声为主RrQ442直达声声能密度和混响声能密度相等2.室内声场吸声降噪量的确定QRrc14.0（1）当直达声与混响声的声能相等时的距离称为临界半径。RrQ442Q=1时的混响半径称为混响半径。意义：当受声点与声源的距离