6.1吸声评价方法吸声材料与吸声结构

噪声与振动控制技术主讲：盛美萍•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity西北工业大学精品课程专业核心课程振动与噪声控制技术本讲内容•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声评价方法吸声材料与吸声结构•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声评价方法评价参数•吸声系数•吸声量•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声系数•垂直入射的吸声系数•混响吸声系数•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity请你思考•垂直入射吸声系数与混响吸声系数孰大孰小？•为什么？•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity什么样的材料可以作吸声材料？工程中通常采用125、250、500、1000、2000、4000Hz六个倍频程中心频率处的吸声系数，来衡量某一材料或结构的吸声频率特性，并且只有在这六个倍频程中心频率处的吸声系数的算术平均值都大于0.2的材料，才作为吸声材料或吸声结构使用。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声量•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声量计算举例•一个房间总面积为100平方米，其中窗户面积为10平方米，门的面积为5平方米，已知墙体的吸声系数为0.05，玻璃窗的吸声系数为0.10，门的吸声系数为0.30，试求该房间总的吸声量。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声量计算举例平方米•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声降噪原理噪声源接收处吸声处理直达声混响声•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity室内噪声特性•壁面材料的吸声系数越小，对声音的反射能力越大，混响声相应越强，噪声源产生的噪声级就提高得越多。一般的工厂车间，壁面往往是坚硬的，对声音反射能力很强，如混凝土壁面、抹灰的砖墙、背面贴实的硬木板等。由于混响作用，噪声源在车间内所产生的噪声级比在露天广场所产生的要提高近十分贝。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声降噪常用措施及效果•措施•1，安装吸声材料饰面•2，悬挂空间吸声体•效果•只能减弱来自吸声面或吸声体的反射声，即混响声；•对于直达声没有降噪效果。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声降噪效果预估•降噪量•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声材料与吸声结构吸声材料（一般为多孔性材料）•按成型分：制品类、沙浆类•按材料分：玻璃棉、岩棉、矿棉等•按多孔形成机理及结构状况分：纤维状、颗粒状、泡沫塑料等•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity多孔性材料吸声机理和吸声特性•条件：大量孔隙、孔孔连通•机理：多次反射损耗能量•特性：主要吸收中高频噪声•适当增加厚度和容重可以改善低频吸声性能•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity多孔性材料吸声性能影响因素•1，流阻•2，材料厚度•3，材料容重•4，湿度和温度•5，空气层•6，装饰面•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity流阻对吸声性能的影响•流阻是评价吸声材料或吸声结构对空气粘滞性能影响大小的参量。通常将吸声材料或吸声结构的流阻控制在一个适当的范围内，吸声系数大的材料或结构，其流阻也相对比较大，而过大的流阻将影响通风系统等结构的正常工作，因此在吸声设计中必须兼顾流阻特性。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity厚度对吸声性能的影响•吸声材料的厚度决定了吸声系数的大小和频率范围。增大厚度可以增大吸声系数，尤其是增大中低频吸声系数。同一种材料，厚度不同，吸声系数和吸声频率特性不同。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity容重对吸声性能的影响•材料的容重是指吸声材料加工成型后单位体积的重量。有时，也用空隙率来描述。材料的容重或空隙率不同，对吸声材料的吸声系数和频率特性有明显影响。一般情况下，密实、容重大的材料，其低频吸声性能好，高频吸声性能较差；相反，松软、容重小的材料，其低频吸声性能差，而高频吸声性能较好。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity温湿条件对吸声性能的影响•湿度对吸声性能影响十分明显。随着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声性能下降，吸声频率特性也将改变。•温度对吸声性能有一定影响。温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时，低频吸声性能下降。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity空气层对吸声性能的影响•在实际工程结构中，为了改善吸声材料的低频吸声性能，通常在吸声材料背后预留一定厚度的空气层。•空气层的存在，相当于在吸声材料后又使用了一层空气作为吸声材料。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity装饰面对吸声性能的影响•不同的装饰面将不同程度地影响吸声材料的吸声性能。但当护面材料的穿孔率（穿孔面积与护面总面积的比值）超过20%时，这种影响可以忽略不计。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity常用吸声材料的吸声特性•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity常用建筑材料的吸声特性•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity常用建筑材料的吸声特性•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity吸声结构•共振吸声机理•赫姆霍兹共振吸声器•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity赫姆霍兹共振吸声器特性KMF•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity赫姆霍兹共振吸声器特性•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity等效刚度•等效绝热过程•近似地•因此等效分析赫姆霍兹共振吸声器的固有频率赫姆霍兹共振器吸声机理•赫姆霍兹共振吸声器达到共振时，声抗最小（为零），振动速度最大，相当于吸收入射声波的能力最强。•如果考虑赫姆霍兹共振器的阻尼，则共振时声能量的消耗也最大。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity常用吸声结构•空气层吸声结构•薄膜共振吸声结构、板共振吸声结构•穿孔板吸声结构•微穿孔板吸声结构•吸声尖劈•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity空气层吸声结构•在多孔材料后留一定厚度的空气层，形成空腔，可有效改善低频的吸声性能。优点是：在不增加材料厚度的条件下，提高低频的吸声性能，节省吸声材料的使用，通常推荐空气层厚度为50~300mm。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity•空气层吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构•为了改善低频特性，常采用薄膜或薄板结构，板后预留一定的空间，形成共振声学空腔；有时为了改进系统的吸声性能，还在空腔中填充纤维状多孔吸声材料。这一类结构，统称为薄膜（薄板）共振吸声结构。空气层膜状材料薄膜、薄板共振吸声机理•薄膜的弹性和薄膜后空气层弹性共同构成了共振结构的弹性，而质量由薄膜结构的质量确定，在低频时，可以将这种共振结构理解为单自由度的振动系统，当膜受到声波激励且激励频率与薄膜结构的共振频率一致时，系统发生共振，薄膜产生较大变形，在变形的过程中，薄膜的变形将消耗能量，起到吸收声波能量的作用。•因薄膜的刚度小，因而系统的固有频率低，由此构成的共振吸声结构的主要作用在于低频吸声性能。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity薄膜、薄板共振吸声结构膜状材料空气层吸声材料填充前填充后频率吸声系数穿孔板吸声结构•由穿孔板构成的共振吸声结构被称做穿孔板共振吸声结构。工程中有时也按照板穿孔的多少将其分为单孔共振吸声结构和多孔共振吸声结构。•可以通过在小孔颈口部位加薄膜透声材料或多孔性吸声材料以改善穿孔板吸声结构的吸声特性，也可以通过加长小孔的有效颈长来改变其吸声特性等。穿孔板吸声结构•多孔共振吸声结构可看成单孔共振吸声结构的并联结构。•多孔共振吸声结构的吸声性能比单孔共振吸声结构好，通过孔参数的优化设计可以有效改善其吸声频带等性能。•多孔共振吸声结构共振频率与单孔相同，需要注意的是，式中的体积应该用每个孔单元实际分得的体积，也可用穿孔板的穿孔率表示成，穿孔板结构吸声特性•穿孔面积越大，吸声频率就越高；•空腔或板的厚度越大，吸声频率就越低。•吸声带宽定义为吸声系数下降到共振时吸声系数的一半的频带宽度，穿孔板的吸声带宽通常只有几十赫兹到几百赫兹，为了提高其吸声性能与吸声带宽，可采用的方法有•(1)空腔内填充纤维状吸声材料；•(2)降低穿孔板孔径，提高孔口的振动速度和摩擦阻尼；•(3)在孔口覆盖透声薄膜，增加孔口的阻尼；•(4)组合不同孔径和穿孔率、不同板厚度、不同腔体深度的穿孔板结构。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity微穿孔板吸声结构•微穿孔板吸声结构是一种板厚度和孔径都小的穿孔板结构，其穿孔率通常只有1%~3%，其孔径一般小于3mm。微穿孔板吸声结构同样属于共振吸声结构，其吸声机理与穿孔板结构也基本相同。•与普通穿孔板吸声结构相比，其特点是吸声频带宽、吸声系数高，缺点是加工困难、成本高。微穿孔板吸声结构也可以组合成双层或多层结构使用，以进一步提高其吸声性能。空间吸声体•空间吸声体是一种高效的、自成体系的吸声结构，它主要由多孔性吸声材料加外包装构成，不需要壁板等结构一起形成共振空腔。其特点是吸声性能好、便于安装，要求是质量轻、便于施工等。因此，空间吸声体常采用超细玻璃棉作为填充材料，采用木架或金属框等为支撑结构，采用玻璃丝布作为外包装材料，有时也采用穿孔率大于20%的穿孔板作为外包装，但采用此包装时相对重量和价格比采用玻璃丝布要高。•Prof.ShengMeiping•NorthwesternPolytechnicalUniversity空间吸声体框架超细玻璃棉玻璃布穿孔板•Pr