第6章-吸声降噪技术

1第6章吸声降噪技术学习目的与要求：掌握吸声材料的分类以及吸声系数、吸声量的概念；了解吸声系数的测量方法；掌握多孔吸声材料的吸声原理、影响多孔吸声材料吸声特性的因素；掌握各类共振吸声结构及其设计计算；掌握室内声场的概念及其声能计算，掌握室内声衰减的规律及混响时间的概念及其计算；掌握吸声降噪量的计算。2吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技术称为吸声技术。一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低约3～5dBA，使噪声严重的车间降噪6～10dBA。第6章吸声降噪技术3吸声材料一室内吸声降噪三吸声结构二第6章吸声降噪技术4吸声材料的基本类型在噪声污染控制工程中，吸声材料和吸声结构常用来降低室内噪声。吸声材料按吸声机理可分为多孔吸声材料和共振吸声结构两大类。吸声材料多孔性吸声材料共振吸声结构纤维状颗粒状泡沫状穿孔板共振吸声结构薄膜共振吸声结构薄板共振吸声结构吸声材料一51）多孔吸声材料多孔吸声材料的内部和表面都有很多微小的细孔，孔和孔之间相互联通并直接与外界大气相连，具有一定的通气性。声波在空隙内传播时会引起经络间的空气来回运动，与静止的经络相互摩擦，由于空气的粘滞性和空气与经络之间的热传导作用，使声能转化为热能而消耗掉，从而起着吸收声能的作用。6多孔吸声材料及其种类①无机纤维材料无机纤维材料主要有超细玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品。②泡沫塑料常用做吸声材料的泡沫塑料主要有聚氨酯、聚醚乙烯、聚氯乙烯、酚醛等。③有机纤维材料如棉麻、甘蔗、木丝、稻草等④建筑吸声材料如加气混凝土、微孔吸声砖、膨胀珍珠岩等72）共振吸声结构共振吸声结构是利用共振原理做成的各种吸声结构，用于对低频声波的吸收。最常用的共振吸声结构可分为单个共振式吸声结构(包括薄膜、薄板共振吸声结构)、穿孔板吸声结构和微穿孔吸声结构。主要由骨架、护面层、吸声层等组成。8表1不同护面形式的吸声结构图1有护面的多孔材料吸声结构93)空间吸声体空间吸声体是由框架、吸声材料和护面结构做成具有各种形状的单元体，其降噪量一般为10dB左右。常用的几何形状有平面形、圆柱形、棱形、球形、圆锥形等，其中球体的吸声效果最好。图2空间吸声体10吸声体11空间吸声体的高频吸收效果随着吸声体尺寸的减小而增加，低频吸收效果则随着吸声体尺寸的加大而升高。空间吸声体的吸声性能主要由所用吸声材料核材料的填充方式所决定。124)吸声尖劈吸声尖劈是一种楔子形的空间吸声体，由金属网架内填充多孔吸声材料构成，吸声性能十分优良。吸声尖劈的形状有等腰劈状、直角劈状、阶梯状、无规状等。通常可分为尖部和基部两部分。安装时在尖壁和壁面之间留有空气层。图3吸声尖劈构造示意1—金属板；2—穿孔金属板；3—玻璃棉；4—共振腔13吸声尖劈用于消声室的特殊吸声结构。从尖劈的尖端到基部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到多孔材料的阻抗的，因而实现了很好的阻抗匹配，使入射声能得到高效的吸收。14吸声材料一(一)吸声系数(二)吸声量(三)多孔吸声材料15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aiEEaEiE【讨论】：表示材料吸声能力的大小，值在0～1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。16吸声系数的影响因素材料的结构使用条件声波频率吸声系数影响因素25341材料的性质声波入射角度17【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、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz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。18工程设计中常用的吸声系数有无规入射吸声系数、垂直入射吸声系数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)T0【声波入射角度】19吸声系数的测量混响室法吸声系数(无规入射吸声系数)：把被测吸声材料(或吸声结构)按一定的要求放置于专门的声学试验室——混响室中进行测定。将吸声材料(或吸声结构)放进混响室内，使不同频率的声波以相同机率从各个角度入射到材料(或结构)的表面，然后根据混响时间的变化来确定材料(或结构)的吸声性能。用此方法所测得的吸声系数，称为混响室吸声系数或无规入射吸声系数，记作。这种测量方法与吸声材料在实际应用中声波入射的情况比较接近。在吸声减噪设计中采用。T20声音经过物体多次反射后到达受声点的反射形成的声场叫混响声场。混响室是指具有扩散声场的实验房间,它吸声很小,混响时间很长,室内声波经过多次反射形成声能的均匀分布。21混响室的设计要求尽量加长空房间的混响时间以保证室内声场扩散。混响室的体积比较大(一般大于180m3)，壁面坚实、光滑具有良好的声反射特性，在测量的声音频率范围内反射系数大于0.98。常用的材料有瓷砖或水磨石等。混响室的体形常采用不规则房间或者边长成调和级数比的矩形房间。所有混响室的侧壁都是声反射并且反平行的，或者在壁面上装设凸出的圆柱面或者用V形墙。这样声音就可以很好的分布至整个空间。混响室的设计要求222324驻波管法简便、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25驻波管法将被测材料置于驻波管的一端，从驻波管的另一端向管内辐射平面波，声波垂直入射到材料表面，部分吸收，部分反射。反射的平面波与入射波相互叠加产生驻波，波腹处的声压为极大值，波节处的声压为极小值。26利用探管可测出声压的极大值pmax和极小值pmin。pmax和pmin之比称为驻波比。驻波比n与反射系数r和法向吸声系数(或驻波管吸声系数）α0的关系为:220141,11nnrnnr27驻波管法比混响室法简单方便，但所得的数据与实际情况相比有一定误差。混响室法和驻波管法测得的吸声系数可按下表进行换算。0.10.20.30.40.50.60.70.80.90.250.400.500.600.750.850.900.9810T表与的换算关系0T28吸声材料一(一)吸声系数(二)吸声量(三)多孔吸声材料29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）ASAS【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。30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）11nniiiiiAASiAiiS31首先分别计算各个面的吸声量地面吸声量＝24×0.02＝0.48m2墙面吸声量＝60×0.05＝3m2平顶吸声量＝24×0.25＝6m2总吸声量＝9.48m2平均吸声系数＝9.48/（24＋60＋24）＝0.088【例】有一个房间，其尺寸为长6米、宽4米、高3米，500Hz时地面吸声系数为0.02，墙面吸声系数为0.05，平顶吸声系数为0.25，求总吸声量和平均吸声系数。111SA222SA333SA321AAASA32吸声材料一(一)吸声系数(二)吸声量(三)多孔吸声材料33多孔吸声材料多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主；目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或粘结成毡状或板状。341吸声原理声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波反射，部分声波透入材料内部微孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的摩擦阻力使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热交换也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。(三)多孔吸声材料35(三)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36丝质吸声材料37混凝土复合吸声型声屏障38轻质复合吸声型声屏障39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40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。412.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。所以多孔吸收材料常用于高中频噪声的吸收。42吸声性能的影响因素厚度吸声性能影响因素25341孔隙率与密度空腔使用环境护面层431厚度对吸声性能的影响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2～5cm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。44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。2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速度之比。uPRf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451－材料流阻较低；2－材料流阻较大；3－材料流阻很大。46低Rf：低频段吸收很低，中、高频带吸收较好；高Rf：低频段有所提高，中、高频带明显下降。合理的Rs：Rs=1000/d，单位：瑞利/cm，d材料厚度，cm；或2ρ0cRf4ρ0c,即：800Rf1600瑞利（Pa.s/m）流阻描述多孔材料的透气性，一般可采用调整材料的体积密度来调节Rf。47【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。48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（低频）；空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。3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49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5～10cm。天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取