噪声控制工程第七章吸声降噪技术

噪声污染控制工程1/94南通大學第七章吸声降噪技术7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量7.2多孔性吸声材料7.3共振吸声结构7.4室内声场和吸声降噪噪声污染控制工程2/94南通大學第一节吸声材料的分类和吸声性能评价量一、吸声材料的分类吸声声波在介质中传播的过程中，声能量产生的衰减空气吸声材料吸声吸声材料、吸声结构噪声污染控制工程3/94南通大學在噪声控制工程设计中，常用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声，尤其在体积较大，混响时间较长的室内空间，应用相当普遍。吸声材料按其吸声机理来分类，可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构两大类。噪声污染控制工程4/94南通大學１、多孔性吸声材料多孔性吸声材料的内部有许多微小细孔直通材料表面，或其内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通气性能。凡在结构上具有以上特征的材料都可以作为吸声材料。吸声材料大体可分四大类：无机纤维材料如玻璃棉，岩棉及其制品有机纤维材料棉麻植物纤维及木质纤维制品泡沫材料泡沫塑料和泡沫玻璃，泡沫陶瓷等颗粒材料膨胀珍珠岩，微孔吸声砖等。噪声污染控制工程5/94南通大學玻璃棉噪声污染控制工程6/94南通大學泡沫塑料噪声污染控制工程7/94南通大學泡沫玻璃噪声污染控制工程8/94南通大學泡沫陶瓷噪声污染控制工程9/94南通大學泡沫混凝土噪声污染控制工程10/94南通大學膨胀珍珠岩噪声污染控制工程11/94南通大學２、共振吸声结构当吸声结构的固有频率与声波频率一致时，由于共振作用，声波激发吸声结构产生共振，从而消耗声能量，达到吸声的目的。——共振吸声结构常见的有穿孔板吸声结构，微穿孔板吸声结构，薄板和薄膜吸声结构等。空间吸声体——吸声材料吸声尖劈噪声污染控制工程12/94南通大學二、吸声性能评价量１、吸声系数材料吸收的声能与入射到材料上的总声能量之比。可用吸声系数来描述吸声材料或吸声结构的吸声特性。通常把的材料为吸声材料1iriiaEEEEE2.0噪声污染控制工程13/94南通大學吸声系数与声波的频率、声波的入射方向有关，吸声系数可以表示为频率的函数。多孔吸声材料在中、高频段有较大的吸声系数共振吸声结构在共振频率附近吸声系数大噪声污染控制工程14/94南通大學2、吸声系数的分类与测量吸声系数垂直入射阻抗管法斜入射无规入射混响室法噪声污染控制工程15/94南通大學（1）驻波管方法将被测材料置于驻波管的一端，用声频信号发生器带动扬声器，从驻波管的另一端向管内辐射平面波，声波以垂直入射方式入射到材料表面，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。根据测得的驻波声压极大值和极小值，就可以计算出垂直入射吸声系数。2014αss驻波比）(sminmaxPP噪声污染控制工程16/94南通大學基于振幅合成,产生驻波时:riPPPmaxriPPPmin驻波比s11ssrppprrPPs11minmax波腹：波节：irpPPr反射系数噪声污染控制工程17/94南通大學声强系数与声压系数之间为平方关系，即：222pirirIrPPIIr由于IIr1220141ssrp噪声污染控制工程18/94南通大學驻波管，主体是一根内壁光滑而坚硬的刚性管，形状可以是方管也可是圆管。管的横向尺寸（圆管的直径或方管的边长）应小于最高测试频率对应波长的二分之一。管子的长度应大于最低测试频率对应波长的二分之一噪声污染控制工程19/94南通大學（2）传递函数法同时测定两处瞬时声压值，经计算得出两测点之间的传递函数复反射系数fpfpfH1212jkljksjkseHeeH21212201噪声污染控制工程20/94南通大學（3）混响室法所谓混响室指可以基本形成扩散场的房间，它要求能量密度均匀在各个传播方向作无规分布的声场，在此声场中任何一点所接收到的各个方向的能量将是相等的。这种房间吸声量较小，混响时间较长，它需要一定的房间体积，与表面吸声系数最小。混响吸声系数反映了声波从不同的角度以相同的机率入射时的综合吸声系数，与实际工程使用情况较接近，因此工程实践中多采用混响吸声系数来评价吸声特性，在声学设计和噪声控制中也多采用此评价参数。噪声污染控制工程21/94南通大學噪声污染控制工程22/94南通大學吸声量总吸声量平均吸声系数1211161.0TTSVsSAiiSAiiiSS1噪声污染控制工程23/94南通大學推导1122161.0161.0AVTAVT1122161.0161.0TVATVA121211161.0TTVAA噪声污染控制工程24/94南通大學ssSASSSASA11112112112111211161.011161.0TTSVTTSVSAAsss噪声污染控制工程25/94南通大學例.在一个5.2×6.1×3.7m3的房间内，地板、墙壁和天花板的吸声系数分别是0.2，0.45，0.6，试求该房间的平均吸声系数？解：各表面的面积是：地板：墙：天花板：平均吸声系数：2.0,72.311.62.5121mS6.0,72.313213mSS45.0,62.837.321.622.5222mS43.072.3162.8372.316.072.3145.062.832.072.31噪声污染控制工程26/94南通大學3、吸声性能的单值评价量平均吸声系数工程中通常采用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。降噪系数6400020001000500250125420001000500250NRC噪声污染控制工程27/94南通大學第二节多孔性吸声材料一、多孔性吸声材料的吸声机理多孔性吸声材料具备条件内部有许多孔隙，且分布均匀而细小孔隙与材料表面相通，具有通气性孔隙相互连通，不是封闭的压缩、膨胀、摩擦、产热降低声音能量噪声污染控制工程28/94南通大學二、影响多孔性吸声材料吸声性能的因素空气流阻稳定气流通过多孔性吸声材料时，材料两面的静压差和气流线速度之比。反映空气通过多孔材料时阻力大小。空隙率材料内部空气体积与材料总体积之比材料厚度材料厚度的增加，吸声最佳频率向低频方向移动；厚度每增加1倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程；Dcfr41噪声污染控制工程29/94南通大學噪声污染控制工程30/94南通大學材料平均密度随着材料密度的增大，最大吸收系数向低频方向移动。背后空腔吸声材料背后具有一定厚度的空腔，其作用相当于加大材料的有效厚度，可改变低频的吸声性能。空腔厚度为垂直入射声波1/4波长时，吸声系数最大，若为1/2波长，或是整数倍时，吸声系数最小。噪声污染控制工程31/94南通大學噪声污染控制工程32/94南通大學噪声污染控制工程33/94南通大學护面层多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等穿孔板，穿孔率超过20%薄膜，厚度小于0.05mm温度和湿度温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时，低频吸声性能下降随着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声材料中的空气不再连通，空隙率下降，吸声性能下降噪声污染控制工程34/94南通大學噪声污染控制工程35/94南通大學噪声污染控制工程36/94南通大學第三节共振吸声结构一、概述薄板或薄膜共振吸声结构单空腔共振吸声结构穿孔共振吸声结构微穿孔共振吸声结构噪声污染控制工程37/94南通大學第三节共振吸声结构二、薄板与薄膜共振吸声结构当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的封闭空气层，就构成了薄板共振吸声结构声波入射到薄板激起板面振动使板发生弯曲变形，由于板和固定支点之间的磨擦，以及板本身内的耗损，于是声能转化为热能，在共振频率处，消耗声能最大，吸声系数最大其它频率吸声系数相对较小。龙骨空气层垫衬薄板噪声污染控制工程38/94南通大學共振频率D20cK空气的弹性系数ArKf21DDcfAAr602120噪声污染控制工程39/94南通大學薄板材料可用胶合板，纤维板，石膏板或水泥板。薄膜吸声结构的共振频率通常在200Hz～1000Hz范围，最大吸声系数约为0.3～0.4，一般作为中频范围的吸声材料。薄板共振吸声结构的共振频率通常在80Hz～300Hz范围噪声污染控制工程40/94南通大學噪声污染控制工程41/94南通大學噪声污染控制工程42/94南通大學三、穿孔板共振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，它也是工程中常用的共振吸声结构。对于多孔共振吸声结构，实际上可以看成单孔共振吸声结构的并联结构，因此，多孔共振吸声结构的吸声性能要比单孔共振吸声结构的吸声效果好，通过孔参数的优化设计可以有效改善其吸声频带等性能。噪声污染控制工程43/94南通大學单孔共振吸声结构VtdtVdCfr4224d22maxA噪声污染控制工程44/94南通大學Vtd刚性壁面D穿孔板共振吸声结构tDPctADScfr22噪声污染控制工程45/94南通大學穿孔率的计算1）当圆孔为正方形排列时2）当孔为等边三角形排列时dB24BdPdB232BdP噪声污染控制工程46/94南通大學一般穿孔率P控制在1%～10%，最高不超过20%，若超过20%不起共振吸声作用，变成护面板了。孔径d一般为2mm～4mm，空腔深度为10cm～25cm，板厚为2mm～5mm。为拓宽吸声频率范围，也可在板内加上吸声材料，为拓宽吸声频率范围，也可在板内加上吸声材料，添加吸声材料要靠近穿孔板。噪声污染控制工程47/94南通大學吸声带宽假设在f0处的最大吸声系数为αmax，则在f0附近能保持吸声系数为αmax/2的频带宽度Δf为吸声带宽。吸声系数高于αmax/2的频带宽度：Dcffr24噪声污染控制工程48/94南通大學已知穿孔板厚度为1.5mm，穿孔率为3%，空腔厚度D＝10cm，孔径d＝0.8mm，求共振频率fr。解：HztDPcfr6302mmd13.24噪声污染控制工程49/94南通大學噪声污染控制工程50/94南通大學四、微穿孔板共振吸声结构由于穿孔板的声阻很小，因此吸声频带很窄。为使穿孔板结构在较宽的范围内有效地吸声，必须在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上声阻较高的纺织物。但是，如果把穿孔直径减小到1mm以下，则不需另加多孔材料也可以使它的声阻增大，这就是微穿孔板。微穿孔板吸声结构的理论是我国著名声学专家，中科院院士马大猷教授于20世纪70年代提出来的。噪声污染控制工程51/94南通大學在板厚小于1.0mm薄板上穿以孔径小于1.0mm的微孔，穿孔率在1％～5％之间，后部留有一定厚度（如5～20cm）的空气层，空气层内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔吸声结构，常用的多是单层或双层微穿孔板结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频率宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。噪声污染控制工程52/94南通大學噪声污染控制工程53/94南通大學噪声污染控制工程54/94南通大學第四节室内声场和吸声降噪扩散声场室内声能密度处处相同，在任何一点上，从各个方向传来的声波几率，声波相位是无规则的，这样的声场称作扩散声场。直达声场：从声源直接到达接受点的直达声形成的声场。混响声场：经过房间面壁一次和多次反射后到达接受点的反射声形成的声场。一、室内声场中的声能密度和声压级噪声污染控制工程55/94南通大學所以直达声声能密度：cr