第七章吸聲降噪

1、環(huán)境噪聲控制工程環(huán)境科學與工程學院環(huán)境科學與工程學院Chapter 7 吸聲降噪7.1 吸聲材料的分類和吸聲性能評價量7.2 多孔吸聲材料7.3 共振吸聲結(jié)構(gòu)7.4 室內(nèi)聲場和吸聲降噪7.1吸聲材料的分類和吸聲性能評價量F 7.1.1 吸聲材料的分類F 7.1.2 吸聲性能的評價量吸聲吸聲是噪聲污染控制的一種重要手段；是噪聲污染控制的一種重要手段； 在噪聲污染控制工程設計中，常利用在噪聲污染控制工程設計中，常利用吸吸聲材料聲材料吸收聲能量來降低吸收聲能量來降低室內(nèi)噪聲室內(nèi)噪聲。室內(nèi)噪聲的來源：通過空氣傳來的通過空氣傳來的直達聲直達聲室內(nèi)各墻壁面反射回來的室內(nèi)各墻壁面反射回來的混響聲混響聲7.1

2、吸聲材料的分類和吸聲性能評價量7.1.1 吸聲材料的分類N 吸聲：聲波通過媒質(zhì)或入射到媒質(zhì)分解面上時聲能的減少過程，稱為吸聲或聲吸收。N 材料吸聲：當媒質(zhì)的分界面為材料表面時，部分聲能被吸收的現(xiàn)象，稱為材料吸聲。N 吸聲材料：具有較大吸聲能力的材料，稱為吸聲材料。1.多孔性吸聲材料o 多孔性吸聲材料（針對高頻噪聲控制）多孔性吸聲材料（針對高頻噪聲控制）o 材料特征材料特征： 內(nèi)部有許多小孔，并與材料表面相通，具有內(nèi)部有許多小孔，并與材料表面相通，具有通氣性。通氣性。o 吸聲機理吸聲機理： 聲波投射到多孔材料表面時，部分投入的聲聲波投射到多孔材料表面時，部分投入的聲波與纖維或顆粒表面產(chǎn)生波與纖維

3、或顆粒表面產(chǎn)生內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦（摩擦力來自空（摩擦力來自空氣的氣的壓縮、膨脹壓縮、膨脹），部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能，從而），部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能，從而使聲音的能量減小。使聲音的能量減小。 共振吸聲結(jié)構(gòu)（針對共振吸聲結(jié)構(gòu)（針對低頻噪聲低頻噪聲控制）控制） 材料特征材料特征：薄膜或薄板表面穿孔：薄膜或薄板表面穿孔 吸聲機理吸聲機理：應用共振原理：應用共振原理 1 1）聲音與）聲音與薄板（薄膜）薄板（薄膜）固有頻率產(chǎn)生共振固有頻率產(chǎn)生共振 2 2）聲音與板后空腔）聲音與板后空腔氣室空氣氣室空氣產(chǎn)生共振產(chǎn)生共振7.1.1 吸聲材料的分類吸聲材料多孔性吸聲材料共振吸聲結(jié)構(gòu)特殊吸聲結(jié)構(gòu)纖維狀顆粒狀泡沫狀穿孔板共振吸聲

4、結(jié)構(gòu)單個共振器空間吸聲體吸聲尖劈薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)7.1.2 表示材料吸聲性能的量1. 吸聲系數(shù)2. 吸聲系數(shù)的分類和測量3. 吸聲性能的單值評價量1. 吸聲系數(shù)a.定義：材料吸收的聲能量與入射到材料上的總聲能的比值。1iriiEEEEE 當a0時，無吸聲當a1時，完全吸收，無聲能反射2 吸聲系數(shù)的分類測量聲波入射到材料表面的方向包括：正入射、斜入射、無規(guī)則入射。1). 駐波比法測吸聲系數(shù)的測試原理基于振幅合成基于振幅合成, 產(chǎn)生產(chǎn)生駐波駐波時時:riPPPmaxriPPPmin波腹：波腹：波節(jié)：波節(jié)：1). 駐波管法測吸聲系數(shù)的測試原理max0(1)pprmin0(1)ppr1

5、). 駐波管法測吸聲系數(shù)的測試原理20241(1)srs 駐波比駐波比 nmaxmin11pprPsPr11psrs2)傳遞函數(shù)法垂直入射吸聲系數(shù)測量2121( )( )( )pfHfpf21212jksjkljksHeeeH201 3）.混響室法無規(guī)入射吸聲系數(shù)測量3）.混響室法無規(guī)入射吸聲系數(shù)測量1.混響室法測吸聲系數(shù)的測試原理：混響時間：聲壓級衰減60分貝的時間。房間內(nèi)吸聲量與混響時間有關(guān)：VmcTVA43 .55m:衰減系數(shù))43 .55(43 .5511122212VmTcVVmTcVAAA1.混響室法測吸聲系數(shù)的測試原理安裝吸聲材料前后，房間的總吸聲量的變化可表示為：若兩次測量時間

6、間隔短及室內(nèi)溫、濕度相差很小。可認為：,21ccc)(4)11(3 .55121212mmVTTcVAAA所以：)(4)11(3 .551212mmSVTTcSVSAS1.混響室法測吸聲系數(shù)的測試原理整個房間的吸聲系數(shù)可表示為：S:試件的面積測量方法用途優(yōu)點缺點混響室法可測量聲波無規(guī)入射時的吸聲系數(shù)和單個物體吸聲量。所測量的吸聲系數(shù)和吸聲量可在聲學設計工程中應用。試件面積大，安裝測量不方便。駐波比法可測量聲波法向入射時的吸聲系數(shù)和聲阻抗率。只能用于不同材料合同中材料在不同情況下的吸聲性能比較，不能測量共振吸聲結(jié)構(gòu)，亦不能在聲學設計工程中直接使用。試件面積小，安裝測量方便常用兩種測量方法的比較混

7、響室法測吸聲系數(shù)與駐波比法測吸聲系數(shù)的換算：駐波比法測吸聲系數(shù)0.10 0.20 0.30 0.400.50 0.60 0.70 0.80混響室法測吸聲系數(shù)0.25 0.40 0.50 0.600.75 0.85 0.90 0.98比較兩種吸聲測量方法比較兩種吸聲測量方法可知：可知： 基于聲音傳播方向的無規(guī)則性，混響室法測得的吸聲系數(shù)更接近材料的實際應用環(huán)境；但測定吸聲系數(shù)較困難，兩種方法測定的吸聲系數(shù)可以進行換算。垂直入射系數(shù)與無規(guī)則入射系數(shù)的關(guān)系3.吸聲性能的單值評價量（1）平均吸聲系數(shù) 考慮到頻率特性：平均吸聲系數(shù):材料在不同頻率的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。（2）降噪系數(shù)：是指250、500

8、、1000和2000Hz的頻率下測得的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。3.吸聲性能的單值評價量（3）吸聲量：SA一個房間的總吸聲量：iiiSAA：材料的總吸聲量Si：材料i的吸聲表面積 (m2)可推知，吸聲量A的單位是m27.2 多孔吸聲材料F 7.2.1 吸聲機理F 7.2.2 影響因素幾種多孔性吸聲材料7.2.1 吸聲機理7.2.1 吸聲機理由于2222222Z111ccZccccrsmsmp 當當Zsm（材料聲阻抗率）與（材料聲阻抗率）與c相等時，相等時，a1，說明材料將聲音完全吸收，但在實際應用中不可說明材料將聲音完全吸收，但在實際應用中不可能。能。理想吸聲材料理想吸聲材料要求其聲阻抗率要求其聲

9、阻抗率接近于接近于空氣的空氣的特性阻抗率。特性阻抗率。壓縮、膨脹、摩擦、產(chǎn)熱壓縮、膨脹、摩擦、產(chǎn)熱降低聲音能量降低聲音能量 吸聲材料構(gòu)造特性F 材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多數(shù)達到90%左右；F 孔隙應該盡可能細小，且均勻分布；F 微孔應該是相互貫通，而不是封閉的；F 微孔要向外敞開，使聲波易于進入微孔內(nèi)部。頻率影響7.2.2 影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素 a.材料的空氣流阻 b.材料的密度或孔隙率 c.材料厚度的影響 d.材料后空氣層的影響 e.材料裝飾面的影響 f. 溫度、濕度的影響a.材料的空氣流阻（Rf）定義：在穩(wěn)定氣流狀態(tài)下，吸聲材料中的壓力梯度與氣流線速度之比。uPRf

10、比流阻：指單位厚度材料的流阻。過高空氣穿透力降低過低因摩擦力、粘滯力引起的聲能損耗降低吸聲性能下降a.材料的空氣流阻（Rf）b.材料的密度或孔隙率孔隙率：材料中的空氣體積與材料的總體積的比值。 孔隙率又與材料的流阻有關(guān)，具有相同孔隙率的材料，孔隙尺寸越大，流阻就越?。环粗紫冻叽缭叫?，流阻越大。 孔隙率還與孔隙的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，孔隙比較通暢的材料流阻小，孔隙比較“迂回曲折”的材料流阻大。c.材料厚度的影響d.材料平均密度的影響e.材料后空氣層的影響e.材料后空氣層的影響f.護面層（材料裝飾面）的影響o 作用：保護吸聲材料，防止污染環(huán)境。o 種類：護面網(wǎng)罩、纖維布、塑料薄膜和穿孔板等。o 要求：要

11、有良好的通氣性。f. 溫度、濕度的影響f. 溫度、濕度的影響主要種類主要種類常用材料實例常用材料實例使用情況使用情況纖纖維維材材料料有機有機纖維纖維材料材料動物纖維：毛氈動物纖維：毛氈價格昂貴，使用較少。價格昂貴，使用較少。植物纖維：麻絨、海草、椰子絲植物纖維：麻絨、海草、椰子絲防火、防潮性能差，原料來源廣，便宜。防火、防潮性能差，原料來源廣，便宜。無機無機纖維纖維材料材料玻璃纖維：中粗棉、超細棉、玻璃棉氈玻璃纖維：中粗棉、超細棉、玻璃棉氈吸聲性能好，保溫隔熱，耐潮，但松散吸聲性能好，保溫隔熱，耐潮，但松散纖維易污染環(huán)境或纖維易污染環(huán)境或 難以加工成制品。難以加工成制品。礦渣棉：散棉、礦棉氈礦

12、渣棉：散棉、礦棉氈吸聲性能好，不燃、耐腐蝕，易斷成碎吸聲性能好，不燃、耐腐蝕，易斷成碎末，污染環(huán)境施工扎手。末，污染環(huán)境施工扎手。纖維材纖維材料制品料制品軟質(zhì)木纖維板、礦棉吸聲磚、巖棉吸聲板、軟質(zhì)木纖維板、礦棉吸聲磚、巖棉吸聲板、玻璃吸聲板、木絲板、甘蔗板等玻璃吸聲板、木絲板、甘蔗板等裝配式加工，多用于室內(nèi)吸聲。裝配式加工，多用于室內(nèi)吸聲。顆顆粒粒材材料料砌塊砌塊礦渣吸聲磚、膨脹珍珠巖吸聲磚、陶土吸礦渣吸聲磚、膨脹珍珠巖吸聲磚、陶土吸聲磚聲磚多用于砌筑界面較大的消聲裝置。多用于砌筑界面較大的消聲裝置。板材板材珍珠巖吸聲裝飾板珍珠巖吸聲裝飾板質(zhì)輕、不燃、保溫、隔熱。質(zhì)輕、不燃、保溫、隔熱。泡泡沫

13、沫材材料料泡沫泡沫塑料塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸聲性能不穩(wěn)定，吸聲系數(shù)使用前需實吸聲性能不穩(wěn)定，吸聲系數(shù)使用前需實測測其他其他吸聲型泡沫玻璃吸聲型泡沫玻璃強度高強度高 、防水、不燃、耐腐蝕、防水、不燃、耐腐蝕加氣混凝土加氣混凝土微孔不貫通，使用少微孔不貫通，使用少常用吸聲材料的使用情況7.3常用共振吸聲結(jié)構(gòu)F 1.概述F 2.薄膜與薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)F 3.穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)F 4.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)7.3.1.概述F 在室內(nèi)生源所發(fā)出的聲波的激勵下，房間壁、頂、地面等圍護結(jié)構(gòu)，以及房間中的其他物體也將發(fā)生振動。F 振動的結(jié)構(gòu)或物體由于自身的內(nèi)摩擦和與空氣的摩擦

14、，會把一部分振動能量轉(zhuǎn)變成熱能而消耗掉，根據(jù)能量守恒定律，這些消耗掉的能量必定來源于激勵結(jié)構(gòu)或物體振動的聲源的聲能量。F 主要有薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、亥姆霍茲共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔共振吸聲結(jié)構(gòu)以及微穿孔共振吸聲結(jié)構(gòu)等F 共振吸聲結(jié)構(gòu)對中、低頻噪聲有很好的吸聲性能，而多孔性吸聲材料的吸聲頻率范圍主要在中、高頻率。7.3.1 共振吸聲結(jié)構(gòu)特點：低頻吸收性能好；裝飾性強；強度足夠；聲學性能易于控制。7.3.2.薄膜吸聲結(jié)構(gòu)o 系統(tǒng)共振頻率：空氣層膜狀材料2001602AAAcKfDDo 吸聲頻帶： 200-1000Hz，o 吸聲系數(shù)：0.30.4o 吸聲機理：薄膜振動7.3.2.薄膜吸聲結(jié)構(gòu)7.3.2.薄膜

15、吸聲結(jié)構(gòu)薄板吸聲結(jié)構(gòu)o 系統(tǒng)共振頻率：0020021MKLMcfo 吸聲頻帶： 80-300Hz，o 吸聲系數(shù)：0.2-0.5o 薄板厚度：3-6mmo 空氣層厚度：3-10mm例題o 采用膠合板為共振吸聲結(jié)構(gòu)，其厚度為4mm，面密度為3.2kg/m2，空氣層厚度h=6cm，求其共振頻率f0。200001606013723.2 0.06cfHzM LM L3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)分類：單孔和多孔結(jié)構(gòu)：封閉的空腔上開有小孔，與外部相通。吸聲機理：亥姆霍茲共振器單孔時系統(tǒng)共振頻率：)(4220tVdcf3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)處于共振頻率時的最大吸聲量22max222rcAf 亥姆赫茲共振器的

16、特點是吸收低頻噪聲并且頻率選擇性強?？稍诳陬i處做適當加強。3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)2()rcPfD t多孔時系統(tǒng)共振頻率： 板的穿孔面積越大，多孔系統(tǒng)吸聲頻率就越高?？涨辉缴罨虬逶胶瘢曨l率就越低。 一般穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)主要用于吸收低中頻噪聲的峰值。3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)o 穿孔率（P）=穿孔面積/總面積穿孔面積越大，吸聲頻率越高。o 吸聲頻帶：低中頻噪聲，o 吸聲系數(shù)：0.4-0.7o 薄板厚度：2-5mmo 孔 徑：2-4mmo 穿孔率：1%-10%2()rcPfD t3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)224dPB222 3dPB3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)2r4Dffc 頻帶寬度： 由于穿孔板自身的聲阻很小，吸聲頻帶較窄，

17、可在穿孔板后填充一些多孔的材料或敷上聲阻較大的紡織物等材料，便可改進其吸聲特性。是否填滿均可。 3.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)4.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)o 結(jié)構(gòu)：o 吸聲機理與吸聲特征o 厚度小于1mm孔徑小于1mm的小孔，穿孔率為1%5%的金屬微穿孔板與板后的空腔所組成的吸聲結(jié)構(gòu)。o 吸聲機理與穿孔板相通。利用空氣在小孔中的來回摩擦消耗聲能，用腔深來控制吸聲峰值的共振頻率，腔越深，共振頻率越低。o 由于板薄、孔小而密，聲阻比普通穿孔板大得多，因而在吸聲系數(shù)和帶寬方面都有很大改善。4.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)20)1 (4rr)(3(210cDcDmfo 系統(tǒng)共振頻率：o 共振時最大吸聲系數(shù)：4.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)4.微

18、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)4.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)特點：o 吸聲頻帶較寬；o 可用于高溫、潮濕、腐蝕性氣體或高速氣流等其它材料及結(jié)構(gòu)不適合的環(huán)境中；o 結(jié)構(gòu)簡單，設計理論成熟，吸聲結(jié)構(gòu)的理論計算與實測值接近。o 孔小、易堵塞o 成本較高特殊吸聲結(jié)構(gòu)o 1 空間吸聲體o 2 吸聲尖劈1 空間吸聲體o 特點：o 懸空懸掛，吸聲性能好，節(jié)約吸聲材料；o 便于安裝，裝拆靈活。2 吸聲尖劈2 吸聲尖劈7.4 室內(nèi)聲場和吸聲降噪F 7.4.1 室內(nèi)聲場的聲能密度和聲壓級F 7.4.2 室內(nèi)聲衰減和混響時間F 7.4.3 吸聲降噪F 7.4.4 室內(nèi)簡正模式7.4.1 室內(nèi)聲場的聲能密度和聲壓級室內(nèi)聲壓級的計算擴散聲場：房

19、間內(nèi)聲能密度處處相同，而且在任一受聲點上，聲波在各個傳播方向作無規(guī)分布的聲場叫擴散聲場 。室內(nèi)聲場直達聲場混響聲場1.直達聲場a.直達聲場的計算：距點聲源 r 處的聲強為R-聲源的指向性因數(shù)點聲源位于自由場空間，R=1;置于無窮大剛性平面上，R=2;聲源置于兩個剛性平面的交線上，R=4;聲源置于三個剛性反射面的交角上，R=8）224ddcR WpcIr24dR WIr距點聲源 r 處的聲壓及聲能密度為：24dR Wr c1.直達聲場聲壓級的計算：22220010lg10lg4pddpcR WLpr pcIp2002220000010lg10lg10lg10lg444dpR WR WWR WWL

20、r Ir I WWr I210lg4dpWRLLr2.混響聲場自由程：聲波每相鄰兩次反射所經(jīng)過的路程稱作自由程。平均自由程：室內(nèi)自由程的平均值。SVd4cSVcd4聲速為c時，聲波傳播一個自由程所需的時間為：單位時間內(nèi)平均反射次數(shù)為：VcSn412.混響聲場單位時間聲源向室內(nèi)貢獻的混響聲為：)1 (WrVrV混響聲的聲能為：反射一次，壁面吸收的聲能為：單位時間內(nèi)壁面吸收的聲能為：4rrcSVnVV穩(wěn)態(tài)時：(1)4rcSWVV2.混響聲場1SR室內(nèi)的混響聲能密度為：設：混響聲場中的聲壓為：4(1)rWcS4rWcRRcWpr422.混響聲場相應聲壓級為：0202024lg104lg10lg10R

21、IWRpcWppLdprRWWWRIWWRIWLrp4lg10lg104lg104lg1000000RLLWpr4lg103.室內(nèi)總聲壓級的計算c.總聲場：244drWRWDDDr ccR222244drRpppcWrR2410lg4pWRLLrR3.室內(nèi)聲壓級的計算Lw=100dBR=2R=100m2問10m處，聲壓級？4.混響半徑0.14crR R當直達聲與混響聲的聲能相等時的距離稱為臨界半徑。244RrRR=1時的臨界距離稱為混響半徑。意義：當受聲點與聲源的距離小于臨界半徑時，吸聲處理的降噪效果不大；當受聲點與聲源的距離大大超過臨界半徑時，吸聲處理才有明顯的效果。7.4.2 室內(nèi)聲衰減和

22、混響時間當聲源開始輻射聲能量時，聲波在室內(nèi)傳播，部分被吸收，逐漸在空間形成了聲能密度分布。當單位時間內(nèi)被吸收的聲能量和供給的聲能量達到平衡，室內(nèi)聲能量不再增加而達到穩(wěn)態(tài)。聲源突然停止，室內(nèi)聲能量不是立即消失。首先直達聲小時，反射聲繼續(xù)反射，每反射一次，能量減少，直至完全消失。7.4.2 室內(nèi)聲衰減和混響時間混響時間計算定義：當聲源停止發(fā)聲后聲能密度衰減到原來的百萬分之一，即聲壓級下降60dB所需的時間，叫做混響時間。Sabine公式：SVAVT161. 0161. 060V房間容積，m3A室內(nèi)總吸聲量，m27.4.2 室內(nèi)聲衰減和混響時間mVSVT4)1ln(161. 060C.F. Eyri

23、ng 公式:)1ln(161. 060SVTEyring-Millington 公式:當0.2時，mVSVT4161. 0607.4.3 吸聲降噪7.4.3 吸聲降噪1.吸聲降噪效果的估算設R1、R2分別為室內(nèi)設置吸聲裝置前后的房間常數(shù)，則距聲源r出相應的聲壓級分別為:121410lg()4pwRLLrR222410lg()4pwRLLrR7.4.3 吸聲降噪1.吸聲降噪效果的估算吸聲前后的聲壓級之差，即吸聲降噪量為:2122214410lg44pppRrRLLLRrR7.4.3 吸聲降噪1.吸聲降噪效果的估算當受聲點離聲源較近時，降噪量很小。當受聲點離聲源較遠時（混響半徑以外），降噪量可簡化

24、為：122112)1 ()1 (lg10lg1012RRLLLppp由于房間內(nèi)吸聲系數(shù)均較小，上式可簡化為：12lg10pL7.4.3 吸聲降噪1.吸聲降噪效果的估算由于：2112lg10lg10TTLpSVAVT161. 0161. 0607.4.3 吸聲降噪1.吸聲降噪效果的估算2/1或T2/T11234568102040降噪量（dB）03567891013162. 吸聲設計原則總原則：應先對聲源進行隔聲、消聲等處理，當噪聲源不宜采用隔聲措施，或采用了隔聲手段后仍不能達到噪聲的標準時，可采用吸聲處理來作為輔助手段。基本原則：1.單獨的風機房、泵房、控制室等房間面積較小，所需降噪量較高時，可

25、對天花板、墻面同時作吸聲處理；2.車間面積較大時宜采用空間吸聲體，平頂吸聲處理；3.聲源集中在局部區(qū)域時，宜采用局部吸聲處理，并同時設置隔聲屏障；2. 吸聲設計原則4.噪聲源比較多而且較分散的生產(chǎn)車間宜作吸聲處理； 5.對于中、高頻噪聲，可采用20-50mm厚的常規(guī)成型吸聲板，當吸聲要求較高時可采用5080mm厚的超細玻璃棉等多孔吸聲材料，并加適當?shù)淖o面層；6.對于寬頻帶噪聲，可在多孔材料后留50-100mm的空氣層，或采用80-150mm厚的吸聲層；對于低頻帶噪聲，可采用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其板厚通?？扇?-5mm，孔徑可取3-6mm，穿孔率小于5；2. 吸聲設計原則7.對于濕度較高的環(huán)境，或有清潔要求的吸聲設計，可采用薄膜覆面的多孔材料或單、雙層微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，穿孔板的板厚及孔徑均不大于lmm，穿孔率可取0.5-3，空腔深度可取50一200mm。8.進行吸聲處理時，應滿足防火、防潮、防腐、防塵等工藝與安全衛(wèi)生要求，兼顧通風