第二章第四節(jié)(二)吸聲選編課件

環(huán)境噪聲控制工程Chapter7

吸聲降噪7.1概述7.2多孔吸聲材料7.3共振吸聲結(jié)構(gòu)7.4特殊吸聲結(jié)構(gòu)7.5吸聲設(shè)計7.1概述7.1.1吸聲與吸聲材料的概念7.1.2吸聲機(jī)理7.1.3吸聲材料的基本類型7.1.4表示材料吸聲性能的量7.1.5材料吸聲性能的測量7.1.1吸聲與吸聲材料的概念吸聲：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。材料吸聲：當(dāng)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。吸聲材料：具有較大吸聲能力的材料，稱為吸聲材料。7.1.2吸聲機(jī)理粘滯性熱傳導(dǎo)效應(yīng)7.1.3吸聲材料的基本類型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)7.1.4表示材料吸聲性能的量1.吸聲系數(shù)2.吸聲量3.聲阻抗1.吸聲系數(shù)a.定義：材料吸收的聲能與入射到材料上的總聲能的比值。1.吸聲系數(shù)b.表示方法：考慮到入射方向的不同無規(guī)入射吸聲系數(shù)垂直入射吸聲系數(shù)數(shù)斜入射吸聲系數(shù)1.吸聲系數(shù)b.表示方法：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。降噪系數(shù)：是指250、500、1000和2000Hz的頻率下測得的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。2.吸聲量表示方法：一個房間的總吸聲量：3.聲阻抗a.聲阻抗：媒質(zhì)在一定表面上聲阻抗是該表面上有效平均聲壓與通過該表面上的有效體積速度的比值。b.聲阻抗率：媒質(zhì)上某點的聲阻抗率是媒質(zhì)中某一點的有效聲壓與該點的有效質(zhì)點速度的比值。3.聲阻抗聲阻：反映材料阻性的影響。聲抗：反映材料慣性和彈性的影響，和頻率成一定的函數(shù)關(guān)系。*聲抗/聲阻：表示材料的頻率選擇性。3.聲阻抗c.聲學(xué)意義：對自由平面聲波：平面聲波從空氣中入射到材料表面時：7.1.5材料吸聲性能的測量測量方法用途優(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(xué)設(shè)計工程中應(yīng)用。試件面積大，安裝測量不方便。駐波管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(xué)設(shè)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7.1.5材料吸聲性能的測量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)：1.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：若兩次測量時間間隔短及室內(nèi)溫、濕度相差很小。可認(rèn)為：所以：1.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：2.駐波管法測吸聲系數(shù)的測試原理2.駐波管法測吸聲系數(shù)的測試原理3.混響室法測吸聲系數(shù)與駐波管法測吸聲系數(shù)的換算：駐波管法測吸聲系數(shù)0.100.200.300.400.500.600.700.80混響室法測吸聲系數(shù)0.250.400.500.600.750.850.900.987.2多孔吸聲材料7.2.1吸聲機(jī)理7.2.2吸聲材料構(gòu)造特性7.2.3多孔吸聲材料的吸聲特性幾種多孔性吸聲材料7.2.1吸聲機(jī)理7.2.2吸聲材料構(gòu)造特性材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多數(shù)達(dá)到90%左右；孔隙應(yīng)該盡可能細(xì)小，且均勻分布；微孔應(yīng)該是相互貫通，而不是封閉的；微孔要向外敞開，使聲波易于進(jìn)入微孔內(nèi)部。7.2.3多孔吸聲材料的吸聲特性2.影響材料吸聲的因素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。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。c.材料厚度的影響c.材料厚度的影響d.材料后空氣層的影響e.材料裝飾面的影響作用：保護(hù)吸聲材料，防止污染環(huán)境。種類：護(hù)面網(wǎng)罩、纖維布、塑料薄膜和穿孔板等。要求：要有良好的通氣性。f.溫度、濕度的影響主要種類常用材料實例使用情況纖維材料有機(jī)纖維材料動物纖維：毛氈價格昂貴，使用較少。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。無機(jī)纖維材料玻璃纖維：中粗棉、超細(xì)棉、玻璃棉氈吸聲性能好，保溫隔熱，耐潮，但松散纖維易污染環(huán)境或難以加工成制品。礦渣棉：散棉、礦棉氈吸聲性能好，不燃、耐腐蝕，易斷成碎末，污染環(huán)境施工扎手。纖維材料制品軟質(zhì)木纖維板、礦棉吸聲磚、巖棉吸聲板、玻璃吸聲板、木絲板、甘蔗板等裝配式加工，多用于室內(nèi)吸聲。顆粒材料砌塊礦渣吸聲磚、膨脹珍珠巖吸聲磚、陶土吸聲磚多用于砌筑界面較大的消聲裝置。板材珍珠巖吸聲裝飾板質(zhì)輕、不燃、保溫、隔熱。泡沫材料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)使用前需實測其他吸聲型泡沫玻璃強(qiáng)度高、防水、不燃、耐腐蝕加氣混凝土微孔不貫通，使用少常用吸聲材料的使用情況7.3共振吸聲結(jié)構(gòu)特點：低頻吸收性能好；裝飾性強(qiáng)；強(qiáng)度足夠；聲學(xué)性能易于控制。7.3共振吸聲結(jié)構(gòu)7.3.1共振吸聲機(jī)理7.3.2常用共振吸聲結(jié)構(gòu)7.3.1共振吸聲機(jī)理7.3.1共振吸聲機(jī)理等效聲阻抗：共振頻率：7.3.2常用共振吸聲結(jié)構(gòu)1.空氣層共振吸聲結(jié)構(gòu)2.薄膜吸聲結(jié)構(gòu)3.薄板吸聲結(jié)構(gòu)4.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)5.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)1.空氣層共振吸聲結(jié)構(gòu)1空氣層厚度為0；2空氣層厚度為100mm；3空氣層厚度為300mm。2.薄膜吸聲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共振頻率：空氣層膜狀材料吸聲頻帶：200-1000Hz，吸聲系數(shù)：0.353.薄板吸聲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共振頻率：吸聲頻帶：80-300Hz，吸聲系數(shù)：0.2-0.5薄板厚度：3-6mm空氣層厚度：3-10mm4.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)單孔時系統(tǒng)共振頻率：多孔時系統(tǒng)共振頻率：4.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)穿孔率（P）=穿孔面積/總面積穿孔面積越大，吸聲頻率越高。吸聲頻帶：低中頻噪聲，吸聲系數(shù)：0.4-0.7薄板厚度：2-5mm孔徑：2-4mm穿孔率：1%-10%5.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共振頻率：共振時最大吸聲系數(shù)：5.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)特點：吸聲頻帶較寬；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；結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計理論成熟，吸聲結(jié)構(gòu)的理論計算與實測值接近。7.4特殊吸聲結(jié)構(gòu)7.4.1空間吸聲體7.4.2吸聲尖劈7.4.1空間吸聲體特點：懸空懸掛，吸聲性能好，節(jié)約吸聲材料；便于安裝，裝拆靈活。7.4.2吸聲尖劈7.4.2吸聲尖劈7.5吸聲設(shè)計7.5.1吸聲設(shè)計原則7.5.2吸聲設(shè)計程序7.5.3吸聲設(shè)計計算7.5.1吸聲設(shè)計原則總原則：應(yīng)先對聲源進(jìn)行隔聲、消聲等處理，當(dāng)噪聲源不宜采用隔聲措施，或采用了隔聲手段后仍不能達(dá)到噪聲的標(biāo)準(zhǔn)時，可采用吸聲處理來作為輔助手段。基本原則：1.單獨的風(fēng)機(jī)房、泵房、控制室等房間面積較小，所需降噪量較高時，可對天花板、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(shè)置隔聲屏障；7.5.1吸聲設(shè)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(dāng)吸聲要求較高時可采用50～80mm厚的超細(xì)玻璃棉等多孔吸聲材料，并加適當(dāng)?shù)淖o(hù)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)，其板厚通常可取2-5mm，孔徑可取3-6mm，穿孔率小于5％；7.5.1吸聲設(shè)計原則7.對于濕度較高的環(huán)境，或有清潔要求的吸聲設(shè)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(jìn)行吸聲處理時，應(yīng)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(fēng)、采光、照明及裝修要求，也要注意埋設(shè)件的布置。7.5.1吸聲設(shè)計程序根據(jù)聲源特性估算受聲點的各頻帶聲壓級確定各吸聲面的吸聲系數(shù)了解環(huán)境特點，選定噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)計算各頻帶所需吸聲量計算室內(nèi)應(yīng)有的吸聲系數(shù)確定受聲點允許的噪聲級和各頻帶聲壓級選擇合適的吸聲材料7.5.1吸聲設(shè)計程序(1)確定吸聲處理前室內(nèi)的噪聲級和各倍頻帶的聲壓級并了解噪聲源的特性，選定相應(yīng)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)；(2)確定降噪地點的允許噪聲級和各倍頻帶的允許聲壓級，計算所需吸聲降噪量?Lp；(3)根據(jù)降噪量值，計算吸聲處理后應(yīng)有的室內(nèi)平均吸聲系數(shù)α2；(4)由室內(nèi)平均吸聲系數(shù)α2和房間可供設(shè)置吸聲材料的面積，確定吸聲面的吸聲系數(shù)；(5)由確定吸聲面的吸聲系數(shù)，選擇合適的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)、類型、材料厚度、安裝方式等。7.5.1吸聲設(shè)計計算1.房間平均吸聲系數(shù)的計算如果一個房間的墻面上布置有幾種不同的材料時，它們對應(yīng)的吸聲系數(shù)和面積分別為α1、α2、α3……和Sl、S2、S3……

，房間平均吸聲系數(shù)為：7.5.1吸聲設(shè)計計算2.吸聲量的計算若一個房間的墻面上布置有幾種不同的材料時，則房間的吸聲量為：7.5.1吸聲設(shè)計計算3.室內(nèi)聲壓級的計算擴(kuò)散聲場：房間內(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(kuò)散聲場。室內(nèi)聲場直達(dá)聲場混響聲場3.室內(nèi)聲壓級的計算a.直達(dá)聲場的計算：距點聲源r處的聲強(qiáng)為Q---聲源的指向性因數(shù)點聲源位于自由場空間，Q=1;置于無窮大剛性平面上，Q=2;聲源置于兩個剛性平面的交線上，Q=4;聲源置于三個剛性反射面的交角上，Q=8）距點聲源r處的聲壓及聲能密度為：聲源的指向性因數(shù)3.室內(nèi)聲壓級的計算a.直達(dá)聲場的計算：距點聲源r處的聲強(qiáng)為Q---聲源的指向性因數(shù)點聲源位于自由場空間，Q=1;置于無窮大剛性平面上，Q=2;聲源置于兩個剛性平面的交線上，Q=4;聲源置于三個剛性反射面的交角上，Q=8）距點聲源r處的聲壓及聲能密度為：3.室內(nèi)聲壓級的計算聲壓級的計算：3.室內(nèi)聲壓級的計算b.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。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：3.室內(nèi)聲壓級的計算b.混響聲場：單位時間聲源向室內(nèi)貢獻(xiàn)的混響聲為：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：穩(wěn)態(tài)時：3.室內(nèi)聲壓級的計算b.混響聲場：室內(nèi)的混響聲能密度為：設(shè)：混響聲場中的聲壓為：3.室內(nèi)聲壓級的計算相應(yīng)聲壓級為：3.室內(nèi)聲壓級的計算c.總聲場：3.室內(nèi)聲壓級的計算混響半徑當(dāng)直達(dá)聲與混響聲的聲能相等時的距離稱為臨界半徑。Q=1時的混響半徑稱為混響半徑。意義：當(dāng)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(dāng)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。7.5.1吸聲設(shè)計計算4.混響時間計算定義：當(dāng)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：V—房間容積，m3A—室內(nèi)總吸聲量，m27.5.1吸聲設(shè)計計算4.混響時間計算定義：當(dāng)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：V—房間容積，m3A—室內(nèi)總吸聲量，m24.混響時間計算C.F.Eyring公式:Eyring-Millington公式:當(dāng)α<0.2時，7.5.1吸聲設(shè)計計算5.吸聲降噪量計算設(shè)R1、R2分別為室內(nèi)設(shè)置吸聲裝置前后的房間常數(shù)，則距聲源r出相應(yīng)的聲壓級分別為:7.5.1吸聲設(shè)計計算5.吸聲降噪量計算吸聲前后的聲壓級之差，即吸聲降噪量為:7.5.1吸聲設(shè)計計算5.吸聲降噪量計算當(dāng)受聲點離聲源較近時，降噪量很小。當(dāng)受聲點離聲源較遠(yuǎn)時（混響半徑以外），降噪量可簡化為：由于房間內(nèi)吸聲系數(shù)均較小，上式可簡化為：7.5.1吸聲設(shè)計計算5.吸聲降噪量計算由于：7.5.1吸聲設(shè)計計算5.吸聲降噪量計算α2/α1或T2/T11234568102040降噪量（dB）0356789101316計算實例某廠控制室：房間尺寸為14m×10m×3m，房間在各個倍頻程中心