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10 20 2007 第6章吸声和室内声场 1 环境噪声控制工程2 吸声材料 结构 在噪声控制工程中主要应用 P66 吸声材料 结构 被广泛应用于噪声控制工程和建筑声学的厅堂音质控制中 在噪声控制工程中主要应用为 1 缩短和调整室内混响时间 消除回声 以改善室内的听闻条件 2 降低室内噪声声级 3 作为管道衬垫或消声器件的原材料 以降低通风系统的噪声 4 在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料 以提高构件的隔声量 环境噪声控制工程5 环境噪声控制工程6 环境噪声控制工程7 环境噪声控制工程8 环境噪声控制工程9 环境噪声控制工程10 一 吸声性能评价量 P66 1 吸声系数吸声系数是表征吸声性能最常用的参数 它表征材料 结构 吸收的声能 包括透射的声能 和入射到材料 结构 声能的比值 其定义为 结论 当完全反射时 Ei Er 则 0 无吸声作用 当没有反射时 Er 0 则 1 表示完全吸收 一般材料 0 1 越大则吸声性能越好 环境噪声控制工程11 吸声系数的测量 吸声系数和声波的入射方向有很大的关系 声波的入射方向不同 相应采样的吸收系数的测量方法也不同 一般将声波的入射分为垂直入射 斜入射和无规入射三种情况 常用的是垂直入射吸声系数和无规入射吸声系数 环境噪声控制工程12 测量原理 声频信号发生器带动扬声器 在驻波管内辐射平面波 当平面波在管中前进遇到端面反射时会产生一反射的平面波 形成驻波 存在固定的波腹和波节 测出声压极大值和极小值 就可以按下式进行计算 环境噪声控制工程13 1 垂直入射吸声系数 驻波管法 P53 该法和实际情况有一定的差距 但这种方法简单 测量样品小 速度快 故有一定的应用价值和应用范围 应用的主要范围是 材料吸声性能的鉴定和研究等 环境噪声控制工程14 注意 1 这种方法要保证在管内形成平面波 测试的最高频率应和管径相适应 即存在一个上限频率 其上限频率为 式中 c 空气中声速 m sD 圆管直径 mL 方管边长 m 圆管 方管 2 无规入射吸声系数 s P51 无规入射是指声波从所有方向以相同的概率入射到材料的表面 和大多数实际情况比较接近 应用范围 噪声控制工程和室内声学设计中作为设计依据 无规入射吸声系数的测量采用混响室法 主要原理是根据混响室内放进吸声材料 或吸声结构 前后混响时间的变化来确定其吸收特性 按测试规范要求 混响室的体积一般应大于200m3 环境噪声控制工程16 3 0和 的关系 0 测量简单 省时 经济 可精确测量 试件的安装可以模拟现场条件 能够较为准确的反映试件在房间内的吸声性能 但该法需要较大的试件 精密的测量装置 一定容积的混响室 且测量数据偏差较大 0和 的关系复杂 通常 0 对于常用的多孔吸声材料 它们的近似换算可查表 环境噪声控制工程17 二 平均吸声系数 P67 吸声系数和声波的入射条件 声波频率等因素有关 通常采用频率为125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz的这六个频率吸声系数的算术平均值来表示材料或结构的吸声性能 当吸声系数平均值大于0 2时 称为吸声材料 三 降噪系数在噪声控制设计中 常用250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz四个频率吸声系数的平均值做计算 这个数值称为吸声材料 结构 的降噪系数 NRC 四 吸声量 P67 吸声量是吸声系数乘以相应的材料表面积 符号为A 单位为m2 A S 若一个房间内布置有几种不同吸声系数 不同面积的材料时 常采用平均系数系数来评价整个房间的系数特性 吸声量 以吸声系数乘以相应的面积 即为该材料的吸声量 环境噪声控制工程19 空间吸声体 P75 空间吸声体是一种悬挂式的吸声结构 它不是和墙面等刚性壁面组合而成的吸声结构 而是自成系统 用于降低室内噪声或改善室内的音质条件 空间吸声体的形式和安装方式应视房间和面积大小 使用性质 声源特性及装饰要求等因素而定 环境噪声控制工程20 空间吸收体通常由框架 护面层 吸声材料组成 以板状吸声体结构最简单 使用最广泛 环境噪声控制工程21 空间吸声体通常由框架 护面层 吸声材料等组成 1 框架 木材 角钢 金属型材料制成 2 护面层 P 20 的穿孔板 钢板网 塑料窗纱等 3 吸声材料 超细玻璃棉 岩棉 矿渣棉等多孔吸声材料 空间吸声体的吸声特性用有效吸声量A来表示 研究表明 在板状吸声体总面积占房间平顶面积的30 40 时吸声效率最高 在实际工程中 一般取40 60 在设计和安装吸声体时 应综合考虑采光 照明 通风和建筑装饰等多方面的功能要求 环境噪声控制工程22 环境噪声控制工程23 吊挂吸声体时应注意以下原则 悬挂面积为厂房平顶面积的25 左右 实际为30 40 水平悬吊与垂直悬吊的降噪效果相差不大 可灵活运用 悬挂高度宜控制在厂房净高的1 7 1 5处 根据1 4波长的原理 可改善某些频率峰值的吸收效果 分散悬挂比集中悬挂效果好 环境噪声控制工程24 二 吸声材料的分类及性质 当声波入射到材料表面时 有一部分能量被材料吸收 从而引起声能量的降低 这种现象称为材料吸声 大多数材料 结构 都多少有一定的吸声作用 但是通常仅对具有较高吸声性能的材料 结构 0 2 可称为吸声材料 结构 吸声材料 结构 虽然形式众多 但如果按其吸声机理来分类 可以分为多孔性吸声材料和共振吸声结构 环境噪声控制工程25 1 多孔吸声材料 1 机理进入多孔吸声材料的声波使材料的筋络和气泡等微观结构振动和相互作用 通过介质的粘滞性和热传导作用 使声能转化为热能 环境噪声控制工程26 2 按照材料的物理性能和吸声方式 吸声材料分为 无机纤维材料 玻璃丝 玻璃棉 岩棉和矿渣棉等 有机纤维材料 棉 麻等植物纤维及木质纤维制品 如软质纤维板 木丝板 棉絮 稻草等 泡沫材料 泡沫塑料 泡沫玻璃 吸声建筑材料 各种具有微孔的泡沫吸声砖 泡沫混凝土等材料 环境噪声控制工程27 玻璃棉 泡沫玻璃 泡沫混凝土 木丝板 环境噪声控制工程28 环境噪声控制工程29 3 多孔吸声材料必须具备的条件 67 吸声材料的特点 松 散 软多孔吸声材料物理特征 a 材料的孔隙对着表面开口 b 孔孔相连 c 孔隙深入材料内部 环境噪声控制工程30 4 定量判定 0 2 5 影响因素 空气流阻 孔隙率的影响 P68 材料厚度d材料密度材料背后空气层材料护面层温度和湿度 环境噪声控制工程31 大多数多孔吸声材料的吸收系数是随着频率的增加而增加 中 高频区域的吸收性能一般要优于低频区域 增加材料的厚度可以有效改善中 低频区域的吸收特性 在中低频范围 容重大的 吸声系数要稍高一些 而在高频区域其结果相反 每种材料都有一个最佳容重 单就厚度和容重两个因素比较 厚度对材料吸声性能的影响要大于容重的影响 增加材料背后空气层厚度可以有效改善中 低频区域的吸收特性 其作用类似于增加材料厚度 当空腔增加到一定深度后 吸声系数不再明显变化 当材料背后空腔的深度等于1 4波长的奇数倍时 相应的频率可获得最大的吸声系数 当材料背后空腔的深度等于1 2波长的奇数倍时 相应的频率吸声系数最小 环境噪声控制工程35 环境噪声控制工程36 多孔吸声材料的吸声特点1 宽频带吸声 2 中 高频吸声效果较好 环境噪声控制工程37 2 共振吸声结构 P71 与多孔吸声材料相比 共振吸声结构一般吸声的频率范围较窄 具有峰值吸声特性 但它的优点是具有较好的低频吸声效果 吸声的频率容易控制 从而可以弥补多孔吸收材料在低频区域吸声性能的不足 1 板共振吸声结构 2 膜共振吸声结构 3 穿孔板吸声结构 4 微穿孔板吸声结构 板共振结构 膜共振结构 环境噪声控制工程39 1 薄板共振吸声结构 将不透气的薄板固定在刚性壁前一定距离处 就构成了板共振吸声结构 吸声机理 薄板和空气层构成的系统可以视为一个由质量块和弹簧组成的振动系统 当入射声波的频率和系统固有频率接近时 板就产生共振 由此引起的内部摩擦将声能转换为热能耗散掉 其主要吸声范围在共振频率附近区域 环境噪声控制工程40 板共振吸声结构吸声效果与共振频率和板的密度 材料的弹性系数 空气层的厚度 结构尺寸及安装方法等因素有关 可由下式进行计算 其中 空气密度 M0 薄板的面密度 D 薄板后空腔的深度 c 空气中的声速K 结构的刚度因素 环境噪声控制工程41 结论 1 增加板的面密度和空气层厚度 可以使结构的共振频率向低频移动 在工程中 一般常用的板共振结构的共振频率处于80 300Hz的频率范围 吸声系数可达到0 2 0 52 薄板共振吸声频率范围很窄 只能作为以共振频率附近频域为主要吸声范围的结构 解决方法 方法1 采用密度很小的薄板进行多层组合 方法2 在空腔中填充多孔材料 环境噪声控制工程42 2 薄膜共振吸声结构 P71 机理 同板共振吸声结构材料 吸声结构中所用到的膜状材料 是指刚性很小 没有透气性 受力拉张后具有弹性的材料 如塑料膜 帆布等 影响因素 系统的共振频率和膜的密度 空气层的厚度及膜所受的张力有关 当膜处于松弛的状态下时 其共振频率为 环境噪声控制工程43 特点 膜共振吸声结构主要用于中频范围的吸声 共振频率一般在200 1000Hz范围内 吸声系数一般为0 3 0 4 非常薄的膜共振结构的吸声频率可处于高频范围 在实用中 为改善吸声性能 可在其背后空气层内充填多孔材料 环境噪声控制工程44 3 单腔共振吸声结构 单腔共振吸声结构由一个刚性容器和一个连通外界的颈口组成 环境噪声控制工程45 特点 该结构吸声频率较窄 具有较强的频率选择性 多用于低频噪声的吸收 一般情况下 是多个共振腔组合使用 通过调节各腔的结构尺寸来适应不同频率的吸收 4 穿孔板共振吸声结构 P72 在板材上 以一定的孔径和穿孔率打上孔 背后留有一定厚度的空气层 即为穿孔板共振吸声结构 穿孔板共振吸声结构的吸声特性取决于穿孔板的厚度 孔径 穿孔率 板后的空气层厚度等 其共振频率为 环境噪声控制工程48 常用穿孔板共振结构参数 其中 d 孔径 B 孔中心距 穿孔板结构的拓展 1 该结构的吸声频率较窄 可在穿孔板背后填充一些多孔材料可改进吸声特性 2 采用多层穿孔板吸声组合结构 环境噪声控制工程51 例题 1 在1 5mm的板上以正方形排列