noisecontrol-ch2.4-20130318

1、1.4.1 材料的声学分类和吸声特性材料的声学分类和吸声特性一、吸声材料的分类一、吸声材料的分类 1.多孔性吸声材料：多孔性吸声材料： 材料内部有许多微小细孔直通材料表材料内部有许多微小细孔直通材料表面，或者内部有许多相互连通的气泡，面，或者内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通气性。具有一定的通气性。用于吸收中高频声用于吸收中高频声吸声材料的分类吸声材料的分类吸声材料的分类：吸声材料的分类：纤维材料：纤维材料：无机纤维无机纤维有机纤维有机纤维泡沫材料泡沫材料颗粒材料颗粒材料无机纤维无机纤维玻璃棉：玻璃棉：超细玻璃棉（超细玻璃棉（d=0.1-0.4m）：）：最常用的吸声材料具有不燃、容积密度小

2、、防水、防蛀、耐腐蚀、耐热、抗冻、隔热等优点矿渣棉：矿渣棉： 导热系数小，防火、耐腐蚀、价廉岩棉：岩棉：新型吸声材料，价廉、隔热、耐高温（700）易于成型 有机纤维有机纤维优点：价廉、吸声性能好，多为棉麻吸声纤维板：容积密度：200-300kg/m3 泡沫塑料类泡沫塑料类较多使用较多使用聚胺酯泡沫塑料聚胺酯泡沫塑料优点：优点： 容积密度小、导热系数小、质软容积密度小、导热系数小、质软缺点：易老化、耐火性差缺点：易老化、耐火性差 吸声建筑材料吸声建筑材料泡沫微孔的吸声砖泡沫微孔的吸声砖泡沫混凝土泡沫混凝土特点：特点： 保温、防潮、保温、防潮、耐腐蚀、耐冻、耐高耐腐蚀、耐冻、耐高温温2.共振吸声结

3、构：共振吸声结构： 由于共振作用，在系统共振频率附近由于共振作用，在系统共振频率附近对入射声能具有较大吸收作用的结构对入射声能具有较大吸收作用的结构。用于吸收低频声用于吸收低频声常见类型：常见类型：薄板和薄膜吸声结构薄板和薄膜吸声结构微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构薄板穿孔共振吸声结构薄板穿孔共振吸声结构 二、吸声性能评价量1.吸声系数吸声系数 （） 被材料吸收掉的声能与入射总声能之比被材料吸收掉的声能与入射总声能之比rEEEEEEEiririia11当当=1 完全吸声材料完全吸声材料当当=0 完全反射材料完全反射材料一般：一般：=0-1 为一般吸声材料为一般吸声材料 用来描述吸声材料或者吸声

4、结构的用来描述吸声材料或者吸声结构的吸声特性吸声特性当 0.2， 为吸声材料 当 =0.010.03时， 材料不作为吸声材料影响影响大小的因素：大小的因素： 材料的性质材料的性质材料的结构特征材料的结构特征入射声波的投射方向入射声波的投射方向安装方式（例如背后有否空气层、其安装方式（例如背后有否空气层、其厚度、固定方式等）厚度、固定方式等）1） 驻波管法：驻波管法：垂直入射吸声系数垂直入射吸声系数 (驻波管法吸声系数驻波管法吸声系数o)多用于材料性质的鉴定与研究多用于材料性质的鉴定与研究 22) 1(411nnro2、吸声系数的分类和测量、吸声系数的分类和测量2、吸声系数的分类和测量、吸声系数

5、的分类和测量2）混响室法：）混响室法：无规入射吸声系数无规入射吸声系数(混响室法吸声系混响室法吸声系数数T)与实际应用情况接与实际应用情况接近近 垂直入射吸声系数0 与 无规入射吸声系数T二者之间的互换(见表)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9T0.25 0.40 0.50 0.60 0.75 0.850.90.9811）与声频率与声频率f 的关系的关系平均吸声系数平均吸声系数 指中心频率指中心频率f=125、250、500、1000、2000、4000Hz的吸声系数的吸声系数的的平均值平均值。（。（p 42）3. 吸声性能的单值评价量 2)吸声量：吸声量： 等效吸声面积

6、。等效吸声面积。为吸声面积与吸声系数的乘积为吸声面积与吸声系数的乘积 A= S式中：式中：A： 吸声量，吸声量，m2 ：某频率声波的吸声系数：某频率声波的吸声系数 S ：吸声面积，：吸声面积，m2 对于不同材料组成的室内各壁，则某壁面在某频率下的吸声量A： niiiniiSAA11式中 A ： 第i种材料组成壁面的吸声量，m2 ：第i种材料在某频率声波的吸声系数 S ：第i种材料组成壁面吸声面积，m2考虑室内各类物体的吸声量，则和室内各物体吸声量的总所有壁面吸声量的总和其中：niiiniiniiiniiSASAA11111.4.2 多孔吸声材料多孔吸声材料一、吸声原理吸声原理（P43）*多孔材

7、料的条件多孔材料的条件：材料内部大量孔隙内部大量孔隙，且空隙尽量小并分布小并分布均匀均匀材料内部孔隙必须向外敞开孔隙必须向外敞开材料内部孔隙一般相互连通孔隙一般相互连通，而不是封闭能够有气流通过1.4.2 多孔吸声材料多孔吸声材料二、影响多孔吸声材料吸声特性的因素影响多孔吸声材料吸声特性的因素1.容积密度容积密度影响材料的孔隙率容积密度影响材料的孔隙率多孔吸声材料多孔吸声材料：存在一个吸声性能最佳的存在一个吸声性能最佳的容积密度范围。容积密度范围。厚度一定，容积密度越大，较大吸声系数值向低频方向移动； 容积密度过大，中高频吸声性能下降2.厚度厚度： 厚度增加： 低频吸收增加，对高频影响不大低频

8、吸收增加，对高频影响不大材料一定时： 厚度增加厚度增加1倍，吸声频率特性曲线倍，吸声频率特性曲线的峰值朝低频方向移动一个倍频程的峰值朝低频方向移动一个倍频程对于中、高频噪声：厚度对于中、高频噪声：厚度2-5cm对于低频：厚度对于低频：厚度5-10cm 3.背后空气层背后空气层：实际应用中：实际应用中：5-10厘米为宜厘米为宜空腔可以改善低频声的吸声性能，相当空腔可以改善低频声的吸声性能，相当于增加材料厚度于增加材料厚度空腔增加，有利于低频声吸收有利于低频声吸收：空腔近似于入射声波的1/4波长： 吸声系数最大空腔近似于入射声波的1/2波长（或其整倍数）： 吸声系数最小4.温湿度影响：温度的影响温

9、度升高：温度升高： 向高频声移动向高频声移动温度降低：温度降低： 向低频方向移动向低频方向移动湿度影响： 湿度增加：湿度增加： 空隙内吸水量增加，空隙内吸水量增加， 吸声吸声系数下降，且从高频开始系数下降，且从高频开始湿度较大的地下室或车间： 选用吸水量较小的耐潮湿的多孔材料5.气流影响：气流影响：主要指多孔材料用于通风管道和消声器内指多孔材料用于通风管道和消声器内： 气流易吹散多孔材料 ，影响吸声效果，甚至会堵塞管道，损坏风机叶片，造成事故6.护面层护面层： 用于固定疏松的多孔材料护面穿孔板护面穿孔板以金属板、硬质纤维板、胶合板、塑料薄片等面板的穿孔率：一般不小于20%； 圆孔：孔径为5-8

10、毫米穿孔率越大： 中高频吸声效果好穿孔率越小： 中高频吸声效果差，低频效果好织物和网纱织物和网纱玻璃纤维、纱布、塑料网纱、金属丝网穿孔率高，对材料吸声特性影响小，可节省投资三、空间吸声体 把吸声材料或吸声结构悬挂在室内离壁把吸声材料或吸声结构悬挂在室内离壁面一定距离的空间中，称为空间吸声体面一定距离的空间中，称为空间吸声体分类分类：大面积平板体离散的单元吸声体适用于大面积、多声源、高噪声的空间适用于大面积、多声源、高噪声的空间箱型圆筒型平板型船型大面积平板体吸声量大约为将相同吸声板紧贴壁面的两倍具有较大的总吸声量212A空间吸声体（板）与房间面积比空间吸声体（板）与房间面积比 =30%-40%

11、，吸声效率最高，吸声效率最高悬挂方式：悬挂方式：水平悬挂水平悬挂垂直悬挂垂直悬挂水平与垂直的组合悬挂悬挂水平与垂直的组合悬挂悬挂1.4.3 共振吸声结构共振吸声结构一、薄膜与薄板共振结构一、薄膜与薄板共振结构2.吸声机理：吸声机理：当声波入射到薄板上，薄板产生振动，发生弯曲变形，因为板内的内阻尼与板的龙骨见的摩擦，将振动的能量转化为热能，从而消耗声能。当产生共振时，振动最剧烈，声能消耗最多当产生共振时，振动最剧烈，声能消耗最多3.吸声特性及其改善吸声特性及其改善 薄板共振吸声结构的共振频率薄板共振吸声结构的共振频率 cmDmmtmkgmmtMmkgMMDfo板后空气层厚度，为板厚，为板密度板的

12、面密度，其中：)()/(,/60032常用的薄板共振吸声结构的吸声系数（一般在常用的薄板共振吸声结构的吸声系数（一般在0.2-0.5） 影响共振结构频率的因素影响共振结构频率的因素共振频率主要取决于板（膜）的面密度和背共振频率主要取决于板（膜）的面密度和背后空气层的厚度后空气层的厚度增大增大A或或L可以降低可以降低fr： 实用中：实用中：薄板厚度：薄板厚度：3-6mm； 空气层厚度：空气层厚度：3-10mm； 共振频率：共振频率：80-300Hz（多为低频吸声）（多为低频吸声）二、穿孔板共振结构二、穿孔板共振结构1.单空腔共振体单空腔共振体结构和吸声机理结构和吸声机理是由腔体与颈口组成，腔体通

13、过颈口与外部空气相是由腔体与颈口组成，腔体通过颈口与外部空气相通。通。当声波入射到腔体时，入射能将激起孔颈处的空气当声波入射到腔体时，入射能将激起孔颈处的空气分子作往复运动，孔颈处摩擦阻力消耗声能分子作往复运动，孔颈处摩擦阻力消耗声能当外界入射声波频率和系统固有频率相等时，孔颈当外界入射声波频率和系统固有频率相等时，孔颈中的空气由于共振产生剧烈振动，吸声效果最好中的空气由于共振产生剧烈振动，吸声效果最好。穿孔板共振结构穿孔板共振结构dlv单空腔共振吸声体的共振频率：单空腔共振吸声体的共振频率： koVlScf2 c- 声速（常温声速（常温c=340m/s） S-小孔截面积小孔截面积 m2 V-

14、空腔体积，空腔体积，m3 lk-小孔有效颈长（板厚度）小孔有效颈长（板厚度）m mdmldlldldllkk颈口直径，），颈的实际长度（板厚度其中：空腔内壁贴有吸声材料圆形孔：2 . 18 . 04单空腔共振吸声体特点：单空腔共振吸声体特点：吸收频带窄，用于明显音调的低频噪声吸收频带窄，用于明显音调的低频噪声增加吸声频带的带宽：增加吸声频带的带宽： 在颈口蒙上一层透声的织物（尼龙、玻璃纱）在颈口蒙上一层透声的织物（尼龙、玻璃纱）2.多孔穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 构造：由穿孔的板和板后空气层组成（视为多个单腔共振体并联） 原理： 单腔共振原理单腔共振原理 二、穿孔板共振结构二、穿孔板

15、共振结构共振频率共振频率： Vtd刚性壁面D其中：其中： c- 声速（常温声速（常温c=340m/s） S- 每个小孔截面积每个小孔截面积 m2 F-每一共振单元所占薄板的面积，每一共振单元所占薄板的面积， m2 h-空腔深度，空腔深度，m lk-小孔有效颈长（板厚度）小孔有效颈长（板厚度）m P-穿孔率；穿孔率；P=S/FkkohlPcFhlScf22P-穿孔率：穿孔面积和总面积之穿孔率：穿孔面积和总面积之比比圆孔正方形排列：圆孔正方形排列：224/BdP2232/BdP-圆孔正三角形排列：圆孔正三角形排列：d-孔径孔径 B-孔中心距孔中心距dBdB3）当孔为平行狭缝时）当孔为平行狭缝时dB

16、BdP 穿孔率计算：穿孔率计算：*最大吸声系数最大吸声系数max 和和吸声带宽吸声带宽 f : 在共振频率在共振频率fo处的最大吸声系数为处的最大吸声系数为maxfo附近能保持吸声系数为附近能保持吸声系数为max/2的频带宽度为的频带宽度为吸声带宽吸声带宽 f hffoo4特点：特点：孔径3-10mm，穿孔率大于20%时：多用做多孔材料的护面板板的穿孔面积越大，吸声频率越高；空腔越深，板的穿孔面积越大，吸声频率越高；空腔越深，吸声频率越低吸声频率越低： 吸收低、中频噪声的峰值，吸声系数为吸收低、中频噪声的峰值，吸声系数为0.4-0.7吸声带宽与腔深有关，且腔深影响共振频率： 选择腔深10-25

17、cm工程上：工程上： 板厚：板厚：2-13mm 孔径：孔径：2-10mm 穿孔率：穿孔率：1%-10% 腔深（板后空气层厚度）腔深（板后空气层厚度）10-25cm增大吸声系数和提高吸声带宽的方法增大吸声系数和提高吸声带宽的方法穿孔板孔径取偏小值穿孔板孔径取偏小值： 提高空腔内阻尼在在颈口蒙上一层透声的织物颈口蒙上一层透声的织物（尼龙、玻璃纱）（尼龙、玻璃纱）： 提高孔径摩擦穿孔板后的穿孔板后的空腔内填放一层多孔吸声材料空腔内填放一层多孔吸声材料：组合几种不同尺寸组合几种不同尺寸的共振吸声结构的共振吸声结构：分别吸收一小段频带，使总频带加宽采用不同穿孔率、不同腔深的采用不同穿孔率、不同腔深的多层

18、穿孔板结构多层穿孔板结构：吸声系数可达0.9，吸声频带宽达2-3个倍频程三、微穿孔板共振吸声结构微穿孔板吸声结构板厚和孔径1mm穿孔率为1%5%微穿孔板和板后空腔组成的。三、微穿孔板共振吸声结构原理(p 49)： 微穿孔板的孔小且穿孔率低，同普通穿孔板相比，声阻要大得多，而声质量要小得多，在吸声系数和有效吸声频带宽度方面都要优在吸声系数和有效吸声频带宽度方面都要优于穿孔板吸声结构。于穿孔板吸声结构。微穿孔板吸声结构的主要吸声机理是，声波主要吸声机理是，声波入射时，空气在小孔中摩擦而消耗声能入射时，空气在小孔中摩擦而消耗声能。 1.4.4 室内吸声降噪1.室内声场的衰减室内声场的衰减1）平均吸声

19、系数niiniiiSS11房间内表面面积房间容积其中：SVSVd4 1.室内声场的衰减室内声场的衰减2）平均平均自由程（d） ：单位时间内，室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程。3）单位时间内平均反射次数n：VcSncSV414次数：单位时间内的平均反射间：传播一个自由程所需时4）室内声能衰减过程“混响过程”或“交混过程”xtVcSteDD4)1(声能随时间声能随时间增长呈指数增长呈指数衰减（反射）衰减（反射）空气吸收引空气吸收引起的声能衰起的声能衰减减2. 混响时间混响时间： 在扩散声场中，当声源停止发生后声能密度下降为原数值的百万分之一所需的时间，即房间内声压即房间内声压级衰减级衰减

20、60db所需的时间（所需的时间（T60）其中： V房间总体积 SVT161. 060crWQDd243、室内声场声压级、室内声场声压级1）直达声场）直达声场: 从声源直接到达受声点的直达声构成的声场从声源直接到达受声点的直达声构成的声场直达声声直达声声能密度能密度指向性指向性因数因数Q =1Q =2Q =4 Lw-声源的声功率级 r计算处到声源的距离 Q声源指向性因数： 其中当Q =1 ，声源位于室内几何中心，声源位于室内几何中心Q =2 ，声源位于室内地面中心或某一墙面中心，声源位于室内地面中心或某一墙面中心Q =4 ，声源位于室内某一边线中心，声源位于室内某一边线中心Q =8 ，声源位于室

21、内八个角落之一，声源位于室内八个角落之一24lg10rQLLWPd2）混响声场的声压级：）混响声场的声压级：其中R房间常数：系数室内各壁面的平均吸声室内总表面积SSRr1)4lg(10PrrWRLL3)总声场总声场)44lg(102rWPRrQLL 4)混响半径： 当Rr /4r2= 4/Rr 且且Q=1，则临界半径临界半径=混响半径混响半径rrcQRQRr14. 0414. 吸声减噪量的计算：21121212221211lg10lg104444lg10rrPrrPPPRRLRrQRrQLLL减噪量：对于远离声源处的吸声2.室内稳态声场的吸声减噪量 2112lg10lg10TTLP2/1 或或

22、T1/T21234 568102040LP（dB ）0356 789101316*吸声设计吸声设计* 一、设计原则及步骤 1. 适用场合适用场合 1)室内表面多为坚硬的反射面坚硬的反射面,室内原有的吸声较小,混响声占主导地位混响声占主导地位的场合2)操作者距声源有一定距离,室内混响较大室内混响较大的场合3)要求减噪点虽然离声源较近,但用隔声屏隔离直达声的场合 2.设计原则设计原则1）尽量先对声源采取措施尽量先对声源采取措施: 改进设备, 加隔声罩、消声器或建隔声墙、隔声间2）只有房间内平均吸声系数很小只有房间内平均吸声系数很小，做吸声处理效果才好3）房间吸声量在较高基础上继续增加，收效甚微。

23、吸声量增加到一定值时，应适可而止4）吸声处理对于远离声源的接受者效果较好吸声处理对于远离声源的接受者效果较好，而在声源附近的接受者效果较差。5）通常室内的混响只能在直达声上增加混响只能在直达声上增加4-11dB左右。 吸收掉直达声上的混响，减噪效果在吸收掉直达声上的混响，减噪效果在4-11 dB。6）选择吸声处理方式，必须坚固通风、采光、照明、装修，并注意施工、安装的方便及省工、省料7）选择吸声材料和结构时，必须注意和考虑防火、防潮、防腐蚀、防止小孔堵塞等工艺要求。 3.吸声设计程序 1）求出待处理房间的噪声级和频谱求出待处理房间的噪声级和频谱。车间：实测设计中的车间： 由设备功率谱和房间壁面

24、情况进行推算2）确定室内噪声的减噪目标值，包括声确定室内噪声的减噪目标值，包括声级和频谱。（由标准确定）级和频谱。（由标准确定）3）计算各频带噪声的需要减噪值计算各频带噪声的需要减噪值3.吸声设计程序4）估算和测量待处理房间的平均吸声系数（或吸估算和测量待处理房间的平均吸声系数（或吸声量），求出吸声处理需要增加的吸声量（平均声量），求出吸声处理需要增加的吸声量（平均吸声系数）吸声系数）5）选定吸声材料（或吸声结构）的种类、厚度、选定吸声材料（或吸声结构）的种类、厚度、容积密度，求出吸声材料的吸声系数，确定吸声容积密度，求出吸声材料的吸声系数，确定吸声材料的面积和安装方式等。材料的面积和安装方式

25、等。 二、基本设计公式二、基本设计公式 1.室内声压级：室内声压级： )44lg(102rWPRrQLL2.混响时间的计算混响时间的计算 SVT161. 0603.吸声降噪效果的估算吸声降噪效果的估算远离声源处的吸声减噪量 21121211lg10lg10rrPRRL 一般室内稳态声场的吸声减噪量 2112lg10lg10TTLP*设计计算图表设计计算图表* 室内声压级计算图表室内声压级计算图表 室内吸声处理的减噪量的简算图表室内吸声处理的减噪量的简算图表 *室内声压级计算图表（室内声压级计算图表（p187 ）*室内吸声处理的减噪量的简算图表室内吸声处理的减噪量的简算图表2/1 或或T1/T21234LP（dB ）03562/1 或或T1/T2568LP（dB ）7892/1 或或T1/T2102040100LP（dB ）10131620*吸声处理方式的选择吸声处理方式的选择*一、所需吸声降噪量较高、房间面积较小的吸声吸声降噪量较高、房间面积较小的吸声设计，宜对天花板、墙面同时作吸声天花板、墙面同时作吸声处理（如单独的风机房，隔声控制室等）。二