第七章吸声降噪.ppt

1、环境噪声控制工程,环境科学与工程学院,Chapter 7 吸声降噪,7.1 吸声材料的分类和吸声性能评价量 7.2 多孔吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 室内声场和吸声降噪,7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量,7.1.1 吸声材料的分类 7.1.2 吸声性能的评价量,吸声是噪声污染控制的一种重要手段； 在噪声污染控制工程设计中，常利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声。,室内噪声的来源：,通过空气传来的直达声 室内各墙壁面反射回来的混响声,7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量,7.1.1 吸声材料的分类,吸声： 声波通过媒质或入射到媒质分解面上时声能的减 少过程，称为吸声或声吸收。 材料

2、吸声： 当媒质的分界面为材料表面时，部分声能被吸收 的现象，称为材料吸声。 吸声材料： 具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。,1.多孔性吸声材料,多孔性吸声材料（针对高频噪声控制） 材料特征： 内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有通气性。 吸声机理： 声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生内摩擦（摩擦力来自空气的压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。,共振吸声结构（针对低频噪声控制） 材料特征：薄膜或薄板表面穿孔 吸声机理：应用共振原理 1）声音与薄板（薄膜）固有频率产生共振 2）声音与板后空腔气室空气产生共振,7.1.1 吸声材料的分类,吸 声 材

3、 料,多孔性吸声材料,共振吸声结构,特殊吸声结构,纤维状,颗粒状,泡沫状,穿孔板共振吸声结构,单个共振器,空间吸声体,吸声尖劈,薄膜共振吸声结构,薄板共振吸声结构,7.1.2 表示材料吸声性能的量,1. 吸声系数 2. 吸声系数的分类和测量 3. 吸声性能的单值评价量,1. 吸声系数,a.定义： 材料吸收的声能量与入射到材料上的总声能的比值。,当a0时，无吸声 当a1时，完全吸收，无声能反射,2 吸声系数的分类测量,声波入射到材料表面的方向包括：正入射、斜入射、无规则入射。,1). 驻波比法测吸声系数的测试原理,基于振幅合成, 产生驻波时:,波腹：,波节：,1). 驻波管法测吸声系数的测试原理

4、,1). 驻波管法测吸声系数的测试原理,驻波比 n,2)传递函数法垂直入射吸声系数测量,3）.混响室法无规入射吸声系数测量,3）.混响室法无规入射吸声系数测量,1.混响室法测吸声系数的测试原理： 混响时间：声压级衰减60分贝的时间。 房间内吸声量与混响时间有关：,m:衰减系数,1.混响室法测吸声系数的测试原理,安装吸声材料前后，房间的总吸声量的变化可表示为：,若两次测量时间间隔短及室内温、湿度相差很小。可认为：,所以：,1.混响室法测吸声系数的测试原理,整个房间的吸声系数可表示为：,S:试件的面积,常用两种测量方法的比较,混响室法测吸声系数与驻波比法测吸声系数的换算：,比较两种吸声测量方法可知

5、： 基于声音传播方向的无规则性，混响室法测得的吸声系数更接近材料的实际应用环境；但测定吸声系数较困难，两种方法测定的吸声系数可以进行换算。,垂直入射系数与无规则入射系数的关系,3.吸声性能的单值评价量,（1）平均吸声系数 考虑到频率特性： 平均吸声系数: 材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。 （2）降噪系数： 是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸 声系数的算术平均值。,3.吸声性能的单值评价量,（3）吸声量：,一个房间的总吸声量：,A：材料的总吸声量 Si：材料i的吸声表面积 (m2) 可推知，吸声量A的单位是m2,7.2 多孔吸声材料,7.2.1 吸声机理 7.2.2

6、 影响因素,几种多孔性吸声材料,7.2.1 吸声机理,7.2.1 吸声机理,由于,当Zsm（材料声阻抗率）与c相等时，a1，说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可能。理想吸声材料要求其声阻抗率接近于空气的特性阻抗率。,压缩、膨胀、摩擦、产热,降低声音能量,吸声材料构造特性,材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右； 孔隙应该尽可能细小，且均匀分布； 微孔应该是相互贯通，而不是封闭的； 微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。,频率影响,7.2.2 影响多孔性吸声材料吸声性能的因素,a.材料的空气流阻 b.材料的密度或孔隙率 c.材料厚度的影响 d.材料后空气层的影响 e.材料

7、装饰面的影响 f. 温度、湿度的影响,a.材料的空气流阻（Rf）,定义： 在稳定气流状态下，吸声材料中的压力梯度与气流 线速度之比。,比流阻：指单位厚度材料的流阻。,过高,空气穿透力降低,过低,因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低,吸声性能下降,a.材料的空气流阻（Rf）,b.材料的密度或孔隙率,孔隙率： 材料中的空气体积与材料的总体积的比值。 孔隙率又与材料的流阻有关，具有相同孔隙率的材料，孔隙尺寸越大，流阻就越小；反之孔隙尺寸越小，流阻越大。 孔隙率还与孔隙的组织结构有关，孔隙比较通畅的材料流阻小，孔隙比较“迂回曲折”的材料流阻大。,c.材料厚度的影响,d.材料平均密度的影响,e.材料后空气

8、层的影响,e.材料后空气层的影响,f.护面层（材料装饰面）的影响,作用： 保护吸声材料，防止污染环境。 种类： 护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。 要求： 要有良好的通气性。,f. 温度、湿度的影响,f. 温度、湿度的影响,常用吸声材料的使用情况,7.3常用共振吸声结构,1.概述 2.薄膜与薄板共振吸声结构 3.穿孔板共振吸声结构 4.微穿孔板吸声结构,7.3.1.概述,在室内生源所发出的声波的激励下，房间壁、顶、地面等围护结构，以及房间中的其他物体也将发生振动。 振动的结构或物体由于自身的内摩擦和与空气的摩擦，会把一部分振动能量转变成热能而消耗掉，根据能量守恒定律，这些消耗掉的能量必定来

9、源于激励结构或物体振动的声源的声能量。 主要有薄板共振吸声结构、亥姆霍兹共振吸声结构、穿孔共振吸声结构以及微穿孔共振吸声结构等 共振吸声结构对中、低频噪声有很好的吸声性能，而多孔性吸声材料的吸声频率范围主要在中、高频率。,7.3.1 共振吸声结构,特点： 低频吸收性能好； 装饰性强； 强度足够； 声学性能易于控制。,7.3.2.薄膜吸声结构,系统共振频率：,空气层,膜状材料,吸声频带： 200-1000Hz， 吸声系数：0.30.4,吸声机理：薄膜振动,7.3.2.薄膜吸声结构,7.3.2.薄膜吸声结构,薄板吸声结构,系统共振频率：,吸声频带： 80-300Hz， 吸声系数：0.2-0.5 薄

10、板厚度：3-6mm 空气层厚度：3-10mm,例题,采用胶合板为共振吸声结构，其厚度为4mm，面密度为3.2kg/m2，空气层厚度h=6cm，求其共振频率f0。,3.穿孔板吸声结构,分类：单孔和多孔,结构：封闭的空腔上开有小孔，与外部相通。 吸声机理：亥姆霍兹共振器,单孔时系统共振频率：,3.穿孔板吸声结构,单腔共振吸声结构处于共振频率时的最大吸声量,亥姆赫兹共振器的特点是吸收低频噪声并且频率选择性强。可在口颈处做适当加强。,3.穿孔板吸声结构,多孔时系统共振频率：,板的穿孔面积越大，多孔系统吸声频率就越高。空腔越深或板越厚，吸声频率就越低。 一般穿孔板吸声结构主要用于吸收低中频噪声的峰值。,

11、3.穿孔板吸声结构,穿孔率（P）=穿孔面积/总面积 穿孔面积越大，吸声频率越高。 吸声频带：低中频噪声， 吸声系数：0.4-0.7 薄板厚度：2-5mm 孔 径：2-4mm 穿孔率：1%-10%,3.穿孔板吸声结构,3.穿孔板吸声结构,频带宽度：,由于穿孔板自身的声阻很小，吸声频带较窄，可在穿孔板后填充一些多孔的材料或敷上声阻较大的纺织物等材料，便可改进其吸声特性。是否填满均可。,3.穿孔板吸声结构,4.微穿孔板吸声结构,结构：,吸声机理与吸声特征,厚度小于1mm孔径小于1mm的小孔，穿孔率为1%5%的金属微穿孔板与板后的空腔所组成的吸声结构。,吸声机理与穿孔板相通。利用空气在小孔中的来回摩擦

12、消耗声能，用腔深来控制吸声峰值的共振频率，腔越深，共振频率越低。 由于板薄、孔小而密，声阻比普通穿孔板大得多，因而在吸声系数和带宽方面都有很大改善。,4.微穿孔板吸声结构,系统共振频率：,共振时最大吸声系数：,4.微穿孔板吸声结构,4.微穿孔板吸声结构,4.微穿孔板吸声结构,特点： 吸声频带较宽； 可用于高温、潮湿、腐蚀性气体或高速气流等其它材料及结构不适合的环境中； 结构简单，设计理论成熟，吸声结构的理论计算与实测值接近。 孔小、易堵塞 成本较高,特殊吸声结构,1 空间吸声体 2 吸声尖劈,1 空间吸声体,特点： 悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料； 便于安装，装拆灵活。,2 吸声尖劈,2

13、吸声尖劈,7.4 室内声场和吸声降噪,7.4.1 室内声场的声能密度和声压级 7.4.2 室内声衰减和混响时间 7.4.3 吸声降噪 7.4.4 室内简正模式,7.4.1 室内声场的声能密度和声压级,室内声压级的计算,扩散声场： 房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波 在各个传播方向作无规分布的声场叫扩散声场 。,室内声场,直达声场,混响声场,1.直达声场,a.直达声场的计算： 距点声源 r 处的声强为,R-声源的指向性因数 点声源位于自由场空间，R=1;置于无穷大刚性平面上，R=2;声源置于两个刚性平面的交线上，R=4;声源置于三个刚性反射面的交角上，R=8）,距点声源 r 处的声

14、压及声能密度为：,1.直达声场,声压级的计算：,2.混响声场,自由程：声波每相邻两次反射所经过的路程称作自由程。 平均自由程：室内自由程的平均值。,声速为c时，声波传播一个自由程所需的时间为：,单位时间内平均反射次数为：,2.混响声场,单位时间声源向室内贡献的混响声为：,混响声的声能为：,反射一次，壁面吸收的声能为：,单位时间内壁面吸收的声能为：,稳态时：,2.混响声场,室内的混响声能密度为：,设：,混响声场中的声压为：,2.混响声场,相应声压级为：,3.室内总声压级的计算,c.总声场：,3.室内声压级的计算,Lw=100dB R=2 R=100m2 问10m处，声压级？,4.混响半径,当直达

15、声与混响声的声能相等时的距离称为临界半径。,R=1时的临界距离称为混响半径。 意义： 当受声点与声源的距离小于临界半径时，吸声处理的降噪 效果不大；当受声点与声源的距离大大超过临界半径时， 吸声处理才有明显的效果。,7.4.2 室内声衰减和混响时间,当声源开始辐射声能量时，声波在室内传播，部分被吸收，逐渐在空间形成了声能密度分布。 当单位时间内被吸收的声能量和供给的声能量达到平衡，室内声能量不再增加而达到稳态。 声源突然停止，室内声能量不是立即消失。首先直达声小时，反射声继续反射，每反射一次，能量减少，直至完全消失。,7.4.2 室内声衰减和混响时间,混响时间计算,定义： 当声源停止发声后声能

16、密度衰减到原来的百万分之一， 即声压级下降60dB所需的时间，叫做混响时间。 Sabine公式：,V房间容积，m3 A室内总吸声量，m2,7.4.2 室内声衰减和混响时间,C.F. Eyring 公式:,Eyring-Millington 公式:,当0.2时，,7.4.3 吸声降噪,7.4.3 吸声降噪,1.吸声降噪效果的估算,设R1、R2分别为室内设置吸声装置前后的房间常数，则 距声源r出相应的声压级分别为:,7.4.3 吸声降噪,1.吸声降噪效果的估算,吸声前后的声压级之差，即吸声降噪量为:,7.4.3 吸声降噪,1.吸声降噪效果的估算,当受声点离声源较近时，降噪量很小。 当受声点离声源较

17、远时（混响半径以外），降噪量可简 化为：,由于房间内吸声系数均较小，上式可简化为：,7.4.3 吸声降噪,1.吸声降噪效果的估算,由于：,7.4.3 吸声降噪,1.吸声降噪效果的估算,2. 吸声设计原则,总原则： 应先对声源进行隔声、消声等处理，当噪声源不宜采用隔 声措施，或采用了隔声手段后仍不能达到噪声的标准时， 可采用吸声处理来作为辅助手段。 基本原则： 1.单独的风机房、泵房、控制室等房间面积较小，所需降 噪量较高时，可对天花板、墙面同时作吸声处理； 2.车间面积较大时宜采用空间吸声体，平顶吸声处理； 3.声源集中在局部区域时，宜采用局部吸声处理，并同时 设置隔声屏障；,2. 吸声设计原

18、则,4.噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理； 5.对于中、高频噪声，可采用20-50mm厚的常规成型吸声 板，当吸声要求较高时可采用5080mm厚的超细玻璃棉 等多孔吸声材料，并加适当的护面层； 6.对于宽频带噪声，可在多孔材料后留50-100mm的空气 层，或采用80-150mm厚的吸声层；对于低频带噪声，可 采用穿孔板共振吸声结构，其板厚通常可取2-5mm，孔径 可取3-6mm，穿孔率小于5；,2. 吸声设计原则,7.对于湿度较高的环境，或有清洁要求的吸声设计，可采用 薄膜覆面的多孔材料或单、双层微穿孔板共振吸声结构， 穿孔板的板厚及孔径均不大于lmm，穿孔率可取0.5-3， 空腔深度可取50一200mm。 8.进行吸声处理时，应满足防火、防潮、防腐、防尘等工艺 与安全卫生要求，兼顾通风、采光、照明及装修要求，也要 注意埋设件的布置。,2. 吸声设计程序,根据声源特性估算受 声点的各频带声压级,确定各吸声面的吸声系数,了解环境特点，选定噪声控制标准,计算各频带所需吸声量,计算室内应有的吸声系数,确定受声点允许的噪声 级和各频带声压级,选择合适的吸声材料,2. 吸声设