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1、第三章 吸声,利用吸声材料或吸声结构吸收声能以降低室内噪声的办法称为吸声降噪，简称为吸声。 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,室内混响声对环境的影响：,混响使室内噪声级增加，如一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出5-10dB; 混响对听觉的干扰； 若 两个声音达到人耳的时间差在50ms之内时，就分辨不出是两个声音，由于直达声和混响声的叠加，会增加接收者听到的噪声强度，所以同一台机器在室内时感到比在野外响得多，一般可提高10多分贝。,第一节
2、吸声原理 若用可以吸收声能的材料或结构装饰在房间内表面，使可吸收掉射到上面的部分声能，使反射声减弱，接受者这时听到的只是直达声和已减弱的混响声，使总噪声级降低。 吸声材料或结构：能够吸收较高声能的材料或结构。 吸声：利用吸声材料和吸声结构吸收声能以降低室内噪声的方法。 效果：可使室内降噪约35dB，使混响声严重的车间降噪约610dB。,吸声系数 吸声系数：吸声材料或结构吸声能力的大小通常用吸声系数表示。入射声能Ei和反射声能Er的差值与入射声能Ei之比值称为吸声系数。,Ei入射声能，J Er反射声能，J r反射系数。,a值在0-1之间， a=0， 声能全反射，材料不吸声； a =1，声能全部被
3、吸收，无声能反射； a0.2的材料可称为吸声材料； a 0.5的材料可称为理想吸声材料。,吸声量 吸声量又称等效吸声面积，规定为吸声系数与吸声面积的乘积，即 A=S A吸声量，m2 某频率声波的吸声系数； S吸声面积， m2。,例：有一吸声材料的吸声系数为0.2，用该材料在一规格为5m4m3m的房间内表面敷设，试求其吸声量。,解： S=253+23 4+2 54 =30+24+40 =94m2 A=S =0.294 =18.8m2 其吸声本领与吸声系数为1面积为18.8m2的吸声材料相同，18.8m2即为等效吸声面积。,总吸声量,A吸声量，m2; Ai第i中材料组成的壁面的吸声量，m2； i第
4、i中材料在某频率声波的吸声系数； Si第i中材料组成的壁面的面积，m2； S吸声面积， m2； 平均吸声系数；,例：,a=0.5,解：,=1S1+2S2+3S3 =0.5254+0.3234+0.6253 =20+7.2+18 =45.2m2,1.1 多孔吸声材料的吸声,多孔材料一直是主要的吸声材料，主要有：玻璃棉、矿渣棉、无机纤维、合成高分子材料等。 多孔吸声材料的结构特点：材料表面和内部多孔，孔与孔之间相互连通，并与外界大气相连，具有一定的通气性能。 吸声材料的固体部分在空间形成筋络，筋络之间有大量空隙。,声波在材料内部的衰减主要有两种机理作用的结果：声波在筋络间的空隙内传播时会引起筋络间
5、的空气来回运动，而筋络是静止不动的，筋络表面的空气受筋络间的空气运动速度有快有慢，空气的黏滞性会产生相应的黏滞阻力使声能不断转化为热能；声波的传播过程实质上就是空气的压缩和膨胀的交替过程，空气压缩时温度升高，膨胀时温度降低，由于热传导作用，在空气和筋络之间不断发生热交换，结果也会使声能转化为热能。,1.2 穿孔板吸声材料的吸声,薄的板材（如钢板、铝板、胶合板、塑料板、草纸棉线、石膏板等）按一定的孔径和穿孔率穿上孔，在背后留下一定的空气层，就构成了穿孔板结构。 当不同频率的声波入射到穿孔材料时，共振系统会产生不同的响应。当入射声波的频率接近系统固定共振频率时，系统内空气的振动很强烈，声能大量损耗
6、，即声吸收最大。,相反，当入射声波的频率远离系统固有的共振频率时，系统内空气的振动很弱，因此，吸声作用很小。 可见，这种共振吸声结构的吸声系数随频率而变化，最高吸声系数应出现在系统的共振频率处。,第二节 吸声装置,2.1 吸声材料 2.1.1多孔材料的种类 无机纤维材料 泡沫材料 有机纤维材料 建筑吸声材料,2.1.2多孔吸声材料的吸声特性,吸声材料的频谱特性曲线如图所示，是一条多峰曲线。 由图可知，在低频 段吸声系数一般较低， 当声波频率提高时， 吸声系数相应增大， 并有不同程度的变化。,f2,fr,fa,ar,am,ar2,吸声材料的频谱特性曲线,第一个吸声峰值频率叫做吸声材料的第一共振频
7、率，相应的吸声系数为其他吸声峰值对应于材料的频谱共振。 多孔材料的吸声特性主要受入射声波和所用材料的性质的影响。一般多空材料吸收高频效果好，吸收低频声效果差。这是因为声波为低频时，激发微孔内空气与筋络的相对运动少，摩擦损失小，因此声能损失小，而高频声容易使之快速振动，从而消耗较多的声能。,多孔吸声材料的吸声性能受材料的流阻、孔隙率、结构因子、厚度、容重、材料背后的空气层、材料表面的装饰处理，以及使用的外部条件等因素的影响，这些因素之间又有一定的关系。 材料的流阻 当声波引起空气振动时，有微量的空气在多孔材料的空隙流过。这时，多孔材料两面的静压差与气流线速度之比即为材料的流阻。流阻是表征气流通过
8、多孔材料难易程度的一个物理量。,当流阻接近空气的特性阻抗（即407Pasm）时，可获得较高的吸声系数，因此，一般希望吸声材料的流阻介于1001000 Pasm之间。 材料的孔隙率 多孔材料中通气的孔洞容积与材料总体积之比为孔隙率，它是衡量材料多孔性的 一个重要指标，一般多孔材料的孔隙率在70以上，矿渣棉为80 、玻璃棉为95 以上。, 材料的结构因子,结构因子表示多孔材料中孔的形状及其方向性分布的不规则情况，其数值一般介于210之间，玻璃棉为24，毛毡为510，结构因子的大小对低频吸声影响较大。 材料厚度 多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高频区吸声系数较大；,多孔材料对低频率声音吸声效果
9、差，即在低频区吸声系数较小； 随着材料厚度的增加，吸声最佳频率向低频方向移动； 厚度每增加1倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程；材料厚度（最佳吸收频率下的波长） 当声音频率大于500Hz时，吸声系数与厚度无关。,材料的容重,随着材料容重的增大，材料内部的孔隙率会相应降低，因此可改变低频吸收效果，但高频吸声性能可能下降。即最大吸收系数amax向低频方向移动., 材料背后的空气层,即：材料层与刚性面间的空气层； 当空气层厚度d=1/4时，吸声系数a最大； 对于低频率声音来说，较大，空气层厚度也要加大，在工程上增加空气层厚度不太合适(对于房顶可适当增加空气层的厚度)，一般5-10cm。, 材料
10、表面得装饰处理,多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等； 穿孔率（P），即穿孔总面积与未穿孔总面积的比值，穿孔率越大，对中高频率声音吸收效果越好，穿孔率越小，对低频吸收效果越好。 材料使用过程中温度升高，会使材料的吸声性能向高频方向移动，所以应注意材料的温度适用范围。,穿孔率的计算：,1）当圆孔为正方形排列时 2）当孔为等边三角形排列时,3）当孔为平行狭缝时,2.1.3 空间吸声体,所有护面的多孔吸声结构做成各种形状的单块，称为吸声体。 即：将吸声体悬挂在室内对声音进行多方位吸收； 吸声体投影面积与悬挂平面投影面积的比值约等于40时，对声音的吸声效率最高；
11、 该法节省吸声材料，对工厂、企业的吸声降噪比较适用。,几种常见形状的吸声体,悬挂空间吸声体遵循的原则,吸声体投影面积与悬挂平面投影面积的比值约等于40时，对声音的吸声效率最高； 吸声体的悬挂位置应尽量靠近声源； 吸声体分散悬挂优于集中悬挂特别对中高频声的吸声效果可提高4050； 吸声体悬挂后，应不妨碍采光、照明、设备检修、清洁等，并做到美观、大方、色彩协调；,吸声尖劈是一种楔子型空间吸声体，即在金属框架内填充多孔吸声材料。它是消声室或强吸声场的一种常用的吸声结构，其吸声原理为：利用特性阻抗，逐渐过渡到吸声材料的特性阻抗。该吸声结构低频特性极好，当吸声尖劈的长度大约等于所需吸收声波最低频波长的一
12、半时，其吸声系数可达到0.99。,吸声尖劈的结构,a,L,b,共振腔,玻璃棉,穿孔金属丝,金属板,使用空间吸声体应注意以下几个方面： 空间吸声体的面积比值（空间吸声体的投影面积与天花板面积之比）为3040% ，或室内总表面积的15%左右。 空间吸声体的安装高度与 排列方式。对于大型厂房，通常顶高度控制在厂房净高度的1/7 1/5左右。小型厂房挂在离顶0.5 0.8m处。排列方式主要有集中式、棋盘格式、长条式，长条式的效果做好 空间吸声体的体块面积与悬挂间距。此点应视房间面积、跨度、屋架、屋高、柱网等具体情况而定。单元尺寸大，单块面积可选为5 11m2，单元尺寸小，可选2 4m2。悬挂间距对大、
13、中型厂房可取0.8 1.6m，小型厂房可取0.4 0.8m。,2.2 吸声结构,利用共振原理做成的吸声结构称为共振吸声结构，它基本可分为三种类型：薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构和微穿孔共振吸声结构。,2.2.1薄板共振吸声结构,基于空气的体积弹性量为c2 假设空腔厚为L，则弹性系数 根据弹簧振子共振频率 代入得到：,其中： M：薄板面密度, Kg/m2 D: 空气层厚度，cm f: Hz : 空气密度, Kg/m2,薄板（膜）共振吸声结构的应用范围： 薄板（膜）吸声结构的共振频率通常在10-300Hz范围，薄板厚度3 6mm，空气层厚度为30 100mm，吸声系数约为0.2-0.5，一般
14、作为低频范围的吸声材料。 当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的封闭空气层，也构成振动系统，其共振频率按书中公式计算。,2.2.2穿孔板共振吸声体,1）单孔共振吸声结构 单孔共振吸声结构又称为“赫姆霍兹”共振吸声器或单孔共腔吸声器。它是一个封闭的空腔与外部空气相通，结构如图。,单孔共振吸声结构,这种结构腔体中的空气具有弹性，相当于弹簧。当声波入射时，孔径中的气体柱在声波的作用下便像活塞一样作往复运动，与颈壁发生摩擦，使声能转化为热能而损耗。 “赫姆霍兹”共振器的特点：吸收低频噪声，吸收频带较窄（频率选择性强），因此，多用在有明显音调的地盘声场合。,共振吸收频率：,其中： S0：孔面积，m2
15、V：空腔体积，m3 c：声速，m/s，一般取340 m/s。 lk：颈的有效长度，m,lk=l0+0.85d l0：颈的实际长度（即板厚），m d：颈口直径，m 当空腔内壁面贴多孔吸声材料时： lk=l0+1.2d,2）多孔穿孔板吸声结构,多孔穿孔共振吸声结构通常称为穿孔板共振吸声结构，实际上是单孔共振器的并联组合，故其吸声机理同单孔共振吸声结构，但其吸声状况大为改善，应用广泛。 穿孔率越高，每个共振腔的体积越小，共振频率就越高。,假设：S：每个孔面积, m2 A：共振单元薄板面积, m2 D：空腔厚度，m 则穿孔率PS/A，每个共振腔体积VAD 其共振频率为,其中： fo：共振频率，Hz；
16、c：声速，m/s，一般取340 m/s。 p：穿孔率，即穿孔面积在总面积中占得百分比； D：穿孔板后空气层的厚度，cm； lk：颈的有效长度，cm；当孔径d大于板厚t时， lk=t+0.8d；当孔径内贴多孔材料时， lk=t+1.2d。,改善穿孔板共振吸声结构吸声系数的措施： 孔径取偏小值，以提高孔内阻尼。 在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增加孔径的摩擦。 在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材料距板的距离视空腔深度而定，腔很浅时可贴紧穿孔板。 可组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小段频带，使总的吸声频带变宽。 以考虑采用采用不同穿孔率（一般取两层）穿孔板结构，能使吸声
17、频带增宽，提高23个倍频程，有的吸声系数可达0.9以上。,2.2.3微孔板共振吸声结构,微孔板共振吸声结构是我国著名声学专家马大猷教授于1964年首先提出的。 在厚度不超过1mm的薄金属板上开一些孔径不超过1mm的微孔，开孔率控制在0.55%，板后留一定的空腔。 优点：吸声频带较宽，吸声系数较高，结构简单，设计理论较成熟。 缺点：微孔加工困难，易被灰尘堵塞。,第三节 吸声技术应用,3.1 吸声降噪措施的应用范围 吸声降噪的实际效果主要取决于所用吸声材料或吸声结构的吸声性能、室内表面情况、室内容积、室内场声分布、噪声频谱、以及吸声结构安装位置是否合理等因素。 采取吸声降噪措施时，应考虑以,下几个
18、因素 ： （1）吸声降噪效果与原房间的吸声情况关系较大。房间内壁面平均声系数较小时，才能取得良好的效果。 （2）室内的声源情况对吸声降噪效果影响较大。 （3）房间的形状、大小及所用吸声材料或吸声结构对吸声降噪效果的影响。在容积大的房间内，声源附近近似于自由声,场，直达声占优势，吸声处理效果较差；在容积小的房间内，反射声的能量所占比例大，吸声处理效果比较理想。吸声材料结构应布置在噪声强烈的地方。 （4）吸声材料的吸声性能及价格 选用吸声材料和吸声结构时，首先应有利于降低声源频谱的峰值频率噪声，尤其是中高频峰值频率噪声的降低，对吸声降噪的效果最为明显。,3.2吸声材料的发展趋势,（1）“环保”型声学材料和“安全”型声学材料 （2）复合型声学材料 （3）多功能声学材料,吸声设计,吸声结构选择与设计的原则（略） 吸声设计的程序 （1）确定吸声处理前室内的噪声级和各倍频带的声压级，并了解噪声源的特性，选定相应的噪声标准。 （2）确定降噪地点的允许噪声级和各倍频带的允许声压级，计算所需吸声降噪量Lp。 （3）根据Lp值，计算吸声处理后应有的室内平均吸声系数2。 （4）由室内平均吸声系数2和房间可供设置吸声材料的面积，确定吸声面的吸声系数。 （5）由确定吸声面的吸声系数，选择合适的吸声材料或吸声结构、类型、材料厚度、安装方式等。,