1、环境噪声控制工程第五章第五章 吸声降噪5.1 概述5.2 多孔吸声材料5.3 共振吸声结构5.4 特殊吸声结构5.5 吸声设计5.1 概述F5.1.1 吸声与吸声材料的概念F5.1.2 吸声机理F5.1.3 吸声材料的基本类型F5.1.4 表示材料吸声性能的量5.1.1 吸声与吸声材料的概念N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。N材料吸声：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。N吸声材料：具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。微穿孔板吸声版，用于墙面、天花板；穿孔率，1.8%注：直达声及混响声噪声受害者保护及吸声示意图5.1.2
2、吸声机理o粘滞性o热传导效应5.1.3 表示材料吸声性能的量1.吸声系数2.吸声量3.声阻抗1.吸声系数a.定义：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。1.吸声系数b.表示方法：考虑到入射方向的不同无规入射吸声系数（混响室法）垂直入射吸声系数数（驻波管法）斜入射吸声系数o0.10.200.300.400.500.600.700.80r0.250.400.500.600.750.850.900.98表5.1垂直入射及无规则入射吸声系数关系注：混响室法获得吸声系数大于驻波管法获得吸声系数1.吸声系数b.表示方法：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。降噪系数：是
3、指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸声系数的算术平均值。表5.2不同厚度、不同频率隔声板吸声系数图5.1材料的吸声频谱2.吸声量表示方法：一个房间的总吸声量：墙面吸声量室内物品吸声量3.声阻抗a.声阻抗：媒质在一定表面上声阻抗是该表面上有效平均声压与通过该表面上的有效体积速度的比值。b.声阻抗率：媒质上某点的声阻抗率是媒质中某一点的有效声压与该点的有效质点速度的比值。3.声阻抗c.声学意义：对自由平面声波：平面声波从空气中入射到材料表面时：5.1.4 吸声材料的基本类型吸声材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
4、尖劈薄膜共振吸声结构薄板共振吸声结构主要吸声材料的种类5.2 多孔吸声材料F5.2.1 吸声机理F5.2.2 吸声材料构造特性F5.2.3 多孔吸声材料的吸声特性几种多孔性吸声材料多孔玻璃棉5.2.1 吸声机理 及材料构造特征1.吸声机理：振动引起摩擦生热，声振动引起摩擦生热，声振动引起摩擦生热，声振动引起摩擦生热，声能转变成热能；空隙中能转变成热能；空隙中能转变成热能；空隙中能转变成热能；空隙中的空气与孔壁之间进行的空气与孔壁之间进行的空气与孔壁之间进行的空气与孔壁之间进行热交换，使声能被吸收热交换，使声能被吸收热交换，使声能被吸收热交换，使声能被吸收压缩、膨胀、摩擦、产热压缩、膨胀、摩擦、
5、产热降低声音能量降低声音能量2 吸声材料构造特性F材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右；F孔隙应该尽可能细小，且均匀分布；F微孔应该是相互贯通，而不是封闭的；F微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。两个重要条件：两个重要条件：一是具有大量的、均匀的孔隙；一是具有大量的、均匀的孔隙；二是孔之间要连通，表面向外敞开。二是孔之间要连通，表面向外敞开。.常见品种：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉、常见品种：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉、常见品种：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉、常见品种：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉、泡沫塑料、毛毡等。泡沫塑料、毛毡等。泡沫塑料、毛毡等。泡沫塑料、
6、毛毡等。.吸收频率：中频、高频，背后有空气层时能吸收吸收频率：中频、高频，背后有空气层时能吸收吸收频率：中频、高频，背后有空气层时能吸收吸收频率：中频、高频，背后有空气层时能吸收低频。低频。低频。低频。表5.3不同材质在不同密度、厚度时，吸声系数5.2.3 多孔吸声材料的吸声特性2.影响材料吸声的因素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
7、性能下降a.材料的空气流阻（Rf）1.材料流阻较低；2.材料流阻较大；3材料流阻很大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。随着材料密度的增大随着材料密度的增大;最最大吸收系数大吸收系数amax向低频向低频方向移动方向移动.5厘米厚玻璃棉密度变化对吸声系数的影响c.材料厚度的影响c.材料厚度的影响密度相同厚度变化对吸声系数的影响注：随着厚度增加，中低频吸声系数显著增加，高频变化不大，总有较大的吸收。d.材料后空气层的影响厚度增加，对低频噪声吸收有利e.材料装饰面的影响o作用：保护吸声材料，防止污染环境。o种类：护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。o要求：要有良好的
8、通气性。f.温度、湿度的影响主要种类常用材料实例使用情况纤维材料有机纤维材料动物纤维：毛毡价格昂贵，使用较少。植物纤维：麻绒、海草、椰子丝防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。无机纤维材料玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤维易污染环境或 难以加工成制品。矿渣棉：散棉、矿棉毡吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，污染环境施工扎手。纤维材料制品软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等装配式加工，多用于室内吸声。颗粒材料砌块矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖多用于砌筑界面较大的消声装置。板材珍珠岩吸声装饰板质轻、不燃、保温、隔热。泡沫
9、材料泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测其他吸声型泡沫玻璃强度高、防水、不燃、耐腐蚀加气混凝土微孔不贯通，使用少常用吸声材料的使用情况5.3 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。5.3 共振吸声结构5.3.1 共振吸声机理5.3.2 常用共振吸声结构5.3.1 共振吸声机理空腔共振吸声结构及类比系统 a）亥姆霍兹器示意图；（b）机械类比系统；（c）穿孔板吸声结构 5.3.1 共振吸声机理共振频率：S颈口面积，cm2；V空腔容积，cm3；t孔径深度，cm;开口末端修正量5.3.2常用共振吸声结构F1.穿孔板吸声结构F2.薄膜
10、吸声结构F3.薄板吸声结构1.穿孔板吸声结构o穿孔率（P）=穿孔面积/总面积穿孔面积越大，吸声频率越高。o吸声频带：低中频噪声，o吸声系数：0.4-0.7o薄板厚度：2-5mmo孔 径：2-4mmo穿孔率：1%-10%1.穿孔板吸声结构单孔时系统共振频率：多孔时系统共振频率：式中式中式中式中P P穿孔率，穿孔面积与总面积之比穿孔率，穿孔面积与总面积之比穿孔率，穿孔面积与总面积之比穿孔率，穿孔面积与总面积之比 L L板后空气层厚度，板后空气层厚度，板后空气层厚度，板后空气层厚度，cmcm圆孔正方形排列：圆孔正方形排列：圆孔正方形排列：圆孔正方形排列：圆孔三角形排列：圆孔三角形排列：圆孔三角形排列
11、圆孔三角形排列：式中d为孔经例题5-1穿孔板厚穿孔板厚4mm,4mm,孔径孔径8mm8mm，孔距，孔距20mm,20mm,穿孔按正方形穿孔按正方形排列，穿孔板背后留排列，穿孔板背后留10cm10cm空气层。求其共振频率。空气层。求其共振频率。【解解】（1 1）穿孔率：）穿孔率：（2 2）共振频率：）共振频率：2.薄膜吸声结构oo种类种类:皮革、人造革、塑料薄膜皮革、人造革、塑料薄膜oo 特点：特点：不透气、柔软、受张拉时有弹性不透气、柔软、受张拉时有弹性oo 吸声机理：吸声机理：与后面的空气层形成共振系统与后面的空气层形成共振系统，振动引起摩擦振动引起摩擦 生热，声能转变成热能，使生热，声能
12、转变成热能，使声能被吸收。声能被吸收。2.薄膜吸声结构o系统共振频率：空气层膜状材料o吸声频带：200-1000Hz，o吸声系数：0.35M0-膜的单位面积质量，kg/；L:膜和刚形体间距离3.薄板吸声结构oo概念：概念：薄的板材与后面的框架和封闭的空气薄的板材与后面的框架和封闭的空气间层构成的振动系统叫做薄板吸声结构。间层构成的振动系统叫做薄板吸声结构。种类种类:胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等水泥板等oo特点：特点：有弹性、也有刚度有弹性、也有刚度oo吸声机理：吸声机理：与后面的空气层形成振动系统与后面的空气层形成振动系统，振动引起摩擦振动引起摩擦
13、生热，声能转变成热能；空生热，声能转变成热能；空隙中的空气与孔壁之间进行热交换，使声能隙中的空气与孔壁之间进行热交换，使声能被吸收被吸收3.薄板吸声结构o系统共振频率：o吸声频带：80-300Hz，o吸声系数：0.2-0.5o薄板厚度：3-6mmo空气层厚度：3-10mmK结构的刚性因素5.4 特殊吸声结构o5.4.1 空间吸声体o5.4.2 吸声尖劈5.4.1 空间吸声体o特点：o悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料；o便于安装，装拆灵活。5.4.2 吸声尖劈尖劈长度无固定值，越长越好，尖劈低频吸声性能好，其截止频率约68.886Hz。宽度一般取0.30.4m，底座厚度为0.1m。一般3个尖劈
14、与底座组成一个单元。5.4.2 吸声尖劈思考题：o1.常用 吸声材料及结构分类？其特点？o2.吸声系数及降噪系数概念？多孔及共振吸声结构吸声原理？o3.求0.5mm厚的钢板和5厘米的空腔组成的薄板共振吸声结构的吸声频率，钢板密度（7800kg/M3)?5.5 吸声设计o对于封闭的房间内，除了有由噪声源直接传来的直达声外，还有房对于封闭的房间内，除了有由噪声源直接传来的直达声外，还有房间壁面间壁面(墙壁、天花板、底面等墙壁、天花板、底面等)的多次反射而形成的混响声。直达的多次反射而形成的混响声。直达声和混响声两者叠加，使得室内声级提高。解决这一问题的有效方声和混响声两者叠加，使得室内声级提高。解
15、决这一问题的有效方法就是采用吸声处理，即在房间壁面上铺设吸声材料或设置吸声结法就是采用吸声处理，即在房间壁面上铺设吸声材料或设置吸声结构，或在房间中悬挂空间吸声体，使得反射声波被吸收、减弱，从构，或在房间中悬挂空间吸声体，使得反射声波被吸收、减弱，从而达到吸声减噪的目的。因此，吸声处理只能降低房间的混响声，而达到吸声减噪的目的。因此，吸声处理只能降低房间的混响声，对直达声不起作用。对直达声不起作用。o（吸声量：吸声系数与所使用材料面积（吸声量：吸声系数与所使用材料面积的乘积，的乘积，A，m2。）。）o5.5.1吸声减噪量计算o5.5.2吸声降噪设计o5.5.3 吸声设计案例5.5.1 吸声降噪
16、量计算室内声声场扩散声场：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5.5.1 吸声降噪量计算室内声场声压级计算室内吸声降噪量的确定1.室内声场声压级计算（1）.直达声场的计算：距点声源 r 处的声强为Q-声源的指向性因数点声源位于自由场空间，Q=1;置于无穷大刚性平面上，Q=2;声源置于两个刚性平面的交线上，Q=4;声源置于三个刚性反射面的交角上，Q=8）距点声源 r 处的声压及声能密度为：声源的指向性因数1.室内声场声压级计算声压级的计算：直达声场声压级1.室内声场声压级计算（2）.混响声场：自由程：声波每相邻两次反射
17、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：1.室内声场声压级计算单位时间声源向室内贡献的混响声能为：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：1.室内声场声压级计算室内的混响声能密度为：设：混响声场中的声压为：房间常数：越大，室内吸收大，反射小；混响程度低1.室内声场声压级计算（混响声场）相应声压级为：混响声场声压级1.室内声场声压级.总声场：总声场声压级室内声场声压级公式分析即，r很小，声场以混响声为主即，r很大，声场以直达声为主直达声声能密度和混响声能密度相等2.室内声
18、场吸声降噪量的确定（1）当直达声与混响声的声能相等时的距离称为临界半径。Q=1时的混响半径称为混响半径。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。2.室内声场吸声降噪量的确定（2）.混响时间计算定义：当声源停止发声后声能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，m3A室内总吸声量，m22.室内声场吸声降噪量的确定（3）.吸声降噪量计算设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:2.室内声场吸声降噪量的确定（3
19、吸声降噪量计算吸声前后的声压级之差，即吸声降噪量为:2.室内声场吸声降噪量的确定（3）.吸声降噪量计算当受声点离声源较近时，降噪量很小。当受声点离声源较远时（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：2.室内声场吸声降噪量的确定（3）.吸声降噪量计算由于：2.室内声场吸声降噪量的确定（3）.吸声降噪量计算2/1或T2/T11234568102040降噪量（dB）03567891013165.5.2 吸声减噪设计总原则：应先对声源进行隔声、消声等处理；当噪声源不宜采用隔声施措，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。预期降噪目标4
20、12分贝，一般5-7分贝，过高不现实。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；5.5.2 吸声设计原则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
21、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；5.5.2 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。5.5.3 吸声设计案例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
22、声压级选择合适的吸声材料5.5.3 吸声设计程序(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)根据降噪量值，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。案例1：某车间长某车间长16m，宽，宽8m，高，高3m，侧墙边有两台机床，其噪声，侧墙边有两台机床，其噪声波及到整个车间。现欲采取吸声降噪措施，试做出在离机器
23、波及到整个车间。现欲采取吸声降噪措施，试做出在离机器8m以外处使噪声降至以外处使噪声降至NR55的吸声降噪设计的吸声降噪设计?距机床距机床8m处处倍频带声压级及现房间平均吸声系数见下表。倍频带声压级及现房间平均吸声系数见下表。倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz125250500100020004000距机床距机床8m处倍频带声压级处倍频带声压级/dB706265605653处理前房间平均吸声系数处理前房间平均吸声系数（混响室法）（混响室法）0.060.080.080.090.110.11序序号号项目项目各倍频程中心频率（各倍频程中心频率（HzHz）下参数）下参数说明说明125125 25025
24、05005001k1k2k2k4k4k1 1距机床距机床8m处声压级处声压级/dB706265605653实测值实测值2 2噪声控制目标噪声控制目标/dB706358555250NR55NR55，查图或计算，查图或计算3 3所需降噪量所需降噪量L L/dB0 00 07 75 54 43 3(1)-(2)(1)-(2)4 4处理前平均吸声系数处理前平均吸声系数T T，1 10.060.080.080.090.110.11实测或估算实测或估算5 5处理后应有平均吸声处理后应有平均吸声系数系数T T，2 20.060.080.400.300.340.35L L=10lg(2 2/1 1)6 6现有
25、吸声量现有吸声量/m2242432323232363644444444A A1 1=S=S1 1S=400S=400m27 7应有吸声量应有吸声量/m224243232160.4160.4113.8113.8110.5110.587.887.8A A2 2=A=A1 110100.10.1L L8 8需增加吸声量需增加吸声量/m20 00 0128.4128.477.977.966.566.54444(7)-(6)(7)-(6)9 9选双层穿孔板吸声结选双层穿孔板吸声结构构,T T0.860.400.630.930.830.57前三合板前三合板d=5mmd=5mm，l=13mml=13mm，矿
26、棉，矿棉3cm3cm；后；后三合板三合板d=5mmd=5mm，l=40mml=40mm，空气层，空气层20cm20cm1010需加吸声材料量需加吸声材料量/m20 00 0203.8203.883.883.880.180.177.277.2(8)(9)(8)(9)1111考虑吸声材料遮盖对考虑吸声材料遮盖对原壁面吸声量影响原壁面吸声量影响0 00 0220.1220.191.391.388.988.985.785.7(10)+(10)(4)(10)+(10)(4)案例2计算：（没时间讲，自学）某厂控制室：房间尺寸为14m10m3m，房间在各个倍频程中心频率处的平均吸声系数列于下表中。噪声源为房
27、间内的空调设备，位于10m3m墙壁的中心部位。控制要求：距该空调7m处符合NR-50曲线。倍频程中心频率/Hz说明125250500100020004000距空调7m处倍频带声压级/dB606263595754处理前房间混响时间/s2.62.42.01.81.61.2处理前房间平均吸声系数0.060.070.080.090.10.3设计计算步骤为：记录房间尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等事项；在表的第一行记录噪声的倍频程声压级测量值；在表的第二行记录NR-50的各个倍频程声压级；对各个倍频程声压级由第一行减去第二行，当出现负值时记为0；混响时间的测量值记录在第四行，由此计算出平均吸声系数，并记录在第五行，根据降噪量公式计算出所需的吸声系数，记录在第六行参考各种材料的吸声系数，使平均吸声系数达到第六行所列的吸声系数以上，然后确定房间内各部分的装修。设计计算步骤为：o自学：P143-148，三个案例。o思考题：o某仓库尺寸为21m12m7m，在1000HZ倍频程内，围墙、地板、天花板的吸声系数为0.1、0.1和0.4，一台在声辐射上各向同性的机器安置于地面中央，在离机器7m处，产生95DB（A)声压级。问距离机器3米处，1KZ频带内声压级是多少？o设计题：P151-27
免费区 
