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1、1,第6章 吸聲降噪技術(shù),學(xué)習(xí)目的與要求： 掌握吸聲材料的分類以及吸聲系數(shù)、吸聲量的概念；了解吸聲系數(shù)的測量方法； 掌握多孔吸聲材料的吸聲原理、影響多孔吸聲材料吸聲特性的因素； 掌握各類共振吸聲結(jié)構(gòu)及其設(shè)計計算； 掌握室內(nèi)聲場的概念及其聲能計算，掌握室內(nèi)聲衰減的規(guī)律及混響時間的概念及其計算；掌握吸聲降噪量的計算。,2,第6章 吸聲降噪技術(shù),3,第6章 吸聲降噪技術(shù),4,吸聲材料的基本類型 在噪聲污染控制工程中，吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)常用來降低室內(nèi)噪聲。吸聲材料按吸聲機(jī)理可分為多孔吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)兩大類。,吸 聲 材 料,多孔性吸聲材料,共振吸聲結(jié)構(gòu),纖維狀,顆粒狀,泡沫狀,穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)
2、,薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu),薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),5,1）多孔吸聲材料 多孔吸聲材料的內(nèi)部和表面都有很多微小的細(xì)孔，孔和孔之間相互聯(lián)通并直接與外界大氣相連，具有一定的通氣性。聲波在空隙內(nèi)傳播時會引起經(jīng)絡(luò)間的空氣來回運(yùn)動，與靜止的經(jīng)絡(luò)相互摩擦，由于空氣的粘滯性和空氣與經(jīng)絡(luò)之間的熱傳導(dǎo)作用，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉，從而起著吸收聲能的作用。,6,多孔吸聲材料及其種類 無機(jī)纖維材料 無機(jī)纖維材料主要有超細(xì)玻璃棉、玻璃絲、礦渣棉、巖棉及其制品。 泡沫塑料 常用做吸聲材料的泡沫塑料主要有聚氨酯、聚醚乙烯、聚氯乙烯、酚醛等。 有機(jī)纖維材料 如棉麻、甘蔗、木絲、稻草等 建筑吸聲材料 如加氣混凝土、微孔吸聲磚、膨脹珍珠巖
3、等,7,2）共振吸聲結(jié)構(gòu) 共振吸聲結(jié)構(gòu)是利用共振原理做成的各種吸聲結(jié)構(gòu)，用于對低頻聲波的吸收。最常用的共振吸聲結(jié)構(gòu)可分為單個共振式吸聲結(jié)構(gòu)(包括薄膜、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu))、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)和微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)。 主要由骨架、護(hù)面層、吸聲層等組成。,8,表1 不同護(hù)面形式的吸聲結(jié)構(gòu),圖1 有護(hù)面的多孔材料吸聲結(jié)構(gòu),9,3) 空間吸聲體 空間吸聲體是由框架、吸聲材料和護(hù)面結(jié)構(gòu)做成具有各種形狀的單元體，其降噪量一般為10dB左右。常用的幾何形狀有平面形、圓柱形、棱形、球形、圓錐形等，其中球體的吸聲效果最好 。,圖2 空間吸聲體,10,吸聲體,11,空間吸聲體的高頻吸收效果隨著吸聲體尺寸的減小而增加，低頻吸收
4、效果則隨著吸聲體尺寸的加大而升高。 空間吸聲體的吸聲性能主要由所用吸聲材料核材料的填充方式所決定。,12,4)吸聲尖劈 吸聲尖劈是一種楔子形的空間吸聲體，由金屬網(wǎng)架內(nèi)填充多孔吸聲材料構(gòu)成，吸聲性能十分優(yōu)良。 吸聲尖劈的形狀有等腰劈狀、直角劈狀、階梯狀、無規(guī)狀等。通?？煞譃榧獠亢突績刹糠?。安裝時在尖壁和壁面之間留有空氣層。,圖3 吸聲尖劈構(gòu)造示意 1金屬板；2穿孔金屬板；3玻璃棉；4共振腔,13,吸聲尖劈用于消聲室的特殊吸聲結(jié)構(gòu)。從尖劈的尖端到基部，聲阻抗是從空氣的特性阻抗逐步過渡到多孔材料的阻抗的，因而實(shí)現(xiàn)了很好的阻抗匹配，使入射聲能得到高效的吸收。,14,(一) 吸聲系數(shù),(二) 吸聲量,
5、(三) 多孔吸聲材料,15,吸聲材料：能吸收消耗一定聲能的材料。 吸聲系數(shù)：材料吸收的聲能（ ）與入射到材料上的總聲能( )之比，即,(一) 吸聲系數(shù),【討論】： 表示材料吸聲能力的大小， 值在01之間， 值愈大，材料的吸聲性能愈好； 0，聲波完全反射，材料不吸聲； 1，聲能全部被吸收。,16,吸聲系數(shù)的影響因素,材料的結(jié)構(gòu),使用條件,聲波頻率,吸聲系數(shù) 影響因素,材料的性質(zhì),聲波入射角度,17,【聲波頻率】 同種吸聲材料對不同頻率的聲波具有不同的吸聲系數(shù)。 平均吸聲系數(shù) ：工程中通常采用125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz六個頻率的吸聲系數(shù)的
6、算術(shù)平均值表示某種材料的平均吸聲系數(shù)。 通常，吸聲材料 在0.2以上，理想吸聲材料 在0.5以上。,18,工程設(shè)計中常用的吸聲系數(shù)有無規(guī)入射吸聲系數(shù)、垂直入射吸聲系數(shù) 混響室法吸聲系數(shù)(無規(guī)入射吸聲系數(shù)) 駐波管法吸聲系數(shù)(垂直入射吸聲系數(shù)),【聲波入射角度】,19,吸聲系數(shù)的測量,混響室法吸聲系數(shù)(無規(guī)入射吸聲系數(shù)) ：,把被測吸聲材料(或吸聲結(jié)構(gòu))按一定的要求放置于專門的聲學(xué)試驗(yàn)室混響室中進(jìn)行測定。 將吸聲材料(或吸聲結(jié)構(gòu))放進(jìn)混響室內(nèi)，使不同頻率的聲波以相同機(jī)率從各個角度入射到材料(或結(jié)構(gòu))的表面，然后根據(jù)混響時間的變化來確定材料(或結(jié)構(gòu))的吸聲性能。 用此方法所測得的吸聲系數(shù)，稱為混響
7、室吸聲系數(shù)或無規(guī)入射吸聲系數(shù)，記作 。 這種測量方法與吸聲材料在實(shí)際應(yīng)用中聲波入射的情況比較接近。在吸聲減噪設(shè)計中采用。,20,聲音經(jīng)過物體多次反射后到達(dá)受聲點(diǎn)的反射形成的聲場叫混響聲場。 混響室是指具有擴(kuò)散聲場的實(shí)驗(yàn)房間,它吸聲很小,混響時間很長,室內(nèi)聲波經(jīng)過多次反射形成聲能的均勻分布。,21,混響室的設(shè)計要求盡量加長空房間的混響時間以保證室內(nèi)聲場擴(kuò)散。混響室的體積比較大 (一般大于180m3)，壁面堅(jiān)實(shí)、光滑具有良好的聲反射特性，在測量的聲音頻率范圍內(nèi)反射系數(shù)大于0.98。常用的材料有瓷磚或水磨石等。 混響室的體形常采用不規(guī)則房間或者邊長成調(diào)和級數(shù)比的矩形房間。所有混響室的側(cè)壁都是聲反射并
8、且反平行的，或者在壁面上裝設(shè)凸出的圓柱面或者用V形墻。這樣聲音就可以很好的分布至整個空間 。,混響室的設(shè)計要求,22,23,24,駐波管法簡便、精確，但與一般實(shí)際聲場不符。 用于測試材料的聲學(xué)性質(zhì)和鑒定。 設(shè)計消聲器。,駐波管法吸聲系數(shù)(垂直入射吸聲系數(shù)),駐波管法吸聲系數(shù)測試儀,25,駐波管法 將被測材料置于駐波管的一端，從駐波管的另一端向管內(nèi)輻射平面波，聲波垂直入射到材料表面，部分吸收，部分反射。 反射的平面波與入射波相互疊加產(chǎn)生駐波，波腹處的聲壓為極大值，波節(jié)處的聲壓為極小值。,26,利用探管可測出聲壓的極大值pmax和極小值pmin。 pmax和pmin之比稱為駐波比。 駐波比n與反射
9、系數(shù)r和法向吸聲系數(shù)(或駐波管吸聲系數(shù)）0的關(guān)系為:,27,駐波管法比混響室法簡單方便，但所得的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況相比有一定誤差。 混響室法和駐波管法測得的吸聲系數(shù)可按下表進(jìn)行換算。,表 與 的換算關(guān)系,28,(一) 吸聲系數(shù),(二) 吸聲量,(三) 多孔吸聲材料,29,定義：吸聲系數(shù)與吸聲面積的乘積 式中 吸聲量，m2； 某頻率聲波的吸聲系數(shù)； 吸聲面積，m2。,(二) 吸聲量（等效吸聲面積）,【注】工程上通常采用吸聲量評價吸聲材料的實(shí)際吸聲效果。,30,總吸聲量：若組成室內(nèi)各壁面的材料不同，則壁面在某頻率下的總吸聲量為 式中 第i種材料組成的壁面的吸聲量，m2； 第i種材料組成的壁面的面積，m
10、2； 第i種材料在某頻率下的吸聲系數(shù)。,(二) 吸聲量（等效吸聲面積）,31,首先分別計算各個面的吸聲量 地面吸聲量 240.020.48 m2 墻面吸聲量 600.053m2 平頂吸聲量 240.256 m2 總吸聲量 9.48m2 平均吸聲系數(shù) 9.48/（246024）0.088,【例】有一個房間，其尺寸為長6米、寬4米、高3米，500Hz 時地面吸聲系數(shù)為0.02，墻面吸聲系數(shù)為0.05，平頂吸聲系 數(shù)為0.25，求總吸聲量和平均吸聲系數(shù)。,32,(一) 吸聲系數(shù),(二) 吸聲量,(三) 多孔吸聲材料,33,34,(三) 多孔吸聲材料,35,(三) 多孔吸聲材料,KTV軟包阻燃吸聲材料
11、,多孔槽型木質(zhì)吸聲材料,木絲板吸聲材料,36,絲質(zhì)吸聲材料,37,混凝土復(fù)合吸聲型聲屏障,38,輕質(zhì)復(fù)合吸聲型聲屏障,39,常用吸聲材料的使用情況,40,吸聲材料構(gòu)造特性,材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多數(shù)達(dá)到90%左右； 孔隙應(yīng)該盡可能細(xì)小，且均勻分布； 微孔應(yīng)該是相互貫通，而不是封閉的； 微孔要向外敞開，使聲波易于進(jìn)入微孔內(nèi)部。,41,2.吸聲特性及影響因素,特性:高頻聲吸收效果好，低頻聲吸收效果差。 原因：低頻聲波激發(fā)微孔內(nèi)空氣與筋絡(luò)的相對運(yùn)動少，摩擦損小，因而聲能損失少，而高頻聲容易使振動加快，從而消耗聲能較多。所以多孔吸收材料常用于高中頻噪聲的吸收。,42,吸聲性能的影響因素,
12、厚度,空腔,使用環(huán)境,護(hù)面層,43,厚度對吸聲性能的影響,不同厚度的超細(xì)玻璃棉的吸聲系數(shù),理論證明，若吸聲材料層背后 為剛性壁面，最佳吸聲頻率出 現(xiàn)在材料的厚度等于該頻率聲 波波長的1/4處。使用中，考慮 經(jīng)濟(jì)及制作的方便，對于中、 高頻噪聲，一般可采用25cm 厚的成形吸聲板；對低頻吸聲 要求較高時，則采用厚度為5 10cm的吸聲板。,同種材料，厚度增加一倍，吸聲最佳頻率向低頻方向近似移動一個倍頻程,由實(shí)驗(yàn)測試可知：,厚度越大，低頻時吸聲系數(shù)越大； 2000Hz，吸聲系數(shù)與材料厚度無關(guān)；增加厚度，可提高低頻聲的吸收效果，對高頻聲效果不大。,44,孔隙率：材料內(nèi)部的孔洞體積占材料總體積的百分比
13、。 一般多孔吸聲材料的孔隙率70%； 孔隙率增大，密度減小，反之密度增大； 孔隙尺寸越大，孔隙越通暢，流阻越小。,孔隙率與密度,在穩(wěn)定氣流狀態(tài)下，吸聲材料中的壓力梯度與氣流速度之比。,過高,空氣穿透力降低,過低,因摩擦力、粘滯力引起的聲能損耗降低,吸聲性能下降,45,1材料流阻較低； 2材料流阻較大； 3材料流阻很大。,46,低Rf ：低頻段吸收很低，中、高頻帶吸收較好； 高Rf ：低頻段有所提高，中、高頻帶明顯下降。 合理的Rs： Rs=1000/d，單位：瑞利/cm，d材料厚度，cm； 或 20cRf40c,即：800Rf1600 瑞利（Pa.s/m） 流阻描述多孔材料的透氣性，一般可采用
14、調(diào)整材料的體積密度來調(diào)節(jié)Rf。,47,【討論】密度太大或太小都會影響材料的吸聲性能。若厚度不變，增大多孔吸聲材料密度，可提高低中頻的吸聲系數(shù)，但比增大厚度所引起的變化小，且高頻吸收會有所下降。,一種多孔吸聲材料對應(yīng)存在一個最佳吸聲性能的密度范圍。,48,空腔：材料層與剛性壁之間一定距離的空氣層； 吸聲系數(shù)隨腔深D（空氣層）增加而增加（低頻）； 空腔結(jié)構(gòu)節(jié)省材料，比單純增加材料厚度更經(jīng)濟(jì)。,空腔對吸聲性能的影響,圖 背后空氣層厚度對吸聲性能的影響,49,多孔材料的吸聲系數(shù)隨空氣層厚度增加而增加，但增加到一定厚度后，效果不再繼續(xù)明顯增加。 當(dāng)腔深D近似等于入射聲波的1/4波長或其奇數(shù)倍時，吸聲系數(shù)
15、最大。 當(dāng)腔深為1/2波長或其整倍數(shù)時，吸聲系數(shù)最小。 一般推薦取腔深為510cm。 天花板上的腔深可視實(shí)際需要及空間大小選取較大的距離。,空腔對吸聲性能的影響,50,實(shí)際使用中，為便于固定和美觀，往往要對疏松材質(zhì)的多孔材料作護(hù)面處理。 護(hù)面層的要求： 良好的透氣性； 微穿孔護(hù)面板穿孔率應(yīng)大于20%，否則會影響高頻吸聲效果； 透氣性較好的紡織品對吸聲特性幾乎沒有影響。 對成型多孔材料板表面粉飾時，應(yīng)采用水質(zhì)涂料噴涂，不宜用油漆涂刷，以防止涂料封閉孔隙。,4,護(hù)面層對吸聲性能的影響,51,溫度,濕度,氣流,溫度引起聲速、波長 及空氣粘滯性變化， 影響材料吸聲性能。 溫度升高，吸聲性能 向高頻方向
16、移動； 溫度降低則向低頻方 向移動。,通風(fēng)管道和消聲器內(nèi) 氣流易吹散多孔材料， 吸聲效果下降； 飛散的材料會堵塞管 道，損壞風(fēng)機(jī)葉片； 應(yīng)根據(jù)氣流速度大小 選擇一層或多層不同 的護(hù)面層。,空氣濕度引起多孔材 料含水率變化。 濕度增大，孔隙吸水量 增加，堵塞細(xì)孔，吸聲系 數(shù)下降，先從高頻開始。 濕度較大環(huán)境應(yīng)選用耐 潮吸聲材料。,52,第6章 吸聲降噪技術(shù),53,吸聲處理中常采用吸聲結(jié)構(gòu)。,(一)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),(二)穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),(三)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),吸聲結(jié)構(gòu)機(jī)理：共振吸聲原理,常用的吸聲結(jié)構(gòu),54,(一)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),55,圖 薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)示意圖,(一)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),機(jī)
17、理：聲波入射引起薄板振動，薄板振動克服自身阻尼和板-框架間的摩擦力，使部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗損。當(dāng)入射聲波的頻率與振動系統(tǒng)的固有頻率相同時，發(fā)生共振，薄板彎曲變形最大，振動最劇烈，聲能消耗最多。 結(jié)構(gòu),入射聲波,薄金屬板、膠合板、 硬質(zhì)纖維板、石膏板等,56,薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率 式中 板的面密度，kgm2， ，其中m為板密 度，kg/m3，t為板厚,m； 板后空氣層厚度，。,【討論】 增大或 增加，共振頻率下降。 通常取薄板厚度36mm，空氣層厚度310mm，共振頻率多在80300Hz之間，故一般用于低頻吸聲； 吸聲頻率范圍窄，吸聲系數(shù)不高，約為0.20.5。,57,改善薄板共振吸聲性
18、能的措施：,在薄板結(jié)構(gòu)邊緣（板-龍骨交接處）填置能增加結(jié)構(gòu)阻尼的軟材料，如泡沫塑料條、軟橡皮、海綿條、毛氈等，增大吸聲系數(shù)。,在空腔中，沿框架四周放置多孔吸聲材料，如礦棉、玻璃棉等。,采用組合不同單元或不同腔深的薄板結(jié)構(gòu)，或直接采用木絲板、草紙板等可吸收中、高頻聲的板材，拓寬吸聲頻帶。,58,吸聲處理中常采用吸聲結(jié)構(gòu)。 吸聲結(jié)構(gòu)機(jī)理：亥姆霍茲共振吸聲原理。 常用的吸聲結(jié)構(gòu),(一)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),(二)穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),(三)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),59,分類：按薄板穿孔數(shù)分為 單腔共振吸聲結(jié)構(gòu) 多孔穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu) 材料：輕質(zhì)薄合金板、膠合板、塑料板、石膏板等。,穿孔吸聲板,(二)穿孔板共振吸
19、聲結(jié)構(gòu),特征：穿孔薄板與剛性壁面間留一定深度的空腔所組成的吸聲結(jié)構(gòu)。,61,又稱“亥姆霍茲”共振吸聲器或單孔共振吸聲器,入射聲波,結(jié)構(gòu)：,1.單腔共振吸聲結(jié)構(gòu),圖 單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)示意圖,原理：入射聲波激發(fā)孔頸中空氣柱往復(fù)運(yùn)動，與頸壁摩擦，部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗損，達(dá)到吸聲目的。當(dāng)入射聲波的頻率與共振器的固有頻率相同時，發(fā)生共振，空氣柱運(yùn)動加劇，振幅和振速達(dá)最大，阻尼也最大，消耗聲能最多，吸聲性能最好。,封閉空腔壁上開一個小孔與外部空氣相通； 腔體中空氣具有彈性，相當(dāng)于彈簧； 孔頸中空氣柱具有一定質(zhì)量，相當(dāng)于質(zhì)量塊。,62,單腔共振體的共振頻率 式中 聲波速度，m/s； 小孔截面積，m2； 空
20、腔體積，m3； 小孔有效頸長，m， 若小孔為圓形則有 式中 頸的實(shí)際長度(即板厚度)，m； 頸口的直徑，m。 空腔內(nèi)壁貼多孔材料時，有,【討論】單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)使用很少， 是其它穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。,改變孔頸尺寸或空腔體積，可得不同共振頻率的共振器，而與小孔和空腔的形狀無關(guān)。,63,簡稱穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)：薄板上按一定排列鉆很多小孔或狹縫，將穿孔板固定在框架上，框架安裝在剛性壁上，板后留有一定厚度的空氣層。實(shí)際是由多個單腔（孔）共振器并聯(lián)而成。,圖 多孔穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),小孔或狹縫,空氣層,剛性壁,框架,2.多孔穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),64,65,復(fù)合穿孔吸聲板,66,多孔穿孔板共
21、振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率 式中： P穿孔率，即板上穿孔面積與板的總面積的百分比； D板（膜）與剛性壁之間空氣膜的厚度，m； t板厚，m； d為孔徑，m。,67,穿孔率 正方形排列： 三角形排列： 平行狹縫： 以上各式中， 為孔間距， 為孔徑。,68,【討論】 穿孔面積越大，吸聲的頻率越高；空腔越深或板越厚，吸聲的頻率越低。 工程設(shè)計中，穿孔率控制為1%10%，最高不超過20%，否則穿孔板就只起護(hù)面作用，吸聲性能變差。 一般板厚213mm，孔徑為210mm，孔間距為10100mm，板后空氣層厚度為6100mm時，則共振頻率為100400Hz，吸聲系數(shù)為0.20.5。當(dāng)產(chǎn)生共振時，吸聲系數(shù)可達(dá)0.7以
22、上。,69,吸聲帶寬：設(shè)在共振頻率 處的最大吸聲系數(shù)為 ，則在 左右能保持吸聲系數(shù)為 /2的頻帶寬度。 穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲帶寬較窄，通常僅幾十Hz到200、300Hz。 吸聲系數(shù)0.5的頻帶寬度可按式估算 式中 共振頻率，Hz； 共振頻率對應(yīng)的波長，cm； 空腔深度，m。,【討論】多孔穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲帶寬和腔深有很大關(guān)系，而腔深又影響共振頻率的大小，故需合理選擇腔深。,7-2: 在3mm厚的金屬板上鉆直徑為5mm的孔，板后空腔深20cm，今欲吸收頻率為200Hz的噪聲，試求三角形排列的孔中心距。 解：穿孔板共振頻率 P=(2f0/c)2D(t+0.8d) =(2200/340)220
23、10-2(310-3+0.8510-3) =1.91% 因三角形排列的孔的穿孔率 孔中心距 =0.0344m =34.4mm,7-3:穿孔板厚4mm，孔徑8mm，穿孔按正方形排列，孔距20mm，穿孔板后留有10cm厚的空氣層，試求穿孔率和共振頻率。,則共振頻率為:,解：正方形排列的孔的穿孔率為：,72,改善多孔穿孔板板共振吸聲性能的措施：,為增大吸聲系數(shù)與提高吸聲帶寬，可采取的辦法： 組合幾種不同尺寸的共振吸聲結(jié)構(gòu)，分別吸收一小 段頻帶，使總的吸聲頻帶變寬； 在穿孔板后面的空腔中填放一層多孔吸聲材料，材 料距板的距離視空腔深度而定； 穿孔板孔徑取偏小值，以提高孔內(nèi)阻尼； 采用不同穿孔率、不同腔
24、深的多層穿孔板結(jié)構(gòu)，以 改善頻譜特性； 在穿孔板后蒙一薄層玻璃絲布等透聲紡織品，以增 加大孔頸摩擦。,73,在板后加吸聲材料時，吸收峰值變寬，不但提高吸聲系數(shù)，而且使共振頻率稍向低頻移動，移動量一般在一個倍頻程內(nèi)。,74,吸聲處理中常采用吸聲結(jié)構(gòu)。 吸聲結(jié)構(gòu)機(jī)理：赫姆霍茲共振吸聲原理。 介紹常用的吸聲結(jié)構(gòu),(一)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),(二)穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu),(三)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),75,事件：1992年12月，德國新建的聯(lián)邦議會大廳落成，不料但第一次使用（602名議員）時出現(xiàn)令人難堪的場面：大廳里現(xiàn)場直播的擴(kuò)聲系統(tǒng)突然中斷工作。只好回到老議會大廳去。耗資高達(dá)2.7億馬克的新大廳面臨報廢的危險。
25、問題：會場周圍都是玻璃幕墻，以增加議會討論的“透明度”。發(fā)現(xiàn)新大廳昂貴的電聲設(shè)備質(zhì)量優(yōu)良，本身并無問題，問題出在建筑聲學(xué)上：由于大廳存在嚴(yán)重的聲聚焦、聲場不均勻、擴(kuò)聲系統(tǒng)反饋?zhàn)饔?，使混響時間變長，造成無法使用。 解決：中國訪問學(xué)者查雪琴等人正在德國斯圖加特物理研究所工作。向德國專家提出可以用微穿孔板理論解決這一難題。運(yùn)用馬大猷的理論和方法，中德兩國專家在6個星期內(nèi)解決了聲學(xué)難題。既解決了回聲問題，又保持了“透明度”，馬大猷隨之傳遍德國的工程界和聲學(xué)界。 在5mm厚的有機(jī)玻璃激光打孔，直徑0.55mm，孔距6mm，穿孔率1.4%左右，孔數(shù)2.8*104/m2.,20世紀(jì)60年代我國著名 聲學(xué)專家
26、馬大猷教授研制的。,76,結(jié)構(gòu)特征：厚度小于1mm的金屬薄板上穿孔，孔徑小于1mm、穿孔率1%5%，安裝方法同薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),后部留有一定厚度的空氣層，起到共振薄板的作用?？諝鈱觾?nèi)不填任何吸聲材料。常用的是單層或雙層微穿孔板。,(三)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),薄板常用鋁板或鋼板制作，因板特別薄、孔特別小，為與一般穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)相區(qū)別，故稱作微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。,單層、雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)示意圖,77,優(yōu)點(diǎn)： 克服了穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)吸聲頻帶較窄的缺點(diǎn)。 吸聲系數(shù)大；吸聲頻帶寬； 成本低、構(gòu)造簡單； 設(shè)計理論成熟。 耐高溫、耐腐蝕，不怕潮濕和沖擊，甚至可承受短暫的火焰，適用環(huán)境廣泛，包括一般高速氣流
27、管道中。 缺點(diǎn)：孔徑太小，易堵塞，宜用于清潔場所。,78,利用空腔深度控制共振頻率，腔愈深，共振頻率愈低。 吸聲系數(shù)可達(dá)0.9以上；吸聲頻帶寬可達(dá)45個倍頻程以上。 采用雙層與多層微孔板、或減小微穿孔板孔徑，或提高穿孔率可增大吸聲系數(shù)，展寬吸聲帶寬，孔徑多選0.51.0mm，穿孔率多以1%3%為好。 雙層微穿孔板的間距：吸收低頻聲波，距離要大些，一般控制在2030mm范圍內(nèi)；吸收中、高頻聲波，距離可減小到10mm甚至更小。,79,幾種材料結(jié)構(gòu)的吸聲特性,80,第6章 吸聲降噪技術(shù),81,(一)室內(nèi)聲場,(二)室內(nèi)聲壓級,(三)吸聲降噪量計算,82,主要在室內(nèi)的天花板和四周墻壁上飾以某種吸聲性能
28、好的材料，或懸掛適當(dāng)?shù)目臻g吸聲體，就可以吸收房間內(nèi)的一部分反射聲波，減弱室內(nèi)總的噪聲。,室內(nèi)吸聲處理,83,室內(nèi)聲場按聲場性質(zhì)分為： 直達(dá)聲場：由聲源直接到達(dá)聽者，是自由聲場； 混響聲場：經(jīng)過壁面一次或多次反射。 擴(kuò)散聲場：聲能密度處處相等，聲波在任一受聲點(diǎn)上各個傳播方向作無規(guī)分布的聲場。是一種理想聲場，為簡化討論，以下的基本概念和公式都建立在室內(nèi)擴(kuò)散聲場的基礎(chǔ)上。,(一)室內(nèi)聲場,1.室內(nèi)聲場的衰減,2.混響時間,84,1.室內(nèi)聲場的衰減,平均自由程,單位時間內(nèi)，室內(nèi)聲波經(jīng)相鄰兩次反射間的路程的平均值 式中 平均自由程，m； 房間容積，m3； 室內(nèi)總表面積，m2 聲音在空氣中的聲速為c，則聲
29、波每秒平均反射次數(shù)n=c/d，即,平均吸聲系數(shù),設(shè)室內(nèi)各反射面面積分別為 S1、S2、 Sn， 吸聲系數(shù)為1、2、 n ，則室內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù) 為,85,室內(nèi)聲場經(jīng)12s即接近穩(wěn)態(tài)（左側(cè)曲線） 若聲源停止，聲音消失需要一個過程：首先直達(dá)聲消失，混響聲逐漸減弱，直到完全消失（右側(cè)曲線）。,86,定義：室內(nèi)聲場達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源立即停止發(fā)聲，室內(nèi)聲能密度衰減到原來的百萬分之一，即聲壓級衰減60dB所需要的時間，記作 ，單位秒（s） 計算公式賽賓（W.C.Sabine）公式 意義：表示由于室內(nèi)混響現(xiàn)象，室內(nèi)聲場的聲能在聲源停止發(fā)聲后衰減的快慢。,2.混響時間,房間 一定，吸聲量 , 愈大， 愈小。
30、 通過調(diào)整各頻率的平均吸聲系數(shù)，獲得各主要頻率的“最佳 ”，使室內(nèi)音質(zhì)達(dá)到良好。,【討論】,87,艾潤（Eyring ）公式理論公式:,艾潤努特生（Eyring-Millington ）公式（當(dāng)高頻時2kHz以上應(yīng)考慮空氣的吸收）:,當(dāng)0.2時，賽賓努特生（ Sabine-Millington ）公式:,2.混響時間,88,回聲與混響聲的區(qū)別,回聲（Echo）。聲音傳播出去經(jīng)反射后回來的聲音, 人耳可以清除分辨出兩個聲音。 混響聲（Reverberation ）。聲音經(jīng)過多次往復(fù)漫反射（多個不同角度、不同時間）到達(dá)的混合反射聲逐漸（能量）衰減形成的，聽者是分辨不出其中的任何音節(jié)的。,89,混響
31、時間對人的聽音效果有重要影響。 過長的混響時間會使人感到聲音“混濁”不清，使語言清晰度降低，甚至根本聽不清； 混響時間太短就有“沉寂”、“干癟”的感覺，聲音聽起來很不自然。 一般小型的播音室、錄音室。最佳混響時間要求在0.5s或更短一些。 主要供演講用的禮堂或電影院等，最佳混響時間要求在1.0s 。 主要供演奏音樂用的劇院和音樂廳一般要求在1.5s左右為佳。,2.混響時間,90,某混響室容積為86.5m3，各壁面均為混凝土，房間的總面積為156.2m2，試求250Hz和4000Hz時的混響時間，設(shè)空氣溫度293K，相對濕度為50。已知，壁面平均吸聲系數(shù)為0.01，在該溫度和濕度下房間內(nèi)空氣吸聲
32、系數(shù)4m0.024m1。,91,解：,f250Hz，平均吸聲系數(shù)小于0.2,f4000Hz2000Hz，平均吸聲系數(shù)小于0.2，應(yīng)考慮空氣吸收,92,(一)室內(nèi)聲場,(二)室內(nèi)聲壓級,(三)吸聲降噪量計算,93,(二)室內(nèi)聲壓級,1.直達(dá)聲場,在室內(nèi)，當(dāng)聲源的聲功率恒定時，單位時間內(nèi)在 某接收點(diǎn)處獲得的直達(dá)聲能是恒定的。 一個各向發(fā)射均勻的點(diǎn)聲源，聲強(qiáng)I=W/4r2， 聲能密度與聲強(qiáng)的關(guān)系為 所以對于指向性因數(shù)為 的聲源，在距聲源中心 r米處的直達(dá)聲聲能密度為,94,(二)室內(nèi)聲壓級,2.混響聲場,聲源輻射的聲能經(jīng)第一次吸收后，剩者為混響聲，單位時間內(nèi)聲源向 室內(nèi)提供的混響聲能為 。因聲功率恒
33、定，故混響聲能也恒定。 壁面吸聲僅吸收混響聲，設(shè)室內(nèi)聲場達(dá)穩(wěn)態(tài)時，平均混響聲能密度為 ，聲波每碰撞壁面一次，吸收的混響聲能則為 ，每秒鐘內(nèi)碰 撞次n，吸收的則為 。因室內(nèi)聲場達(dá)穩(wěn)態(tài)時，每秒鐘由聲源 提供的混響聲能等于被吸收的混響聲能，所以 即 令 平均聲能密度,房間常數(shù)，m2。室內(nèi)吸聲狀況愈好，值愈大。,95,(二)室內(nèi)聲壓級,96,表 聲源的指向性因素,(二)室內(nèi)聲壓級,97,(二)室內(nèi)聲壓級,3.室內(nèi)總聲場,室內(nèi)某點(diǎn)的聲壓級為,括號內(nèi)第一項(xiàng)來自直達(dá)聲。表達(dá)了直達(dá)聲場對該點(diǎn)聲壓級的影響，r愈大， 該項(xiàng)值愈小，即距聲源愈遠(yuǎn)，直達(dá)聲愈小； 第二項(xiàng)來自混響聲。當(dāng)r較小，即接受點(diǎn)離聲源很近時， ，室
34、內(nèi)聲 場以直達(dá)聲為主，混響聲可忽略；反之,則以混響聲為主，直達(dá)聲忽略不計，此時聲壓 與r無關(guān)。 當(dāng) 時，直達(dá)聲與混響聲聲能密度相等，r稱為臨界半徑(Q=1時的 臨界半徑又稱為混響半徑)，記為 。,【討論】,98,(二)室內(nèi)聲壓級,3.室內(nèi)總聲場,臨界半徑為,臨界半徑與房間常數(shù)和聲源指向性因數(shù)有關(guān)。 房間內(nèi)吸聲狀況愈好，聲源指向性愈強(qiáng)，臨界半徑則愈大，在聲源周圍較大范圍內(nèi)可近似地視為自由聲場；反之房間內(nèi)大部分范圍可視為混響聲場。,【討論】,99,(一)室內(nèi)聲場,(二)室內(nèi)聲壓級,(三)吸聲降噪量計算,100,總原則： 應(yīng)先對聲源進(jìn)行隔聲、消聲等處理，當(dāng)噪聲源不宜采用隔聲措施，或采用了隔聲手段后仍
35、不能達(dá)到噪聲的標(biāo)準(zhǔn)時，可采用吸聲處理來作為輔助手段。 基本原則： 1.單獨(dú)的風(fēng)機(jī)房、泵房、控制室等房間面積較小，所需降噪量較高時，可對天花板、墻面同時作吸聲處理； 2.車間面積較大時宜采用空間吸聲體，平頂吸聲處理； 3.聲源集中在局部區(qū)域時，宜采用局部吸聲處理，并同時設(shè)置隔聲屏障；,1 吸聲設(shè)計原則,(三)吸聲降噪量計算,101,4.噪聲源比較多而且較分散的生產(chǎn)車間宜作吸聲處理； 5.對于中、高頻噪聲，可采用20-50mm厚的常規(guī)成型吸聲板，當(dāng)吸聲要求較高時可采用5080mm厚的超細(xì)玻璃棉等多孔吸聲材料，并加適當(dāng)?shù)淖o(hù)面層； 6.對于寬頻帶噪聲，可在多孔材料后留50-100mm的空氣層，或采用8
36、0-150mm厚的吸聲層；對于低頻帶噪聲，可采用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其板厚通?？扇?-5mm，孔徑可取3-6mm，穿孔率小于5；,1 吸聲設(shè)計原則,(三)吸聲降噪量計算,102,7.對于濕度較高的環(huán)境，或有清潔要求的吸聲設(shè)計，可采用薄膜覆面的多孔材料或單、雙層微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，穿孔板的板厚及孔徑均不大于lmm，穿孔率可取0.5-3，空腔深度可取50一200mm。 8.進(jìn)行吸聲處理時，應(yīng)滿足防火、防潮、防腐、防塵等工藝與安全衛(wèi)生要求，兼顧通風(fēng)、采光、照明及裝修要求，也要注意埋設(shè)件的布置。,1 吸聲設(shè)計原則,(三)吸聲降噪量計算,103,根據(jù)聲源特性估算受 聲點(diǎn)的各頻帶聲壓級,確定各吸聲面的吸
37、聲系數(shù),了解環(huán)境特點(diǎn)，選定噪聲控制標(biāo)準(zhǔn),計算各頻帶所需吸聲量,計算室內(nèi)應(yīng)有的吸聲系數(shù),確定受聲點(diǎn)允許的噪聲 級和各頻帶聲壓級,選擇合適的吸聲材料,2 吸聲設(shè)計程序,(三)吸聲降噪量計算,104,3 吸聲降噪量,房間吸聲處理前接受點(diǎn)的聲壓級：,房間吸聲處理后該接受點(diǎn)的聲壓級：,吸聲處理前后該點(diǎn)噪聲降低量 Lp為：,(三)吸聲降噪量計算,105,3 吸聲降噪量,（1）如果在一個大的房間，離聲源較近時，噪聲以直達(dá)聲為主，則：,（2）如果在一個大的房間，離聲源足夠遠(yuǎn)時，噪聲以反射聲為主，則：,(三)吸聲降噪量計算,106,設(shè)吸聲降噪前后室內(nèi)平均吸聲系數(shù)分別為 和 ；吸聲量分別為 和 ；混響時間分別為
38、和 ，則吸聲降噪效果為 或,(三)吸聲降噪量計算,混響時間可測，計算吸聲降噪量，免除了計算吸聲系數(shù)的麻煩和不準(zhǔn)確,107,【例】尺寸為14m10m3m，體積為420m3，面積為424m2 的控制室內(nèi)有一臺空調(diào)，安裝在10m3m墻壁的中心部位，試 通過設(shè)計計算使距噪聲源7m處符合NR-50曲線。, 記錄控制室尺寸、體積、總表面積、噪聲源的種類和位置等； 記錄噪聲的倍頻程聲壓級測量值； 記錄NR-50的各個倍頻程聲壓級； 計算需要降噪量； 處理前混響時間的測量值，并計算出處理前平均吸聲系數(shù)； 計算出處理后平均吸聲系數(shù)； 參考各種材料的吸聲系數(shù)，然后選材確定控制室各部分的裝修。,108,【例】尺寸為
39、14m10m3m，體積為420m3，面積為424m2 的控制室內(nèi)有一臺空調(diào)，安裝在10m3m墻壁的中心部位，試 通過設(shè)計計算使距噪聲源7m處符合NR-50曲線。,解：設(shè)計計算步驟見表,109,【例】某房間大小為6 8 3m3，500Hz時地板、墻壁和天花板吸聲系數(shù)分別為0.02、0.03、0.03 ，若在天花板上安裝一種500Hz吸聲系數(shù)為0.2的吸聲貼面天花板，求該頻帶在吸聲處理前后的吸聲系數(shù)、混響時間及處理后的吸聲降噪量。,解:,110,聲音頻率低于2000Hz，且平均吸聲系數(shù)小于0.2,111,【例】某房間大小為3020 4m3，室內(nèi)有一聲源，測得500Hz室內(nèi)混響時間為3s，距離聲源10m處該頻率的聲壓級為85dB，通過吸聲處理使噪聲降為75dB，問該車間500Hz的混響時間應(yīng)降為多少？并計算室內(nèi)應(yīng)達(dá)到的平均吸聲系數(shù)。,112,解:,113,114,小結(jié),吸聲降噪量的計算,
《吸聲降噪技術(shù)》PPT課件.ppt
