第四章吸声降噪(1)

第四章吸声降噪

第一节吸声原理及表征材料吸声的量

一、吸声原理

●吸声或声吸收：声波通过介质或入射到介质分界面上时声能的

减少过程。

●当介质为空气，声波在空气中传播时，由于空气质点振动所产

生的摩擦作用，声能转化为热能的损耗所引起的声波随传播距离增加而逐渐衰减的现象，称为空气吸收。

●当介质分界面为材料表面时，部分声能被吸收，可称为材料吸

声。

●材料的吸声是由于黏滞性、热传导性和分子吸收而转变为热

能。

●首先是黏滞性和内摩擦的作用，由于声波传播时，质点振动速

度各处不同，存在着速度梯度，使相邻质点间产生相互作用的黏滞力或内摩擦力，对质点运动起阻碍作用，从而使声能不断转化为热能。

●其次是热传导效应，由于声波传播时介质质点疏密程度各处不

同，因此介质温度也各处不同，存在温度梯度，从而相邻质点间产生了热量传递，使声能不断转化为热能。

●按吸声机理的不同：吸声体可分为多孔性吸声材料和共振吸声

结构。

●其中多孔性材料在工程中应用最广泛。

●多孔材料包括纤维类、泡沫类和颗粒类。

●以纤维类材料为例，最常见的有离心玻璃棉、矿渣棉、化纤棉、

木丝板等；

●泡沫类材料以泡沫塑料、海棉乳胶、泡沫橡胶等居多；

●颗粒类材料则以膨胀珍珠岩、多孔陶土砖、蛭石混凝土等居多。

●共振吸声结构可以分为薄板共振吸声结构，薄板穿孔共振吸声

结构等。

●从材料和共振结构的吸声性能来讲，多孔材料以吸收中高频噪

声声能为主，共振吸声结构对低频有吸声峰值。

●利用吸声材料吸收声能，降低室内噪声，是噪声控制工程中的

措施之一。

●人们在室内所接收到的噪声，包括声源直接通过空气传来的直

达声以及室内各壁面反射回来的混响声。

●在车间里听到的机器噪声，远比安装在室外的机器噪声高，主

要是由于车间内存在混响声。

●许多工程实践证明，一般车间采取吸声降噪措施，可取得5~8dB

的降噪量，如果车间原来吸性能很差，吸声材料布置合理，甚至可降低噪声8~12dB。

吸收声能

2

E

透射声能反射声能

入射声能

3 E

1

E 0

E

图1 材料吸声示意图

二、 表征材料吸声性能的量

吸声系数可衡量材料吸声性能的大小，

010321E E E E E -=+=α

2E －被吸收的声能；

3E －透射声能；

0E －入射声能；

1E －反射声能。

● 当01E E =时，0=α，表示材料是全反射的；

● 当01=E 时，1=α，表示材料是全吸收的；

● 吸声系数越大，材料的吸声效果越好。

● 吸声系数的大小与声波入射角度有关，因此在吸声系数的测量

中有垂直入射吸声系数、无规律入射吸声系数或斜入射吸声

系数的区别。

●另外，所有材料的吸声系数在不同的频率是不同的，为了完整

表征材料的吸声性能，常常给出不同频率的吸声系数。

●对材料的吸声性能，较为简单的单值评价处理方法是采用各频

率吸声系数的平均值，如平均吸声系数、降噪系数等，但单值评价处理方法不能对不同材料的吸声频率特性进行比较。

1.无规律入射吸声系数

●当声波从各个方向以相同的概率无规律入射时测定的吸声系

数为无规律入射吸声系数，在混响室内进行测量，其测量条件较接近于材料的实际使用条件，故常作为工程设计的依据。

2.垂直入射吸声系数

●当声波是以材料表面法线方向垂直入射时，测定的吸声系数为

垂直入射吸声系数，通常在驻波管中进行测量，用于材料吸声性能的研究分析、比较和产品的质量控制。其数值通常低

于无规律入射吸声系数。

3.平均吸声系数

●材料平均吸声系数是不同频率吸声系数的算术平均值。

4.降噪系数

●降噪系数是250Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz测出的吸声系

数的算术平均值。

第二节多孔吸声材料

一、多孔吸声材料的分类和性能

1.多孔吸声材料的分类

从构造特征上来说，多孔吸声材料从外到内应具有大量互相贯通的微孔，也即具有适当的透气性，具体要求如下：

（1）材料内部应有大量的微孔和间隙，不仅材料中空气体积与材料总体积之比（即孔隙率）要高，而且这些孔隙应尽可能细

小，并在材料内部均匀分布，这样材料内部筋络总表面积大，有利于声能吸收。

（2）材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不应是密闭的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声作用。

（3）微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内，不具有敞开微孔仅

有凹凸表面的材料不会有好的吸声性能。

凡符合多孔材料构造特征的，都可以作为多孔吸声材料加以利用。

2.多孔吸声材料的吸声性能

●多孔材料的吸声作用主要体现在两个方面：

●一是当声波入射到多孔材料表面时激发起微孔内的空气振

动，空气与固体筋络间产生相对运动，由于空气的黏滞性，在微孔内产生相应的黏滞阻力，使振动空气的动能不断转化

为热能，从而使声能衰减。

●二是在空气绝热压缩时，空气与孔壁间不断发生热交换，由

于热传导的作用，也会使声能转化为热能。

●多孔吸声材料的吸声特性曲线总的变化趋势是吸声系数随频

率的增加而增大，曲线由低频向高频逐步升高，在高频段出现不同程度的起伏，随着频率的升高，起伏逐步缩小，趋向一个缓慢变化的数值。