第七章机械振动与噪声

1.薄板吸声结构
系统共振频率：
1 fr 2
0 c 2 K AD A
薄板共振吸声结构吸声原理

薄板厚度：3-6mm 空气层厚度：3-10cm 吸声频带：80-300Hz 吸声系数：0.2-0.5
2.薄膜吸声结构
系统共振频率：
膜 状 材 料
1 fr 2
0c 2 60 AD AD
吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末， 污染环境施工扎手。
装配式加工，多用于室内吸声。
多用于砌筑界面较大的消声装置。
质轻、不燃、保温、隔热。 吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测 强度高 、防水、不燃、耐腐蚀 微孔不贯通，使用少
砌块
板材 泡沫 塑料 其他
珍珠岩吸声装饰板 聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料 吸声型泡沫玻璃 加气混凝土
Chapter 7 吸声降噪
7.1 吸声材料（结构） 7.2 多孔吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 特殊吸声结构 7.5 吸声降噪
7.1 吸声材料（结构）
7.1.1 吸声材料（结构）的分类 7.1.2 吸声性能评价量 7.1.3 吸声系数的测量
7.1.1 吸声材料（结构）的分类
7.2.2 吸声机理
7.2.3 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，吸声材料两面的静压强 差与气流线速度之比。
P Rf u
比流阻：指单位厚度材料的流阻。
过高
空气穿透力降低
吸声性能下降 过低
因摩擦力、粘滞力引 起的声能损耗降低
b.材料的孔隙率和密度
孔隙率：
吸 声 系 数
材料中的空气体积与材 料的总体积的比值。
孔隙大小和结构 超细玻璃棉的最佳密度 范围为15～25kg/m3
频率/Hz 5cm厚超细玻璃棉的密度变化 对吸声系数的影响
0 1
2. 平均吸声系数和降噪系数
125 250 500 1000 2000 4000
6
平均吸声系数
降噪系数NRC
250 500 1000 2000
4
3. 吸声量
表示方法：
A S
A ( i Si )
纤维材料 多孔性吸声材料 颗粒材料 泡沫材料
吸 声 材 料
薄膜共振吸声结构 薄板共振吸声结构 共振吸声结构 穿孔板共振吸声结构 微穿孔板共振吸声结构
特殊吸声结构
空间吸声体 吸声尖劈
多孔吸声材料应用
教室
写字楼
木丝吸音板 会议室 剧院
多孔吸声材料应用
珍珠岩吸音板
隧道
高速公路
多孔吸声材料应用
玻璃纤维天花板
i
房间总吸声量：
平均吸声系数：
1 Si
i
( S )
i i i
4.声阻抗
反映材料对声能阻抗性能的物理量（ρ0c）
7.1.3 吸声系数的测量(表7-2)
测量方法 驻波管法 用途
测量声波垂直入射 吸声系数。用于不 同材料吸声性能对 比；研究
特点
国家标准
试件面积小，装置简单， GB/T 18696.1测量结果精确
125 250 500 1000 2000 4000
装置情况
0.05 0.03 0.24 0.16 0.21 0.02 0.05 0.10 0.21 0.01 0.03 0.06
0.07 0.05 0.14 0.12 0.46 0.16 0.03 0.11 0.36 0.73 0.25 0.02 0.15
空 气 层
吸声频带： 200-1000Hz， 吸声系数：0.3～0.4
V
3.穿孔板吸声结构
单孔时系统共振频率：
fr c 2 ， d 4 V (t ) 4
t d

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
d
2 pd cRW RW RWW0 L pd 10lg 2 10lg 10lg 10lg 2 2 2 p0 4 r p0 4 r I 0 4 r 2 I 0W0
RW0 W 10lg 10lg W0 4 r 2 I 0
R Lpd LW 10lg 2 4 r
0.06 0.60 0.83 0.56 0.48 0.05 0.70 0.90 0.12 0.19 0.31
贴实 贴实 墙面粉刷
2.5 3.0 0.3 0.5 wk.baidu.com.8 1.1
钉 在 龙 骨 上
贴实 后留10cm空气层 后留5cm空气层 后留5～15cm空气层 后留5cm空气层 后留5cm空气层
4.4 5.0 2.0 1.0 3.13 5.0 8.0 3.0
4.微穿孔板吸声结构
微穿孔板结构：板厚<1.0mm;穿孔率1%～5%; 孔径<1.0mm;空气层5～20cm 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，吸声结构的理论计算与实测值接近。
7.4 特殊吸声结构
7.4.1 空间吸声体 7.4.2 吸声尖劈
例题1
在3mm厚的金属板上钻直径 为5mm的孔，板后空腔深 20cm，欲吸收频率为200Hz 的噪声，试求三角排列的孔 中心距。
由 可得 由 可得
c fr 2
P D(t )
P=2%
P= d 2 / 2 3B2
B=34mm
例题2
穿孔板厚4mm，孔径8mm， 穿孔按正方形排列，孔距 20mm，穿孔板后留有10cm 深的空腔，试求穿孔率和 共振频率。
常用材料实例
动物纤维：毛毡 植物纤维：麻绒、海草、椰子丝 玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡 矿渣棉：散棉、矿棉毡 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
矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖
使用情况
价格昂贵，使用较少。 防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。 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。
α
岩棉的最佳密度范围 为150～200kg/m3
c.材料厚度的影响
d.材料后空气层的影响
e.材料护面层的影响
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
常用多孔吸声材料的使用情况
主要种类
有机纤 维材料 纤 维 材 料 无机纤 维材料 纤维材 料制品 颗粒 材料
0.52 0.95 0.22 0.48 0.85 0.85 0.72 0.98 0.60
0.33 0.94 0.32 0.30 0.67 0.72 0.82 0.95 0.56
贴实 贴实 紧靠基层粉刷
贴实 贴实 贴实 紧靠墙面粉刷
7.3 共振吸声结构
1.薄板共振吸声结构 2. 薄膜共振吸声结构 3.穿孔板共振吸声结构 4.微穿孔板共振吸声结构
混响声场
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 从各个方向传来的概率相等，相位无规，这样的声场叫 扩散声场。
a.直达声场
距点声源 r 处的声强为
R W Id 4 r 2
2 pd cI d
距点声源 r 处的声能密度及声压为：
cR W 4 r 2
2 pd RW Dd 2 2 c 4 r c
0.10 0.06 0.46 0.09 0.64 0.25 0.03 0.25 0.62 0.21 0.55 0.03 0.28
0.12 0.09 0.78 0.30 0.48 0.40 0.04 0.63 0.53 0.19 0.30 0.03 0.30
0.16 0.04 0.50 0.32 0.56 0.42 0.05 0.70 0.71 0.08 0.16 0.04 0.33
7.4.1 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。
7.4.2 吸声尖劈
7.4.2 吸声尖劈
7.5 室内声场和吸声降噪
7.5.1 室内声场 7.5.2 吸声降噪 7.5.3 吸声降噪的设计原则和程序
7.5.1.室内声场
直达声场 室内声场
现使用4mm厚的三夹板制成穿 孔板共振吸声结构，空腔深 度允许有10cm，试设计结构 的其他参数。
fr
c 2
P D(t )
P=5.4%
P= d 2 / 4 B 2 (正方形排列)
2 P= d 2 / 2 3B（等边三角形排列）
B 11mm(正方形排列) B 12mm （等边三角形排列）
穿孔率P= d 2 / 4 B 2 12.6%
fr c 2 P D(t )
340 0.126 2 3.14 0.1 (0.004 3.14 0.008) 4 600 Hz
例题3
某车间内，设备噪声的频率 设计孔径d=3mm 根据 可得 根据 可得
特性在500Hz附近出现一峰值，
cS 4V
单位时间内壁面吸收的声能为： DrV n DrV
cS 4V
单位时间声源向室内贡献的混响声为： W (1 ) 稳态时： W (1 ) DrV 设：
cS 4V
0.11 0.22 0.18 0.27 0.03 0.10 0.06 0.25 0.10
0.32 0.29 0.05 0.12 0.06 0.21 0.08 0.55 0.28
0.52 0.40 0.22 0.42 0.12 0.60 0.18 0.80 0.55
0.44 0.68 0.48 0.86 0.41 0.95 0.44 0.92 0.60
布艺吸音板
木质吸音板
音乐厅
学术报告厅
变电室
7.1.2 吸声性能评价量
1. 吸声系数 2. 平均吸声系数和降噪系数 3. 吸声量
4. 声阻抗
1. 吸声系数
材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比 值，与材料性能、声波频率以及入射方向有关。
E Ei Er 1 rI 1 rp 2 Ei Ei
2004
传递函数法
测量声波垂直入 射吸声系数
测量声波无规入射吸 声系数。应用于工程 设计、吸声降噪设计 计算、材料吸声性能 等级评定等
方便快捷，可同时测量一定 频率范围内所有频率处材料 的复反射系数、法向声阻抗 率和吸声系数
GB/T 18696.22002
混响室法
设备复杂，混响室体积 大，试件面积大
泡沫 材料
常用吸声材料的吸声系数
材料 1、无机材料 吸声砖 石膏板（花纹） 水泥蛭石板 石膏砂浆 水泥珍珠岩板 水泥砂浆 砖（清水墙面） 2、木质材料 软木板 木丝板 三夹板 穿孔五夹板 木丝板 木质纤维斑 3、泡沫材料 泡沫玻璃 脲醛泡沫塑料 泡沫水泥 吸声蜂窝板 泡沫塑料 4、纤维材料 矿棉板 玻璃棉 酚醛玻璃纤维板 工业毛毡 厚度 cm 6.5 － 4.0 2.2 5 1.7 各种频率(Hz)下的吸声系数
GB/T 202472006
4s 0 2 (1 s )
7.2 多孔吸声材料
7.2.1 吸声材料构造特性
7.2.2 吸声机理
7.2.3 影响材料吸声的因素
7.2.1 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。
2

多孔时系统共振频率：
fr c 2 P D(t )


穿孔率：1%-10%
空腔深：10～25cm
1.空腔深度
圆孔正方形排列时 P= d 2 / 4 B 2 圆孔等边三角形排列时 P= d / 2 3B
2 2
fr 2 吸声带宽： f 4 D c
2.填充多孔吸声材料 α=αmax/2 3.不同穿孔率、空腔深度的穿孔 板共振吸声结构进行组合 几十 HZ—200～300HZ
b.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：许多次反射之间声波传播距离的平均值。
平均自由程 d 4V S
d 4V c cS
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：
n 1

cS 4V
单位时间内壁面吸收的声能为： DrV n DrV