吸声降噪处理

b.声阻抗率：
ZA
P u
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。
ZS
P u
声阻抗
ZS R jZ
声阻： 反映材料阻性的影响。 声抗： 反映材料惯性和弹性的影响，和频率成一定 的函数关系。 *声抗/声阻：表示材料的频率选择性。
声阻抗
c.声学意义：
对自由平面声波： ZS 0c
环境噪声控制工程
Chapter 7 吸声降噪技术
7.1 吸声材料的分类和吸声性能的评价 7.2 多孔性吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 室内声场和吸声降噪 7.5 吸声设计
7.1吸声材料的分类和吸声性能的评价
7.1.1吸声材料的分类 7.1.2吸声性能评价量
7.1.1 吸声材料的分类
多孔性吸声材料
吸
声
材
共振吸声结构
料
特殊吸声结构
纤维状 颗粒状 泡沫状 单个共振器 穿孔板共振吸声结构 薄膜共振吸声结构 薄板共振吸声结构 空间吸声体 吸声尖劈
多孔性吸声材料、共振吸声结构——只能 降低室内噪声，可降低4~12分贝。
吸声种类：多孔性吸声材料、共振吸声结 构
吸声性能：
多孔性吸声材料——中高频噪声为主； 共振吸声结构——低频噪声为主
A 55.3V 4m V cT
式中：m---空场混响室条件下的声强衰减系数，m1 s----试件的面积
（3）混响室法测吸声系数的测试原理
安装吸声材料前后，房间的总吸声量的变化可表示为：
被测A材料的A吸2 声系A数1可表5示c5为2.T32Vc1
4m2V
c2
c
(
55.3V c1T1
4m1V )
混响声场中的声压为：
pr2
r c2
4cW
R
（2）混响声场：
相应声压级为：
Lpr
10lg
pd2 p02
10lg
4cW
Rp02
10 lg
4W RI 0
Lpr
10 lg
4W RI 0
10 lg
4WW0 RI 0W0
10 lg W W0
10 lg
t0
t
4
d
式中： t ——颈的实际长度，m；
d——孔口直径，m。
当空腔内壁贴多孔材料时， t0 t 1.2d
单个空腔共振吸声结构的最大吸声量（共振频率时）:
Amax
2 2
c2
2 fr 2
式中： — 共振频率时的波长， m；
c — 空气中的声速， m/s 。
（2）穿孔板吸声结构
多孔时系统共振频率：
平面声波从空气中入射到材料表面时：
1 rP 2
rP
2c2 2c2
1c1 1c1
Z0 Z0
0c 0c
2
1 Z0 0c Z0 0c
2. 吸声系数的分类和测量
a、分类： ➢ 考虑到入射方向的不同，分为： 垂直入射吸声系数数 斜入射吸声系数 无规入射吸声系数
（1） 驻波管法测吸声系数的测试原理
理论计算与实测值接近。
7.3 特殊吸声结构
7.3.1 空间吸声体 7.3.2 吸声尖劈
7.3.1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。
7.3.2 吸声尖劈
7.3.2 吸声尖劈
7.4室内声场和吸声降噪
自由声场：？
室内声场
直达声场
扩散声场：
混响声场
颗 砌块
粒
材 料
板材
矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸 声砖
珍珠岩吸声装饰板
多用于砌筑界面较大的消声装置。 质轻、不燃、保温、隔热。
泡 泡沫 沫 塑料 材 料 其他
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
吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实 测
强度高 、Biblioteka Baidu水、不燃、耐腐蚀
微孔不贯通，使用少
孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。
1、孔隙率与材料的空气流阻有关 2、孔隙率与空隙的组织结构有关
（2）材料平均密度的影响
图7-9 5cm厚超细玻璃棉的密度变化对吸声 系数的影响
（3）材料厚度的影响
（4）材料后空气层的影响
1空气层厚度为0； 2空气层厚度为 100mm； 3空气层厚度为 300mm。
不能测量共 振吸声结构， 亦不能在声 学设计工程 中直接使用。
混响室法测吸声系数与驻波管法测吸声 系数的换算：P166表7-2。
3. 吸声性能的单值评价量
考虑到频率特性：
（1）平均吸声系数:
材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。（倍频 程从125Hz-4000Hz共6个倍频程，1/3倍频程从 100Hz-5000Hz共18个倍频程）
【2】 薄板的种类
吸声性能的改善方法有哪些？
（2）穿孔板吸声结构 ①单腔共振吸声结构：
单孔时系统共振频率：
c
fr 2
Sc
Vt0 2
d 2 ，其中 d (圆孔)
4V (t )
4
式中：C——声波速度，m/s；
S——颈口面积，；
V——空腔体积，；
t——0——开颈口的末 有端 效修 长正 度量 ，，m；m可用下式求得： （圆孔）
f0
1
2
0c2 K AD A
60
AD
空
吸声频带： 80-300Hz，用于低频吸声
气
吸声系数：0.2-0.5
层
薄板厚度：3-6mm
空气层厚度D：3-10cm
②薄膜吸声结构
系统共振频率：
膜
状 材 料
1
f0 2
0c2 AD
60
AD
吸声频带：200-1000Hz，
空 吸声系数：0.3-0.4
7.3 共振吸声结构
7.3.1 概述
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。
7.3.2常用共振吸声结构
（1）薄板与薄膜共振吸声结构 （2）穿孔板吸声结构 （3）微穿孔板吸声结构
（1）薄板与薄膜共振吸声结构
①薄板吸声结构
薄 板 材 料
结构： 吸声机理 系统共振频率：
f0
c
2
P
D(t )
3.穿孔板吸声结构
穿孔率（P）=穿孔面积/总面积 穿孔面积越大，吸声频率越高。 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 穿孔率：1%-10% 空腔深度：10-25cm
(3)微穿孔板吸声结构
系统共振频率：
f0
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 。
7.4.1室内声的声能密度和声压级
（1）.直达声场 距点声源 r 处的声强为
Id
RW
4r 2
R -大--刚声性源平的面指上向，R性 =因2；数声:源点置声于源两位个于刚自性由平场面空的间交，线R上=1，；R置=4于；无声穷源 置于三个刚性反射面的交角上，R =8）
1 ( T2
1 )
T1
材料吸声性能的测量
常用两种测量方法的比较
测量方法 混响室法
用途
优点
可测量声波无规入 所测量的吸声系数和吸声 射时的吸声系数和 量可在声学设计工程中应 单个物体吸声量。 用。
缺点
试件面积大， 安装测量不 方便。
阻抗管法
可测量声波法向入 射时的吸声系数和 声阻抗率。
只能用于不同材料中材料 在不同情况下的吸声性能 比较；试件面积小，安装 测量方便
作为多孔吸声材料必须具备的条件
[1]表面多孔； [2]内部空隙率高； [3]孔与孔相互连通。
几种多孔性吸声材料
7.2.1 吸声机理
粘滞性 热传导效应
7.2.2 多孔性吸声材料构造特性
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
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。
Rf
P u
比流阻：指单位厚度材料的流阻。
过高 过低
空气穿透力降低
因摩擦力、粘滞力引 起的声能损耗降低
吸声性能下降
（1）材料的空气流阻（Rf）
1—低流阻 3—高流阻
图7-7 多孔性吸声材料流阻与吸声系数的关系
（2）材料孔隙率与密度的影响
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。 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 软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、 装配式加工，多用于室内吸声。 料制品 玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等
内部。
7.2.3 多孔吸声材料的吸声特性
图 吸声材料的频谱特性曲线
7.2.4影响多孔性吸声材料吸声性能的因素
➢ （1）材料的空气流阻 ➢ （2）材料孔隙率与平均密度的影响 ➢ （3）材料厚度的影响 ➢ （4）材料后空气层的影响 ➢ （5）材料装饰面的影响 ➢ （6）温度、湿度的影响
（1）材料的空气流阻（Rf）
（2）降噪系数： 是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得（4个
倍频带）的吸声系数的算术平均值。
（3） 吸声量
表示方法：
A S
一个房间的总吸声量： A i • Si
房间的平均吸声系数：
1
Si
i
•
Si
7.2 多孔吸声材料
7.2.1多孔性吸声材料的吸声机理 7.2.2多孔性吸声材料构造特性 7.2.3 多孔性吸声材料的吸声特性 7.2.4 影响多孔性吸声材料的吸声性能的因素
气 层
作为中频范围的共振吸声
结构
薄板或薄膜共振吸声结构设计基本方法？
薄板或薄膜共振吸声结构设计基本方法
【1】根据需要确定最大吸声频率，以其为共振频率，确定选用材料及空 气层厚度。
f0
1
2
0c2 K AD A
60
AD
D ( 60 ) 2 • 1
f0
A
A
( 60 )2 f0
•
1 D
板厚取3~6mm，空气层厚度取30~100mm，共振吸声频率约在 80~300Hz之间，吸声系数一般为0.2~0.5
7.1.2 吸声性能评价量
1. 吸声系数 2. 吸声系数的分类和测量 3. 吸声性能的单值评价量
1. 吸声系数
定义： 材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的 比值。
E Ei
Ei Er Ei
1 rI
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。
（1） 驻波管法测吸声系数的测试原理
pmax p0 (1 r )
pmin p0 (1 r )
S pmax pmin
0
1
r
2
4S (1 S)2
（2）传递函数法垂直入射吸声系数测量原理:P164 （3）混响室法测吸声系数的测试原理：
混响时间：声压级衰减60分贝的时间。 房间内吸声量与混响时间有关：
S
A S
55.3V cS
1 ( T2
1)T1
4V S
(m2
m1)
若两次测量时间间隔短及室内温、湿度相差很小。可认为：
所以：
c1 c2 c,以及m1 m2 m
A
A2
A1
55.3V c
(1 T2
1) T1
（3）混响室法测吸声系数的测试原理
被测材料的的吸声系数可表示为：
S
A S
55.3V cS
（5）材料装饰面的影响
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。
（6）温度、湿度的影响
常用吸声材料的使用情况
主要种类 常用材料实例
使用情况
有机
纤维
材料
纤 维
无机
材 纤维
料 材料
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
距点声源 r 处的声压及声能密度为：
pd2
cI d
cRW 4r 2
d
pd2
c2
RW
4r 2c
声源的指向性因数
（1）直达声场：
声压级的计算：
L 10 lg pd2 10 lg cRW
pd
p02
4r 2 p02
p2 cI
Lpd
10 lg
RW
4r 2I0
10 lg
RWW0
4r 2I0W0
10 lg W W0
1
2
(m D 3c)(D c)
共振时最大吸声系数：
0
4r (1 r)2
式中：
D——腔深（穿孔板与后 壁的距离）mm；
m——相对声质量； r——相对声阻； C——声速，m/s
(3)微穿孔板吸声结构
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，设计理论成熟，吸声结构的
单位时间声源向室内贡献的混响声为： W (1 )
混响声的声能密度为r： 混响声的声能为：rV
反射一次，壁面吸收的声能为： rV
单位时间内壁面吸收的声能为：
rV n
rV
cS 4V
稳态时：
W (1 )
rV
cS 4V
（2）混响声场：
室内的混响声能密度为：
r
4W (1 cS
)
设：
R S
1
r
4W cR
10 lg
RW0
4r 2I0
Lpd
LW
10
lg
R
4r
2
（2）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：室内自由程的平均值。
d 4V S
声速为c时，声波传播一个自由程所需的时间为：
d 4V
c cS
单位时间内平均反射次数为：
n 1 cS
4V
（2）混响声场：