第二章-第四节噪声控制技术——吸声

空腔对吸声性能的影响
3 空腔对吸声性能的影响
多孔材料的吸声系数随空气层厚度的增加而增加， 但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。
当腔深D近似等于入射声波的1/4波长时，吸声 系数最大。
当腔深为1/2波长或其整倍数时，吸声系数最小。 一般推荐取腔深为5～10cm。 天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较
i S i ——第 种材料组成的壁面的面积，m2； i ——第 i 种材料在某频率下的吸声系数。
一 吸声材料
(一) 吸声系数 (二) 吸声量 (三) 多孔吸声材料
多孔吸声材料
多孔吸声材料是目前应用最广泛的吸声材料。
最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗 渣等天然动植物纤维为主； 目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。
以上各式中，B 为孔间距，d 为孔径。
【讨论】
穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深 或板越厚，吸声的频率越低。
工程设计中，穿孔率控制为1%～10%，最高 不超过20%，否则穿孔板就只起护面作用， 吸声性能变差。
一般板厚2～13mm，孔径为2～10mm，孔 间距为10～100mm，板后空气层厚度为6～ 100mm时，则共振频率为100～400Hz，吸 声系数为0.2～0.5。当产生共振时，吸声系 数可达0.7以上。
T
0.25 0.40 0.50 0.60 0.75 0.85 0.90 0.98
1
混响室法吸声系数(无规入射吸声系数)
在混响室中，使不同频率的声波以相等几率 从各个角度入射到材料表面，测得的吸声系 数。
测试较复杂，对仪器设备要求高，且数值往 往偏差较大，但比较接近实际情况。
在吸声减噪设计中采用。
(2-112)
式中：c ——声波速度，m/s；
—S —小孔截面积，m2；
—F —每一共振单元所分占薄板的面积，m2；
—h —空腔深度，m；
—l K —小孔有效颈长，m；
—P—穿孔率， = P / 。S F
穿孔率
正方形排列：
P
4
d B
2
三角形排列：
P
2 3
d 2 B
平行狭缝： P d B
1－刚性壁面
龙骨
空气层
龙骨
入射声波
3—阻尼材料 图2-17 薄板共振吸声结构示意图
4—薄板
薄金属板、胶合板、 硬质纤维板、石膏板等
薄板共振吸声结构的共振频率
f0
600 MD
(2-110)
式中：M ——板的面密度，kg／m2M，mt，其中m为板密
度，kg/m3，t为板厚,m；
D ——板后空气层厚度，㎝。
错误认识二：内部存在大量孔洞（单个闭合、互不连通） 的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声 性能。
3 空腔对吸声性能的影响
0.6
图2-16 背后空气层厚度对吸声性能的影响
空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层； 吸声系数随腔深D（空气层）增加而增加； 空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。
通风管道和消声器内 气流易吹散多孔材料， 吸声效果下降。 飞散的材料会堵塞管 道，损坏风机叶片。 应根据气流速度大小 选择一层或多层不同 的护面层。
第二章 噪声污染及其控制
第四节 噪声控制技术——吸声 一 吸声材料 二 吸声结构 三 室内吸声降噪
二 吸声结构
吸声处理中常采用吸声结构。 吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理 常用的吸声结构
一般多孔吸声材料的孔隙率＞50%。
孔隙率增大，密度减小，反之密度增大。
一种多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能 的密度范围。
【讨论】密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。
若厚度不变，增大多孔吸声材料密度，可提高低、中 频的吸声系数，但比增大厚度所引起的变化小，且高 频吸收会有所下降。
错误认识一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良好 的吸声性能。
吸声系数 影响因素
3 使用条件
声波频率 5
4 声入射角度
【声波频率】
同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系 数。
平均吸声系数： 工程中通常采用125Hz、250 Hz、 500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz六个频率的吸声系 数的算术平均值表示某种材料的平均吸声系数。
通常，吸声材料 在0.2以上，理想吸声材料 在 0.5以上。
当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生
共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也
最大，消耗声能最多，吸声性能最好。
单腔共振体的共振频率 改变孔颈尺寸或空腔体积，
f0
c
2
可得不同共振频率的共振器，
S 而与小孔和空腔的形状无关。
VlK
(2-121)
式中 — c —声波速度，m/s； S ——小孔截面积，m2；
又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单腔共振吸声器
结构：
封闭空腔壁上开一个小孔与
≈
外部空气相通； 腔体中空气具有弹性，相当
于弹簧；
孔颈中空气柱具有一定质量，
相当于质量块。
入射声波
原理：入射图声2-波18激单发腔孔共振颈吸声中结空构示气意柱图 往复运动，与颈壁
摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。
(一)薄板共振吸声结构
(二)穿孔板共振吸声结构
(三)微穿孔板吸声结构
(一)薄板共振吸声结构
机理：声波入射引起薄板振动，薄板振动克服自身阻尼和
板-框架间的摩擦力，使部分声能转化为热能而耗损。当入 射声波的频率与振动系统的固有频率相同时，发生共振，薄 板弯曲变形最大，振动最剧烈，声能消耗最多。
结构
——某频率声波的吸声系数；
S ——吸声面积，m2。
【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的 实际吸声效果。
(二) 吸声量（等效吸声面积）
总吸声量：若组成室内各壁面的材料不同，则 壁面在某频率下的总吸声量为
n
n
A Ai iSi
i1
i1
(2-109)
i 式中： A i ——第 种材料组成的壁面的吸声量，m2；
大家好
第二章 噪声污染及其控制
第一节 概述 第二节 声学基础 第三节 噪声的评价和标准 第四节 噪声控制技术——吸声 第五节 噪声控制技术——隔声 第六节 噪声控制技术——消声 第七节 有源噪声控制简介
第二章 噪声污染及其控制
第四节 噪声控制技术——吸声
吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。 通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技
【讨论】
M 增大或 D增加，共振频率下降。
通常取薄板厚度3～6mm，空气层厚度3～10mm， 共振频率多在80～300Hz之间，故一般用于低频吸声。
吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.2～0.5。
改善薄板共振吸声性能的措施：
在空腔中，沿框架四周放 置多孔吸声材料，如矿棉、 玻璃棉等。
1－刚性壁面
简称穿孔板共振吸声结构。 结构：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将穿
孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板后留 有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔（孔）共 振器并联而成。
刚性壁
空气层
框架
小孔或狭缝
图2-19 穿孔板共振吸声结构
多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率
f02c
S c
FhlK 2
P hlK
大的距离。
4 护面层对吸声性能的影响
实际使用中，为便于固定和美观，往往要对 疏松材质的多孔材料作护面处理。
护面层的要求：
良好的透气性。 微穿孔护面板穿孔率应大于20%，否则会影响高
频吸声效果。 透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。 对成型多孔材料板表面粉饰时，应采用水质涂料
喷涂，不宜用油漆涂刷，以防止涂料封闭孔隙。
驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数)
驻波管法简便、精确，但与一般实际声场 不符。
用于测试材料的声学性质和鉴定。 设计消声器。
一 吸声材料
(一) 吸声系数 (二) 吸声量 (二) 多孔吸声材料
(二) 吸声量（等效吸声面积）
定义：吸声系数与吸声面积的乘积
AS
(2-108)
式中：A ——吸声量，m2；
(一)薄板共振吸声结构
(二)穿孔板共振吸声结构
(三)微穿孔板吸声结构
(二)穿孔板共振吸声结构
特征：穿孔薄板与刚性壁面之间留一定深度 的空腔所组成的吸声结构。
分类：按薄板穿孔数分为
单腔共振吸声结构 多孔穿孔板共振吸声结构
材料：轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏 板等。
1.单腔共振吸声结构
2.吸声特性及影响因素
特性:高频声吸收效果好，低频声吸收效 果差。 原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的 相对运动少， 摩擦损小， 因而声能损失 少，而高频声容易使振动加快，从而消耗 声能较多。所以多孔吸收材料常用于高、 中频噪声的吸收。
吸声性能的影响因素
孔隙率与密度
2
厚度 1
吸声性能 影响因素
—V —空腔体积，m3；
若小孔为圆形则有
—l K —小孔有效颈长，m，
lK
l dl0.8d 4
式中 l ——颈的实际长度(即板厚度)，m；
——d 颈口的直径，m。
空腔内壁贴多孔材料时，有
lK l 1.2d
【讨论】单腔共振吸声结构使用很少， 是其他穿孔板共振吸声结构的基础。
2.多孔穿孔板共振吸声结构
理论证明，若吸声材料层背后 为刚性壁面，最佳吸声频率出 现在材料的厚度等于该频率声 波波长的1/4处。使用中，考虑 经济及制作的方便，对于中、 高频噪声，一般可采用2～5cm 厚的成形吸声板；对低频吸声 要求较高时，则采用厚度为5～ 10cm的吸声板。
2 孔隙率与密度
孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的 百分比。