03吸声降噪原理与设计

微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。
两个重要条件： 一是具有大量的、均匀的孔隙； 二是孔之间要连通，表面向外敞开。
本 2.吸声机理
讲
内 多孔吸声材料衰减声能有两个原因： 容 一是粘滞阻力耗能
当声波经过材料表面引起空隙内部空 气振动时，空气与固体经络间产生相 对运动。由于空气的粘滞性产生相应 的粘滞阻力，使振动空气动能不断转 化成为热能，从而使声波能量衰减；
吸声处理一般用于降低室内噪声中的反射声，而对直达 噪声则不起作用。
本 讲
6第六章 吸声降噪原理与设计
内
容
补充 一些基本概念
6. 1 多孔吸声材料 6. 2 穿孔共振吸声结构
6. 3 阻抗复合吸声结构 6. 4 吸声系数的测量 6. 5 吸声降噪设计
本 补充 一些基本概念
讲 内 容
1.直达声场Байду номын сангаас
2.混响声场
腔的形状无关；
• 共振结构的吸声频率选择性很强，只对共振频率附近声 波有较好的吸收，吸声频带很窄(即频率选择强)，适用于 有明显音调的低频噪声场合。
• 若在颈口下放置一些诸如玻璃棉之类的多孔材料，或加 贴一薄层尼龙布等透声织物，可以增加颈口部分的磨擦 阻力，增宽吸声频带。
本 2.穿孔板组合共振器
讲
在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程称为 自由程。
本 一些基本概念（2）
讲
内 由于壁面的声学性质不均匀，房间形状不规则，室内人 容 和物的反射现象十分复杂，经多次反射声场中声音的传
播规律依赖于房间的大小和房内各个表面的反射性质。
3.扩散声场
扩散声场是指有声源的房间内，声能量密度处处相等， 并且在任何一点上，从各个方向传来的声波几率都相等 的声场。
通常情况下，共振腔内加吸声材料后，吸声频率向低频 移动。
本 3.板后加吸声材料的组合结构
讲 内 容
本 6.2.2 穿孔共振吸声结构的吸声系数和频带宽度
讲
内 1.共振时的吸声系数 容 共振吸声结构的吸声系数α
为：
1rp2(1r4)r2x20
6.1.4 吸声材料的吸声理论（自学）
本
讲 内
6.1.1 多孔吸声材料的构造特征和吸声机理
容
1.多孔材料的构造特征
2.吸声机理
3.吸声系数
4.吸声特性
本 1.多孔材料的构造特征
讲
内
构造特征：
容
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；
高流阻材料与低流阻相比，高频吸声系数降低，低中频系数提高。
本 5.护面层的影响
讲 内 容
多孔材料在使用时加护面层，以固定多孔材料，防止散落。护面层可 采用穿孔护面板、金属丝网、塑料网纱、玻璃布、麻布、纱布等。
护面网罩:
有塑料纱网、金属丝网、钢板网等。穿孔率高，声质量和声阻忽略不 计，有高温、耐腐蚀、高强度要求时用金属网，一般用塑料纱网。
fr

c
2
S VLk
式中S为孔颈开口面积，m2；c为声速，一般取340m/s；V
为空腔容积，m3；Lk为小孔有效颈长，m。若小孔为圆
形： Lk t4dl0.8d
，其中t为颈的实际长度（即板厚度），
m；d为孔颈口的直径，m。
本 1.单个共振器（3）
讲
内 从共振频率计算式可知： 容 • 共振频率fr与孔颈d大小和空腔体体积V有关，与小孔及
纤维 玻璃棉毡
潮，但松散纤维易污染环境
材料
或 难以加工成制品。
矿渣棉：散棉、矿棉毡
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 软质木纤维板、矿棉吸声砖、 装配式加工，多用于室内吸 材料 岩棉吸声板、玻璃吸声板、 声。 制品 木丝板、甘蔗板等
本 常用吸声材料的使用情况
讲
内 容
主要种类 常用材料实例
本 讲
6. 2 穿孔共振吸声结构
内
容 6.2.1 穿孔共振吸声结构的共振频率
6.2.2 穿孔共振吸声结构的吸声系数和频带宽度
6.2.3 微穿孔板吸声结构
本 6.2.1 穿孔共振吸声结构的共振频率
讲
内
容
吸声机理：利用空气柱在小孔中的来回磨擦消
耗声能，用孔后的腔深来控制吸声峰值的共振
频率。
1.单个共振器 2.穿孔板组合共振器 3.板后加吸声材料的组合结构
•由于入射角度对吸声系数有较大的影响，不同的入射角其吸声系 数不同。 •通常规定了三种不同的吸声系数。即：垂直入射吸声系数(驻波管 法吸声系数)，用α0表示。它多用于材料性质的鉴定与研究；斜入射 吸声系数(应用不多)；无规入射吸声系数αT(混响法吸声系数)。
本 4.吸声特性
讲 内 容
本 6.1.2 多孔吸声材料吸声性能的影响因素
本 6.1.3 吸声材料的种类与特点
讲
内 1.无机纤维材料类 容 主要有：玻璃丝、玻璃棉、岩棉、矿渣棉及其制品。其
特点：容重小、导热系数小、防火、防水、防潮。
2.泡沫塑料类
主要有：米波罗、氨基甲酸脂泡沫等。其特点：容重小、 导热系数小、质软，但易老化、耐火性差。
3.有机纤维材料类
主要有：棉、麻等植物纤维。其特点：成本低，但防火、 防蛀、防潮差。
纤维布:
有纱布、尼龙布、金属纤维布等。相对声阻率0.1左右，相对声抗率可 忽略。主要用于包扎易碎落吸声材料。
塑料薄膜：
可起到放水、防潮、防止掉渣的作用。具有声质量，对低频吸声性能 的影响可忽略，对高频不利。适用于中低频吸声。
穿孔板：
具有优良的机械性能，用于保持形状、承受应力、耐侵蚀的场合。穿 孔率一般大于20%。
本 讲
本章主要学习和讨论吸声降噪的原理、吸声材料的种类
内 特性、吸声结构的设计计算等内容。
容 利用吸声处理来吸收声能降低噪声的方法是噪声控制的
主要措施之一。实践证明，经吸声处理后，室内混响声
一般可降低5~10dB。
吸声：声波通过媒质或入射到媒质分解面上时声能的减 少过程，称为吸声或声吸收。
一般采用吸声材料来降低室内的混响声，吸声按其机理 可分为多孔性吸声材料、共振吸声结构及阻抗复合式吸 声结构三大类。
讲
内
容
1.材料厚度的影响
2.材料容重的影响
3.吸声材料背后空腔的影响
4.流阻的影响
5.护面层的影响
本 1.材料厚度的影响
讲 内 •材料厚度增加，低频吸声系数增加。 容 •一定的材料,厚度增加一倍,频率特性曲
线峰值向低频方向近似移动一个倍频程.
fr··d=const.(<500Hz),d=(1/4)λ最佳.
本 一些基本概念—图例
讲 内 容
本 一些基本概念—图例
讲 内 容
本 一些基本概念—图例
讲 内 容
本 一些基本概念—图例
讲 内 容
本 一些基本概念—图例
讲 内 容
一 些 基 本 概 念
本 讲
6. 1 多孔吸声材料
内
容
6.1.1 多孔吸声材料的构造特征和吸声机理
6.1.2 多孔吸声材料吸声性能的影响因素 6.1.3 吸声材料的种类与特点
3.扩散声场
4.混响时间
5.吸声性能评价
本 一些基本概念（1）
讲
内 1.直达声场 容 室内噪声的来源，有通过空气传到受声点的声音，即直
达声。从声源直接到达受声点的直达声形成的声场叫直 达声场。
2.混响声场
室内噪声的来源，还有通过室内各墙壁面反射到受声点 的声音，即混响声。
经过房间壁面一次或多次反射后到达受声点的反射形成 的声场叫混响声场。
(材料的容重即
单位体积的重量)
本 3.吸声材料背后空腔的影响
讲 内 若在材料层与刚性壁之间留一定距离的空腔，可改善对低频的吸 容 声性能，相当于增加了多孔材料的厚度，更经济。空腔增厚，对
吸收低频声有利。当腔深近似于入射声波的1/4波长时，吸声系 数最大，为1/2波长或其整数倍时，吸声系数最小。实际使用常 取腔深50~100mm。
4.吸声建筑材料类
主要有：含有微孔的泡沫砖、泡沫混凝土等。其特点： 保温、防潮、耐蚀、耐冻、耐高温。
本 常用吸声材料的使用情况
讲
内
主要种类 常用材料实例
使用情况
容
纤 有机 动物纤维：毛毡
价格昂贵，使用较少。
维 材 料
纤维 材料
植物纤维：麻绒、海草、椰 子丝
防火、防潮性能差，原料来 源广，便宜。
无机 玻璃纤维：中粗棉、超细棉、 吸声性能好，保温隔热，耐
本 4.流阻的影响
讲 内 容
流阻是空气质点通过材料空隙时的阻力。材料的透气性可以用流阻这 一物理参量来定义。在稳态气流下，吸声材料的压力梯度与气流在材 料中的流速之比，定义为材料的流阻，单位为Pa·s/m。单位厚度的流
阻称为材料的流阻率，单位为Pa·s/m2。
材料流阻低，低频吸声系数很低但中高频吸声系数高；
•在实际中,中高频噪声一般采用20～ 50mm的厚度吸声板;对低频吸声要求较 高时,则采用50～100mm厚.
本 2.材料容重的影响
讲 内 在厚度一定的情况下，增大容重 容 可以提高中低频吸声系数，容重
过大反而会降低吸声效果，对于 某一种多孔吸声材料容重都有一 最佳值。增加容重比增加厚度引 起的变化小，容重的选择是第二 位的。
工程上常用板厚1~10mm，孔 径2~15mm,穿孔率0.5~15％， 空气层厚50~250mm。
本 2.穿孔板组合共振器
讲
内 容
穿孔率的计算 圆孔，正方形排列
pm


4

d B
2
d B
d
圆孔，三角形排列
pm


23

d B
2

d
狭缝，平行排列
pm

d B
B
B
穿孔率（pm），即穿孔总面积与板的总 面积的比值。
内 穿孔板共振吸声结构是在板材上，以一定的孔径和穿孔 容 率打上孔，背后留有一定厚度的空气层。这种吸声结构
实际上可以看作是由单腔共振吸声结构的并联而成。
穿孔板共振吸声结构的共振频率是：
fr 式中 c0声速，m／s；D空腔厚

c0
2
pm Lk D
度，m；Lk孔颈有效长度，m 。
pm为穿孔率 pmns/S0 。
本 3.板后加吸声材料的组合结构
讲
内
容 当穿孔板结构的空腔内填入吸声材料后，由于空腔的声
阻抗以及穿孔的末端修正值的变化，吸声结构的共振频
率将起明显变化。此时共振频率为：
fr

c0
2
pm L'k D'
其中： ； ； ； L 'k t [1 (n )/2 ]0 d (p m n /3 )D D' rD n/0
本 4.吸声特性
讲 内
容 吸声系数α的值与入射声波的频率有关
•同一材料对不同频率的声波，其吸声系数有不同的值。 •在工程中，常采用125、250、500、1000、2000、4000Hz六个倍频 程中心频率吸声系数的算术平均值，来表示某一材料(或结构)的平 均吸声系数。
吸声系数α的值与声波的入射角有关
使用情况
颗 砌块 矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声 多用于砌筑界面较大的消声装
粒
砖、陶土吸声砖
置。
材
料 板材 珍珠岩吸声装饰板
质轻、不燃、保温、隔热。
泡 泡沫 聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑 吸声性能不稳定，吸声系数使
沫 塑料 料
用前需实测
材
料
其他 吸声型泡沫玻璃 加气混凝土
强度高 、防水、不燃、耐腐 蚀
微孔不贯通，使用少
密度衰减到原来的百万之一，即声压级衰减60dB所需要 的时间，称为混响时间，记作T，单位为秒。计算公式为：
T600.1A6V10.1S6V1 式中V---房间容积，m3；A---室内总吸声量，m2， AS
适用条件：室内声音频率低于2000Hz， 0.2。
5.吸声性能评价
吸声材料或吸声结构的声学性能与频率有关，通常采用 吸声系数、吸声量、流阻等三个与频率有关的物理量来 评价。
本 1.单个共振器（1）
讲
内 单孔共振吸声结构也称亥姆霍兹共振器，如图。
容
这种结构的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，因此可以将它看做一 个质量一弹簧共振系统。
本 1.单个共振器（2）
讲 内 容
单个共振腔的合成声阻抗： ZaRaj(Ma1Ca)
单个共振腔的共振频率为：
在这种理想化的声场中，声波的相位是无规则的。一般 情况下，对于所有内壁面均光滑、坚硬，并且天花板、 四壁为一定不规则形状的大房间，声源在室内产生的声 场非常接近扩散声场。扩散声场包含直达声场和混响声 场，是由两声场叠加形成。
本 一些基本概念（3）
讲
内 4.混响时间 容 当室内声场达到稳态后，声源突然停止发声，室内声能
二是热交换耗能 声波通过时发生空气绝热压缩升温， 与多孔材料的热交换和热传导也衰减 声能。
本 3.吸声系数
讲
内 吸声材料吸收的声能与入射的声能比值称为吸声系数。
容
E Ei Er 1r
Ei
Ei
0 表示无吸声作用； 1 表示完全吸收； 一般0﹤α﹤1，α越大，吸声性能越好。 通常当吸声系数α≥0.2时，材料才能被称为吸声材料。 α≥0.5的材料就是理想的吸声材料。