第七章吸声降噪

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0 1
2
3）.混响室法无规入射吸声系数测量
3）.混响室法无规入射吸声系数测量
1.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：
55.3V A 4m V cT
m:衰减系数
1.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：
单腔共振吸声结构处于共振频率时的最大吸声量
Amax
c 2 2 f r2

2
2
亥姆赫兹共振器的特点是吸收低频噪声并 且频率选择性强。可在口颈处做适当加强。
3.穿孔板吸声结构
多孔时系统共振频率：
c fr 2 P D(t )
板的穿孔面积越大，多孔系 统吸声频率就越高。空腔越深或 板越厚，吸声频率就越低。 一般穿孔板吸声结构主要用 于吸收低中频噪声的峰值。
7.3.2.薄膜吸声结构
7.3.2.薄膜吸声结构
薄板吸声结构
系统共振频率：
1 f0 2 K M0L M0
0c 2

吸声频带： 80-300Hz， 吸声系数：0.2-0.5 薄板厚度：3-6mm 空气层厚度：3-10mm
例题
采用胶合板为共振吸声结构，其厚度为 4mm，面密度为3.2kg/m2，空气层厚度 h=6cm，求其共振频率f0。
环境噪声控制工程
环境科学与工程学院
Chapter 7 吸声降噪
7.1 吸声材料的分类和吸声性能评价量 7.2 多孔吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 室内声场和吸声降噪
7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量
7.1.1 吸声材料的分类 7.1.2 吸声性能的评价量
7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量
1.多孔性吸声材料
多孔性吸声材料（针对高频噪声控制） 材料特征： 内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有 通气性。 吸声机理： 声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声 波与纤维或颗粒表面产生内摩擦（摩擦力来自空 气的压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而 使声音的能量减小。
共振吸声结构（针对低频噪声控制）
2 吸声系数的分类测量
声波入射到材料表面的方向包括：正入射、 斜入射、无规则入射。
1). 驻波比法测吸声系数的测试原理
1). 驻波管法测吸声系数的测试原理
基于振幅合成, 产生驻波时:
波腹：
Pmax Pi Pr
pmax p0 (1 r )
波节： P min
Pi Pr
pmin p0 (1 r )
1). 驻波管法测吸声系数的测试原理
驻波比 n
Pmax 1 rp s Pmin 1 rp
s 1 rp s 1
4s 0 1 r 2 (1 s)
2
2)传递函数法垂直入射吸声系数测量
p2 ( f ) H12 ( f ) p1 ( f )
H12 e jks e2 jkl e H12
吸声是噪声污染控制的一种重要手段； 在噪声污染控制工程设计中，常利用吸 声材料吸收声能量来降低室内噪声。
室内噪声的来源：
通过空气传来的直达声 室内各墙壁面反射回来的混响声
7.1.1 吸声材料的分类
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。 材料吸声： 当媒质的分界面为材料表面时，部分声能被吸收 的现象，称为材料吸声。 吸声材料： 具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。
7.3常用共振吸声结构
1.概述 2.薄膜与薄板共振吸声结构 3.穿孔板共振吸声结构 4.微穿孔板吸声结构
7.3.1.概述
在室内生源所发出的声波的激励下，房间壁、顶、地 面等围护结构，以及房间中的其他物体也将发生振动。 振动的结构或物体由于自身的内摩擦和与空气的摩擦， 会把一部分振动能量转变成热能而消耗掉，根据能量 守恒定律，这些消耗掉的能量必定来源于激励结构或 物体振动的声源的声能量。 主要有薄板共振吸声结构、亥姆霍兹共振吸声结构、 穿孔共振吸声结构以及微穿孔共振吸声结构等 共振吸声结构对中、低频噪声有很好的吸声性能，而 多孔性吸声材料的吸声频率范围主要在中、高频率。
d
2
2 3B 2
3.穿孔板吸声结构
频带宽度：
fr 2 f 4 D c
由于穿孔板自身的声阻很小， 吸声频带较窄，可在穿孔板后填 充一些多孔的材料或敷上声阻较 大的纺织物等材料，便可改进其 吸声特性。是否填满均可。
3.穿孔板吸声结构
4.微穿孔板吸声结构
结构：
厚度小于1mm孔径小于1mm的小孔，穿孔率为 1%~5%的金属微穿孔板与板后的空腔所组成的 吸声结构。 吸声机理与吸声特征 吸声机理与穿孔板相通。利用空气在小孔中的 来回摩擦消耗声能，用腔深来控制吸声峰值的 共振频率，腔越深，共振频率越低。 由于板薄、孔小而密，声阻比普通穿孔板大得 多，因而在吸声系数和带宽方面都有很大改善。
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。
频率影响
7.2.2 影响多孔性吸声材料吸声性能的因素
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
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。 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 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 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
c.材料厚度的影响
d.材料平均密度的影响
e.材料后空气层的影响
e.材料后空气层的影响
f.护面层（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。
f. 温度、湿度的影响
f. 温度、湿度的影响
常用吸声材料的使用情况
1 f0 2
60 60 137 Hz M0L M0L 3.2 0.06
0c 2
3.穿孔板吸声结构
分类：单孔和多孔
结构：封闭的空腔上 开有小孔，与外部 相通。 吸声机理：亥姆霍兹 共振器
单孔时系统共振频率：
c f0 2
d
2
4 V (t )
3.穿孔板吸声结构
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 泡 沫 材 料 砌块 板材 泡沫 塑料 其他 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 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。 吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎 末，污染环境施工扎手。
2
1 rp
2
Z sm c 2 c 2 c 1 1 2 c 2 c Z sm c
当Zsm（材料声阻抗率）与ρc相等时，a＝1， 说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可 能。理想吸声材料要求其声阻抗率接近于空气的 特性阻抗率。
⊙吸声材料构造特性
A i Si
i
一个房间的总吸声量：
A：材料的总吸声量 Si：材料i的吸声表面积 (m2) 可推知，吸声量A的单位是m2
7.2 多孔吸声材料
7.2.1 吸声机理
7.2.2 影响因素
几种多孔性吸声材料
7.2.1 吸声机理
7.2.1 吸声机理
压缩、膨胀、摩擦、产热
由于
2
降低声音能量
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。 可测量声波法向入 只能用于不同材料合同中 射时的吸声系数和 材料在不同情况下的吸声 声阻抗率。 性能比较，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。
驻波比法
混响室法测吸声系数与驻波比法测吸声 系数的换算：
4.微穿孔板吸声结构
系统共振频率：
f0 1 2 (m D 3c)( D c)
共振时最大吸声系数：
4r 0 2 (1 r )
空间吸声体 吸声尖劈
7.1.2 表示材料吸声性能的量
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
a.定义： 材料吸收的声能量与入射到材料上的总声 能的比值。
E Ei Er 1 Ei Ei
当a＝0时，无吸声 当a＝1时，完全吸收，无声能反射
1.混响室法测吸声系数的测试原理
整个房间的吸声系数可表示为：
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A 55.3V 1 1 4V S ( ) (m2 m1) S cS T2 T1 S
S:试件的面积
常用两种测量方法的比较
测量方法 混响室法 用途 优点 缺点 试件面积大， 安装测量不 方便。 试件面积小， 安装测量方 便
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， c fr 吸声系数：0.4-0.7 2 薄板厚度：2-5mm 孔 径：2-4mm 穿孔率：1%-10%
P D(t )
3.穿孔板吸声结构
P
d
4B
2 2
P
a.材料的空气流阻（Rf）
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。 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
a.材料的空气流阻（Rf）
b.材料的密度或孔隙率
孔隙率： 材料中的空气体积与材料的总体积的比值。 孔隙率又与材料的流阻有关，具有相同孔隙 率的材料，孔隙尺寸越大，流阻就越小；反之 孔隙尺寸越小，流阻越大。 孔隙率还与孔隙的组织结构有关，孔隙比较 通畅的材料流阻小，孔隙比较“迂回曲折”的 材料流阻大。
7.3.1 共振吸声结构
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.薄膜吸声结构
吸声机理：薄膜振动
膜 状 材 料
系统共振频率：
1 f0 2
空 气 层
0c 2 K 60 AD A AD
吸声频带： 200-1000Hz， 吸声系数：0.3~0.4
垂直入射系数与无规则入射系数的关系
3.吸声性能的单值评价量
（1）平均吸声系数
考虑到频率特性： 平均吸声系数: 材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。
（2）降噪系数：
是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸 声系数的算术平均值。
3.吸声性能的单值评价量
（3）吸声量：
A S
55.3V 55.3V A A2 A1 4m2V ( 4m1V ) c2T2 c1T1
若两次测量时间间隔短及室内温、湿度相差很小。可认为：
c1 c2 c,
所以：
55.3V 1 1 A A2 A1 ( ) 4V (m2 m1) c T2 T1
材料特征：薄膜或薄板表面穿孔 吸声机理：应用共振原理 1）声音与薄板（薄膜）固有频率产生共振 2）声音与板后空腔气室空气产生共振
7.1.1 吸声材料的分类
纤维状 多孔性吸声材料 颗粒状 泡沫状
吸 声 材 料
单个共振器 穿孔板共振吸声结构 共振吸声结构 薄膜共振吸声结构 薄板共振吸声结构
特殊吸声结构
比较两种吸声测量方法可知：
基于声音传播方向的无规则性，混响室法测得的 吸声系数更接近材料的实际应用环境；但测定吸 声系数较困难，两种方法测定的吸声系数可以进 行换算。
驻波比法测吸声系数 混响室法测吸声系数 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.25 0.40 0.50 0.60 0.75 0.85 0.90 0.98