第九章 吸声

空腔50~100mm
墙
多孔材料
4目前国内生产的多孔材料
见课本 P261、262、263； a玻璃棉——有散状及毯状二类； b矿棉——是一种无机材料，纤维质量差，扎人； c泡末塑料类； d多孔成型板材
饰面
多孔 材料
墙面
木笼骨 玻璃布（透气织物）
5. 多孔吸声材料的应用与结构形式
①应用 a 贴在墙面和天花板上吸收混响声。 b 贴在隔声罩内表面，提高TL实。 c 作消声器内衬。 d 堵塞孔洞，防止噪声传递。 ②结构 a 有罩层的多孔吸声结构 饰面材料，一般穿孔率为 ＞20% 纤维板、胶合板、钢板、铝板、塑料贴面板 一般穿孔板，孔径为5~8mm，间距为10~15mm
α = 0.2 ~ 0.5
也可在空气层内充多孔材料 用途：建筑物内的吸声
3.3 共振腔式吸声结构
（1）单个空腔共振吸声结构 单个空腔：可用石膏浇注，如带孔空心砖 声波入射到孔口，孔颈中的空气象活塞一样往 复运动，颈中空气柱与颈壁发生摩擦。声能→ 热能↓且空腔内空气象弹簧，阻止颈中空气柱 运动，颈中空气柱又象一重物形成一个振动系 统。 固有频率=入射波频率时，共振 = 该结构特点： 吸声频带窄、固有频率较低，仅在某几种低 频噪声较高的场合下应用。 多用于房间消声 。 如某电动机在50和100赫时 L p 高，机房的墙面 上可按单个空腔结构吸声
3.1 膜共振吸声结构
膜板结构：塑料布、塑料薄膜、 帆布、人造革。 入射波频率=材料固有频率时→共振→膜产生 弯曲变形→克服材料内摩擦阻力→声能变 热能→消耗掉 系统固有频率（共振频率）fo为
f0 ≈ 600 m ⋅D
m－膜的单位面积重量 kg∕㎡ D—空气层厚度(cm) 增加M或D均可降低系统的固有频率f0，一般 膜共振结构的f0=200～1KHZ，a=0.3～0.4 在空气层内充填多孔吸声材料，其吸声 系数更大，该结构用于飞机机舱和小 卧车内的吸声。
3.2 板共振吸声结构
与膜共振吸声原理相同，不同是： ①板比膜有刚性 ②膜的弹性决定于张拉程度 系统固有fo(也即共振频率)
f0
1 = 2π
1 . 4 × 10 m * D
7
+
K m
m，D同前 K - 刚度因数，板愈厚k愈大，k很小时就变成了膜结构， 一般 k = 1×106 − 3 ×106 kg / m 2 ⋅ s 一般板结构的 f 0 = 80 ~ 300 HZ
频率 A处 声压级 N55
125 78 70
250 72 63
500 69 58
1K 63 55
2K 60 52
4K 54 50
⑤计算房间需要的吸声系数
A2 α2 ∆Lp = 10 lg = 10 lg A1 α1
A1为已知，可求出A2，
∆Lp A2 = 10 10 A1
A2 = S ⋅ α 2
定出相应的S，计算出 α 2 ，把各个频率下需要的 α 2 列入表中。
，此法用料较多，但在工程中常用此
2.吸声材料
吸声材料按外观分两大类： ①多孔吸声材料 ②吸声结构 a 膜状吸声结构 b 板状吸声结构 c 穿孔板状吸声结构 2.1 多孔吸声材料 过去多用棉、麻、毛等吸声，现在玻璃棉、泡沫塑料用的较多。 2.1.1 结构 组成：固体骨架和空隙 固体骨架：也称筋络，由很细的纤维组成，约3-5 µm 。 空隙率：空隙体积在整个材料体积中所占的比例。 一般孔隙率≥70%，多数≥90%，玻璃纤维的孔隙率达99%。
∆ p v
R ——表示材料透气性能
∆p ——气流流过材料静压差
v ——流速 ， m s
薄而稀疏的材料，R低， α 也小。 厚而稀疏的材料，R高， α 大 。
⑤其他因素
〈1〉背后 空腔厚度 增加材料D，可增加 α ，不经济。在材料 背后留有空气层，可增加 α ，也可以增加 对低频声的吸收性能。空气层越深，对 低频声的吸收越好。一般空气层深5～10cm 〈2〉材料饰面的影响 为了美观和保护材料不飞散，金属网.玻璃 丝布.窗纱等。金属穿孔板，穿孔率要大于 20%，对多孔材料吸收性能不影响。 〈3〉吸湿的影响 水分、油雾、粉尘等堵塞孔隙，影响材料 吸声性能。
f0
f
当 f 0 > f 时， f 变化，α 变化小。都保持一个较 高的吸声系数。
②材料厚度D（见右图） D增加，材料的吸声性能向低频方向发展，所以 增加D对低频声有好的吸声效果。
a
但对高频声的吸收性能没有改变。 原因上高频声已经在表面被吸收。
100
D增加一倍， 频程。
a 峰值向低频移动一个倍
250
固体纤维把空隙分成细小的孔洞，固体纤维被孔洞所包围， 在此孔洞中有空气流动，所以可以说是“气包固”的材料结构。
好的吸声材料必具备：
①表面多孔，且口朝外敞开。 ②孔隙率高。 ③孔和孔相互连通
2.1.2 吸声原理 机理①： 声波入射到材料上引起孔洞中空气振动，骨架不动，骨架对空气运动 有阻力。声能转换成热能消耗掉。 机理②： 声波入射到材料上，空气绝热压缩，温度升高，空气膨胀 ，温度降低。 空气与骨架之间发生热交换。声能→热能→消耗掉。
∆Lp = Lp1 − Lp2 = ( Lp1 − Lpd ) − ( Lp2 − Lpd ) 1 1 α = 10 lg − 10 lg = 10 lg 2
α1
α2
α1
V T60 = 0.161 S ⋅α
∆Lp = 10 lg
T α2 = 10 lg 1 α1 T2
5 吸声减噪设计
5.1 吸声与隔声的区别
4.3 室内吸声处理后的声压级降低量
a 如果吸声处理前后的吸声系数分别为 1 、 2 则室内吸声处理前后,由于混响声的存在,造成总声压级的增加量分别为：
Lp1 − Lpd = 10 Lg 1
a
α1
， Lp2 − Lpd = 10 Lg
1
α2
由于吸声处理只能降低混响声的声压级，对直达声没有影响，因此吸声处理所 造成的减噪效果应为上述两式之差，也是所降低的混响声场的声压级 ∆Lp 。
α =
Σα i si
b、计算 A1
A1 = S ⋅ α
c、计算 R
R= S ⋅α 1−α
d、计算 T60
T60 = 0.161 V S ⋅α
∑s
i
若缺乏测定资料，可计算：
Lp1 − Lpd = 10 lg
1
α
Q 4 Lp1 = L w + 10 lg( + ) 2 4πr R1
③选定噪声容许标准 根据房间的作用选取合适标准 如选定N55为标准，查表各频率下的标准Lp值列入表中 ④需要减噪量的计算 由噪声源测量值减容许标准得到，列入表中。
1
α
倍
εd Lpd = 10 lg ε0
Lpd —直达声压级；
Lp − Lpd = 10 lg
Lp = 10 lg
ε ε0
Lp —总声压级
ε ε ε 1 − 10 lg d = 10 lg = 10 lg ε0 ε0 εd α
说明 房间未加吸声处理前，由于混响声存在，声压级升高，但 α 一般为 0.03～ 0.05，所以 Lp 的增加量最高为13～15dB，并且升高量仅与 α 有关，与房 间尺寸没有关系。
①减噪原理不同： 吸声——减弱反射声 隔声——减弱透射声 ②减噪着眼点不同： 吸声——降低乙房间的声级 隔声——降低透射到甲房间的声级 ③所用材料不同 吸声材料：轻、多孔 吸声而隔声性差 隔声材料：重、密实 隔声而吸声性差
5.2 选用吸声处理应注意事项
①原房间
α 小时，吸声效果好，也只有4～10dB的减噪量
S1α T
Sα
装一块面积为 S1，吸声系数为 α T 的材料后，则
V ′ T60 = 0.161 ( S − S1 )α + S1α T
上述两算式相减，整理得：
V 1 1 α T = α + 0.161 ( − ) ′ S1 T60 T60
′ 其他为已知，测出 T60 便可计算出 法测 T 。
α
αT
第九章
吸声
——利用吸声材料吸收反射声
1.引言
(1)吸声系数 α
入射声波 Eλ
α =
E吸 E入 − E反 = E E入 E入
( E透 = 0）
用f=125、250、500、1K、2K、4KHz六个f下的 α ， 表示材料的吸声性能 常用吸声材料的吸声系数见课本261、262、263、264、 265页 (2)吸声系数的测量
⑥选用吸声材料及安装方法 ⑦绘图。
吸声设计举例（ 吸声设计举例（9-4-2） ）
某车间尺寸为(10×20×4)m3，墙壁为光滑砖墙并石灰粉刷，地面为 混凝土，内有60吨、80吨、160吨冲床各两台，经测定，车间内总 声级为达90dB(A)，车间内中央一点测定的噪声频率特性如图所示， 进行处理后，希望在车间中央符合N85噪声评价曲线，试作吸声处 理设计。 解： (1)已知条件： 房间尺寸：10×20×4，V=800m3
（2）穿孔板共振吸声结构
在金属板、胶合板、纸板上穿孔 穿孔率＜20%时，可把该结构看做是由多个 单个共振腔组合起来的共振吸声结构。 入射声波入射到板面上----激起孔洞处的空气分子做往复运动-----声能---------热能 还有一部分能激起板的振动，形成薄板共振吸收，共振时吸收能最大 它的吸声频段窄：几个Hz～200、300Hz
反射声波 ES 吸收声波 E吸
α 的测定：有驻波管法（测出 ） α 混响室法（漫入射 ）工程上常用。 α
吸声材料 吸声材料吸声示意图
混响室法测 α
根据T60公式：①先测一个T60 ②装上新材料后再测一个T60 ③计算 α 装材料前：
T60=0.161
S ——室内表面积 α ——室内吸声系数
V Sα
50 D=25mm
500
f
③材料密度ρ(见右图） ρ过小：吸声性能差； ρ过大：孔隙率低，对低频声吸收好， 对高频声吸收不好。 所以，材料有一个最佳容量。
α
40 Kg \ m3
20 Kg \ m3
5Kg \ m 3
Kg 例如，超细玻璃棉， γ 最佳 = 20 ~ 30 m3
f
④材料 流阻R
R =
如 1 =0.02，若改为 a2 =0.2 则 △Lp=10Lg(0.2/0.02)=10 dB 但若
a
△Lp=10Lg(0.8/0.4)=3 dB
a1 =0.4， a2 =0.8
②吸声减噪有一定限度4～10 dB
5.3 吸声减噪设计步骤
①了解声源特性，通过测定将频谱列入表中
②了解房间特性
a、 计算α
0.2 =10Lg10=10dB 0.02
4.2 室内吸声处理前声压级升高量的计算
设室内直达声的声能密度为 ε d ，室内平均吸声系数为 α 经一次吸收后，室内声能密度增加，(1 − α )ε d 经二次吸收后，室内声能密度增加， (1 − α ) 2 ε d 3 经三次吸收后，室内声能密度增加， (1 − α ) ε d 此时，室内总的声能密度为：
ε = ε d + (1 − α )ε d + (1 − α ) 2 ε d + (1 − α ) 2 ε d + ⋅ ⋅ ⋅
这是等比数列，按求和公式有：
1 1 ⋅εd = εd ε= 1 − (1 − α ) α
ε 1 = εd α
上式说明：当房间的吸声系数为 α 时，房间的ε增加 若以声压级表示，则
4.吸声处理减噪效果计算ຫໍສະໝຸດ Baidu
4.1 吸声处理及减噪量 在房间壁墙、天花板上贴上吸声材料后和吸声体后，可以降低室内的混响声 压级。 声压级的降低量为△ L p = 10 lg
a2 a1
a1 ——处理前的平均吸声系数 a2 ——处理后的平均吸声系数
一般吸声处理后，可取得7～8dB的减噪量。 举例：若原来房间壁面 a1 =0.02 ，增加到 a2 =0.2 则ΔLp=10Lg
饰面
多孔 材料
墙面
木笼骨 玻璃布（透气 织物）
矿棉吸声板各种吸声图案见课本P258页 。 多孔材料加饰面后，高频 α 稍有降低，低频 α 稍有提高。
b 空间吸声体 有罩面的多孔吸声结构是利用了材料的一面，为了利用他的多面， 可做空间吸声体，吊在天花板上，空间吸声体可做成水平板、垂直板、 圆球、六面体、圆锥等。
2.1.3.影响多孔材料吸声的因素
①入射波的频率 易吸收高频声，原因是高频声是使孔洞中空气振 α 动加快，空气与纤维热交换加速。
α 与f 的关系是一个多峰曲线（见右图）
曲线上有一个峰值，它说明对频率为 f 0 的噪声吸收最好，其吸收系数 α 最大 。 当 f 0< f 时， f 变化， α 变化大；
c 吸声尖劈
尖劈高度等于入射波最低频率波长的一半， 0.9，最高达0.99。
α 高从f=100HZ起就达到
1 h = λ 最低 2
h 200*200 10
h
h
5 h 230 5 170
(a)
(b)
吸声尖劈
3.吸声结构
增加多孔吸声材料的厚度，改善其对低频声的吸收性 能，但不经济。 把不吸声的材料，作成吸声结构，可取得好的对低频 声的吸声效果。