第五章 吸声技术

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作用:吸收低频声 分类:薄板(膜)共振吸声结构、穿孔板吸 声结构、微穿孔板吸声结构
a.薄板共振吸声结构
构造:将薄板材料的周
边固定在框架上,并将 框架牢牢地与刚性板壁 相结合,这种由薄板与 板后的封闭空气层构成 的系统就称为薄板共振 吸声结构。
a.薄板共振吸声结构
吸声机理:薄板共振吸声结构实际上是一个由 薄板与后面空气层组成的振动系统。当声波入 射到薄板上,将激起板面振动,使板发生弯曲 变形,由于板和框架之间的磨擦,以及板本身 内的耗损,使部分声能转化为热能损耗掉。在 共振频率处,消耗声能最大,吸声系数最大其 它频率吸声系数相对较小。
Chapter 5 吸声技术
5.1 概述 5.2 多孔吸声材料 5.3 共振吸声结构 5.4 特殊吸声结构 5.5 吸声降噪
5.1 概述
吸声是噪声污染控制的一种重要手段; 利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声,这种办 法工程上称为吸声技术,简称吸声。
室内噪声的来源:


通过空气传来的直达声;
驻波管法测吸声系数的测试原理
入射波和反射波形成驻波。
4 αo 12
P max σ (驻波比) P min
Pmax为波腹的极大值;Pmin为波节的极小值
常用两种测量方法的比较
测量方法 用途 优点 缺点
混响室法
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。
试件面积大, 安装测量不 方便。
试件面积小, 安装测量方 便
驻波管法
混响室法测吸声系数与驻波管法测吸声 系数的换算:
驻波管法测吸声系数 混响室法测吸声系数
A i Si Ai
i i
例题:
已知房间的尺寸为宽45m长60m高12m, 对500赫声音平顶的吸声系数为0.3,地面 0.2,墙面0.4,在房间中央有一点发声源, 求房间对500赫声音的平均吸声系数。
3.吸声系数的测定方法
一般由实验测得,主要测量方法有混响室法 和驻波管法。 ①混响室法 将不同频率的声波以相同的概率从各个方向 入射到材料的表面,然后根据混响室内放进 吸声材料前后混响时间的变化来确定材料的 吸声系数。
Ao , A1称作吸声量
Ao S A1 S Sm Smm Ao S m m

wenku.baidu.com

Ao A1 S m m 0.161 V m Sm


1 1 T T o 0.161 1 1 V m Sm T To
1. 吸声系数
b.表示方法:
考虑到入射角度的不同 无规入射吸声系数:当声波从各个方向以相
同的概率无规则入射时测定的吸声系数 垂直入射吸声系数:当声波垂直材料表面入 射时测定的吸声系数 斜入射吸声系数:当声波沿着某特定的入射 时测定的吸声系数
2. 吸声量
表示方法:
A S
一个房间的总吸声量:
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
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
材料有允许温度,随温度的升高或降低,材料 共振吸声频率相应的向高频或低频偏移。 湿度——防水玻璃棉—离心玻璃棉可以防湿,也可 加防护面,如塑料薄膜。吸湿或吸水降低孔隙率影 响吸声性能。
振幅最大并且振速达到最大值,因而阻尼最大,消耗声能
也就最多,从而得到有效的声吸收。
单腔共振吸声体
共振吸收频率:
c S f0 2 V t
其中: S:孔颈截面积,m2 V:空腔体积,m3 t:孔深度,m δ:孔颈修正量,m t+ δ为有效颈长,对于直径为d的圆孔, δ=πd/4
穿孔板共振吸声体(多腔共振吸声体)
室内各墙壁面反射回来的混响声。
1. 吸声系数
a.定义: 材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的 比值。 E Et Ei Er 1 rI Ei Ei
当a=0时,无吸声 当a=1时,完全吸收,无声能反射
1. 吸声系数
b.表示方法:
考虑到频率特性: 平均吸声系数:
材料在125、250、500、1000、2000、 4000HZ六个倍频程的不同频率的吸声系数的 算术平均值。
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
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——指材料内部孔洞容积占材料总体积的 百分率,一般多孔材料孔隙率在50%以上,有的 达到80%~90%。 密度——指单位体积吸声材料的重量或材料容重。 孔隙率太大密度太小,或相反均不利。一般有最 适 的 吸 声 密 度 ( 或 孔 隙 率 ) 范 围 , 超细玻璃棉的密度一般为15~25Kg/m3
密度增大低中频吸声有 改善 并不是越密越好根据频 率特性选 密度增大中高频吸声性 能下降 密度低低中频吸声较差
c.材料厚度的影响
吸声材料的厚度可提高低频的吸声效果,一般材 料厚度增加吸声频率向低频方向移动,对同种材 料而言材料厚度加倍,吸声系数最大的频率向低 频方向移动一个倍频程。但对高频影响不大。然 而厚度增大,造价增大,占的体积大。 对同一种多孔性吸声材料,当容重一定时,厚度 和频率的乘积决定了吸声系数的大小。
推导:
V To 0.161 A 4m V o T 0.161 V A1 4m V
1 1 Ao A1 0.161 V To T
0.161 V Ao 4m V T o V A 4m V 0.161 1 T
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
5.2 吸声材料的基本类型
纤维状 多孔性吸声材料 颗粒状 泡沫状
吸 声 材 料
共振吸声结构
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
a.薄板共振吸声结构
改善:若在薄板与框架的交接处放置增加结构 阻尼的软质材料,如海棉条、毛毡等,或在空 腔中沿着框架四周放置一些多孔吸声材料,如 矿棉、玻璃棉等,可使薄板共振结构的吸声性 能得到明显改善。
设计时,常取薄板厚度为3-6mm,空气层厚度 30-100mm,共振频率多在80-300Hz之间,其吸 声系数为0.2-0.5,故通常用于低频吸声。
②驻波管法
所谓驻波管即能在管内形成驻波的管,主体 是一根内壁光滑而坚硬的刚性管,形状可以 是方管也可是圆管。管的横向尺寸(圆管的 直径成方管的边长)应小于最高测试频率对 应波长的二分之一, 管子的长度应大于最低测试频率对应波长的 二分之一
②驻波管法
驻波管的一端放置被测材料,从另一端向管内辐射 平面波,声波以垂直入射的方式入射到材料表面,一部 分被材料吸收,一部分反射,这样反射波与入射波在管 中叠加产生驻波,形成沿驻波管长度方向声压极大值 (波腹)与极小值(波节)的交替分布。然后利用可移 动的探管接收管中驻波声场的声压,即可通过测试仪器 测出声压级极大值与极小值,从而计算出垂直入射吸声 系数。
吸声机理:比拟为一个弹簧与质量块组成的简单振动系
统,开孔孔颈中的空气柱比拟为振动系统的质量M,空气的 空腔比作弹簧;当声波入射时,孔颈中的空气柱在声波的 作用下便象活塞一样做往复运动,与颈壁发生磨擦使声能 转变为热能而损耗,从而达到吸声的目的。当声波的频率 与共振器的固有频率一致时发生共振,这时颈中空气柱的
混响室法吸声系数测定方法的计算公式如下:
V m 0.161 Sm
1 1 T T o
式中: αm——被测材料的无规入射吸声系数; α——测量前混响室壁面的平均吸声系数; V——混响室体积(m3); Sm——吸声材料试件面积(m2); To——未放置吸声材料试件前的混响时间(s); T——放置吸声材料试件后的混响时间(s)。
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内部。
多孔性吸声材料种类:
无机纤维材料:超细玻璃棉,岩棉等 有机纤维材料:植物纤维材料,棉麻,甘蔗,木 丝,稻草等材料,有机合成纤维材料; 泡沫材料:聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氨酯等的泡 沫塑料; 颗粒吸声材料:微孔吸声砖,加气混凝土,膨胀 珍珠岩等。 吸声材料主要吸收中高频噪声,低频噪声吸声系数 相对较低。
b.薄膜共振吸声结构
膜 状 材 料
膜状材料:如皮革、人造革、 塑料薄膜等 吸声频带:
空 气 层
200-1000Hz,
吸声系数:0.3-0.4
c.穿孔板共振吸声结构
单腔共振吸声体:亥姆霍兹共振器 结构:由一个较小的颈口和一个
V
较大的封闭腔体组成,颈口和 声场空间相连。
t
d
单腔共振吸声体
常用吸声材料的使用情况
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。
在板材上以一定的孔径和 穿孔率打上孔,背后留有 t 一定厚度的空气层。
刚性壁面 V d D
几种多孔性吸声材料
吸声机理
声波投射到多孔材料表面时,部分 透入的声波在传播过程中引起孔隙内部 的空气运动,与形成孔壁的固体筋络发 生摩擦,由于空气的粘滞性和热传导效 应,部分声能转变成热能,从而使声波 的能量减小。
多孔吸声材料的吸声特性
2.影响材料吸声的因素
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
a.薄板共振吸声结构吸声特性
基于空气的体积弹性量为ρc2
假设空腔厚为D,则弹性系数
墙体 龙骨 薄板 衬垫
K
c
2
D
1 f0 2 K M
根据弹簧振子共振频率
代入得到:
1 f0 2
600 MD MD
c 2
其中: M:薄板面密度, Kg/m2 D: 空腔厚度,cm f: Hz ρ: 空气密度
吸声材料的基本要求

(1)材料必须多孔,并且相互连通的气孔要
多。 (2)吸声材料应不易虫蛀、腐朽,且不易燃 烧。 (3)吸声材料强度一般较低,应设置在墙裙 以上,以免碰撞破坏。 (4)吸声材料均匀分布在室内各个表面上, 不应只集中在天花板或墙壁的局部。
5.3 共振吸声结构
定义:利用共振原理将材料按一定的声学要 求进行设计安装,使其形成具有良好吸声性 能的吸声构件。
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