第二章-第四节噪声控制技术——吸声PPT课件

.,1,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,.,2,第二章噪声污染及其控制,第四节噪声控制技术吸声,.,3,第二章噪声污染及其控制,第四节噪声控制技术吸声,.,4,(一)吸声系数,(二)吸声量,(二)多孔吸声材料,.,5,吸声材料：能吸收消耗一定声能的材料。吸声系数：材料吸收的声能（）与入射到材料上的总声能()之比，即(2-107),(一)吸声系数,【讨论】：表示材料吸声能力的大小，值在01之间，值愈大，材料的吸声性能愈好；0，声波完全反射，材料不吸声；1，声能全部被吸收。,.,6,吸声系数的影响因素,材料的结构,使用条件,声波频率,.,7,【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、250Hz、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。,.,8,【入射吸声系数】工程设计中常用的吸声系数有混响室法吸声系数(无规入射吸声系数)驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数)应用：测量材料的垂直入射吸声系数，按表2-11，将换算为无规入射吸声系数。,表2-11与的换算关系,.,9,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。,混响室法吸声系数(无规入射吸声系数),.,10,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。,驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数),.,11,(一)吸声系数,(二)吸声量,(二)多孔吸声材料,.,12,定义：吸声系数与吸声面积的乘积(2-108)式中：吸声量，m2；某频率声波的吸声系数；吸声面积，m2。,(二)吸声量（等效吸声面积）,【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。,.,13,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(2-109)式中：第种材料组成的壁面的吸声量，m2；第种材料组成的壁面的面积，m2；第种材料在某频率下的吸声系数。,(二)吸声量（等效吸声面积）,.,14,(一)吸声系数,(二)吸声量,(三)多孔吸声材料,.,15,.,16,铝纤维吸音棉,吸音棉,聚酯纤维吸音板,.,17,.,18,.,19,金字塔吸音棉,.,20,.,21,2.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。,.,22,吸声性能的影响因素,厚度,空腔,使用环境,护面层,.,23,厚度对吸声性能的影响,图2-15不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数,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25cm厚的成形吸声板；对低频吸声要求较高时，则采用厚度为510cm的吸声板。,同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频率向低频方向近似移动一个倍频程,由实验测试可知：,厚度越大，低频时吸声系数越大；2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；增加厚度，可提高低频声的吸收效果，对高频声效果不大。,.,24,孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。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。,孔隙率与密度,【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。,.,25,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。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。,.,26,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。,空腔对吸声性能的影响,图2-16背后空气层厚度对吸声性能的影响,0.6,.,27,空腔对吸声性能的影响,.,28,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510cm。天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较大的距离。,空腔对吸声性能的影响,.,29,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。,4,护面层对吸声性能的影响,.,30,温度,湿度,气流,温度引起声速、波长及空气黏滞性变化，影响材料吸声性能。温度升高，吸声性能向高频方向移动；温度降低则向低频方向移动。,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。,空气湿度引起多孔材料含水率变化。湿度增大，孔隙吸水量增加，堵塞细孔，吸声系数下降，先从高频开始。湿度较大环境应选用耐潮吸声材料。,.,31,第二章噪声污染及其控制,第四节噪声控制技术吸声,.,32,吸声处理中常采用吸声结构。,(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,吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理,常用的吸声结构,.,33,图2-17薄板共振吸声结构示意图,(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,入射声波,薄金属板、胶合板、硬质纤维板、石膏板等,.,34,.,35,薄板共振吸声结构的共振频率式中：板的面密度，kgm2，其中m为板密度，kg/m3，t为板厚,m；板后空气层厚度，。,【讨论】增大或增加，共振频率下降。通常取薄板厚度36mm，空气层厚度310mm，共振频率多在80300Hz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0.20.5。,(2-110),.,36,改善薄板共振吸声性能的措施：,在薄板结构边缘（板-龙骨交接处）放置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。,在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如矿棉、玻璃棉等。,采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频带。,.,37,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)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,.,38,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。,(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。,.,39,又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单腔共振吸声器,入射声波,结构：,1.单腔共振吸声结构,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。,图2-18单腔共振吸声结构示意图,原理：入射声波激发孔颈中空气柱往复运动，与颈壁摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。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。,.,40,.,41,单腔共振体的共振频率式中声波速度，m/s；小孔截面积，m2；空腔体积，m3；小孔有效颈长，m，若小孔为圆形则有式中颈的实际长度(即板厚度)，m；颈口的直径，m。空腔内壁贴多孔材料时，有,(2-121),【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。,改变孔颈尺寸或空腔体积，可得不同共振频率的共振器，而与小孔和空腔的形状无关。,.,42,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。,图2-19穿孔板共振吸声结构,小孔或狭缝,空气层,刚性壁,框架,2.多孔穿孔板共振吸声结构,.,43,多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率式中：声波速度，m/s；小孔截面积，m2；每一共振单元所分占薄板的面积，m2；空腔深度，m；小孔有效颈长，m；穿孔率，=/。,(2-112),.,44,穿孔率正方形排列：三角形排列：平行狭缝：以上各式中，为孔间距，为孔径。,.,45,【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213mm，孔径为210mm，孔间距为10100mm，板后空气层厚度为6100mm时，则共振频率为100400Hz，吸声系数为0.20.5。当产生共振时，吸声系数可达0.7以上。,.,46,吸声带宽：设在共振频率处的最大吸声系数为，则在左右能保持吸声系数为/2的频带宽度。穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十赫兹到200、300Hz。吸声系数0.5的频带宽度可按式估算（2-113）式中：共振频率，Hz；共振频率对应的波长，cm；空腔深度，m。,【讨论】由式（2-113）知，多孔穿孔板共振吸声结构的吸声带宽和腔深有很大关系，而腔深又影响共振频率的大小，故需合理选择腔深。,.,47,改善多孔穿孔板共振吸声性能的措施：,为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法：组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小段频带，使总的吸声频带变宽；在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材料距板的距离视空腔深度而定；穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以改善频谱特性；在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增加孔颈摩擦。,.,48,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。介绍常用的吸声结构,(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,.,49,结构特征：厚度小于1mm的金属薄板上穿孔，孔径小于1mm、穿孔率1%5%，安装方法同薄板共振吸声结构,后部留有一定厚度的空气层，起到共振薄板的作用。空气层内不填任何吸声材料。常用的是单层或双层微穿孔板。,(三)微穿孔板吸声结构,薄板常用铝板或钢板制作，因板特别薄、孔特别小，为与一般穿孔板共振吸声结构相区别，故称为微穿孔板吸声结构。,图2-20单层、双层微穿孔板吸声结构示意图,20世纪60年代我国著名声学专家马大猷教授研制。,.,50,优点：克服了穿孔板共振吸声结构吸声频带较窄的缺点。吸声系数大；吸声频带宽；成本低、构造简单；设计计算理论成熟。耐高温、耐腐蚀，不怕潮湿和冲击，甚至可承受短暂的火焰，适用环境广泛，包括一般高速气流管道中。缺点：孔径太小，易堵塞，宜用于清洁场所。,.,51,设计要求：利用空腔深度控制共振频率，腔愈深，共振频率愈低。吸声系数可达0.9以上；吸声频带宽可达45个倍频程以上。采用双层与多层微孔板、或减小微穿孔板孔径，或提高穿孔率可增大吸声系数，展宽吸声带宽，孔径多选0.51.0mm，穿孔率多以1%3%为好。双层微穿孔板的间距：吸收低频声波，距离要大些，一般控制在2030mm范围内；吸收中、高频声波，距离可减小到10mm甚至更小。,.,52,SJ-TV型微穿孔板消声器结构示意图,.,53,4.6吸声在建筑声学中的应用举例4.6.1室内音质的控制玻璃棉产品可以制成吊顶板、贴墙板、空间吸声体等，在建筑室内起到吸声作用，降低混响时间。一般地，房间体积越大，混响时间越长，语言清晰度越差，为了保证语言清晰度，需要在室内做吸声，控制混响时间。如礼堂、教室、体育场，电影院。对音乐用建筑，为了保证一定丰满度，混响时间要比较长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。在厅堂建筑中，为了防止回声、声反馈、声聚焦等声学缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面及局部使用吸声。,.,54,.,55,4.6吸声在建筑声学中的应用举例4.6.2吸声降噪在车间、厂房、大的开敞式空间（机场大厅、办公室、展厅等），由于混响声的原因，会使噪声比之同样声源在室外高10-15dB。，通过在室内布置吸声材料，可以使混响声被吸掉，降低室内噪声。吸声降噪最多可以获得10-15dB的降噪量。降噪量=10lg(A0/A1),未加入吸声材料时室内吸声量越少，加入吸声材料后室内吸声量越多，降噪效果越好。,.,56,第二章噪声污染及其控制,第四节噪声控制技术吸声,.,57,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量的计算,.,58,室内声场按声场性质分为：直达声场：由声源直接到达听者，是自由声场；混响声场：经过壁面一次或多次反射。扩散声场：声能密度处处相等，声波在任一受声点上各个传播方向做无规分布的声场。是一种理想声场，为简化讨论，以下的基本概念和公式都建立在室内扩散声场的基础上。,(一)室内声场,1.室内声场的衰减,2.混响时间,.,59,1.室内声场的衰减,平均自由程,单位时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的平均值（2-115）式中：平均自由程，m；房间容积，m3；室内总表面积，m2声音在空气中的声速为c，则声波每秒平均反射次数n=c/d，即(2-116),平均吸声系数,设室内各反射面面积分别为S1、S2、Sn，吸声系数为1、2、n，则室内表面的平均吸声系数为（2-114）,.,60,室内声场经12s即接近稳态（图2-21左侧曲线）若声源停止，声音消失需要一个过程：首先直达声消失，混响声逐渐减弱，直到完全消失（图2-21右侧曲线）。,.,61,假设只考虑室内壁面与空气的吸收，则经t秒后，室内声能密度为式中：初始声能密度，(ws)m3；吸声系数；房间容积，m3；室内总表面积，m2；声速，s/m；经过时间，s；声波经t时间传播的距离，m；空气衰减系数，m-1；为声波在空气中每传播100m衰减的分贝数。,(2-119),.,62,定义：室内声场达到稳态后，声源立即停止发声，室内声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级衰减60dB所需要的时间，记作，单位秒（s）。计算公式赛宾（W.C.Sabine）公式意义：表示由于室内混响现象，室内声场的声能在声源停止发声后衰减的快慢。,(2-131),2.混响时间,房间一定，吸声量,愈大，愈小。通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的最佳，使室内音质达到良好。,【讨论】,.,63,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量计算,.,64,(二)室内声压级,1.直达声场,在室内，当声源的声功率恒定时，单位时间内在某接收点处获得的直达声能是恒定的。一个各向发射均匀的点声源，声强I=W/4r2，声能密度与声强的关系为所以对于指向性因数为的声源，在距声源中心r处的直达声声能密度为,(2-122),.,65,(二)室内声压级,2.混响声场,声源辐射的声能经第一次吸收后，剩者为混响声，单位时间内声源向室内提供的混响声能为。因声功率恒定，故混响声能也恒定。壁面吸声仅吸收混响声，设室内声场达稳态时，平均混响声能密度为，声波每碰撞壁面一次，吸收的混响声能则为，每秒钟内碰撞n次，吸收的则为。因室内声场达稳态时，每秒钟由声源提供的混响声能等于被吸收的混响声能，所以即令平均声能密度,(2-124),房间常数，m2。室内吸声状况愈好，值愈大。,.,66,(二)室内声压级,.,67,(二)室内声压级,3.室内总声场,室内某点的声压级为,(2-128),【讨论】,括号内第一项来自直达声。表达了直达声场对该点声压级的影响，r愈大，该项值愈小，即距声源愈远，直达声愈小；第二项来自混响声。当r较小，即接受点离声源很近时，室内声场以直达声为主，混响声可忽略；反之,则以混响声为主，直达声忽略不计，此时声压与r无关。当时，直达声与混响声声能密度相等，r称为临界半径(Q=1时的临界半径又称为混响半径)，记为。,.,68,(二)室内声压级,3.室内总声场,临界半径为,(2-129),临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。房间内吸声状况愈好，声源指向性愈强，临界半径则愈大，在声源周围较大范围内可近似地视为自由声场；反之房间内大部分范围可视为混响声场。,【讨论】,.,69,【例2-6】设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz的声功率级为90dB，同频带下的房间常数为50m2，求距声源10m处之声压级Lp。,解：(1)由声源位置可得其室内指向性因数Q=2。(2)由图2-22下部Q2与r10m两线的交点A作垂线(虚线)，与50m2的曲线交于B点，由B向左方作水平线与纵轴相交，从而确定相对声压级，即-11dB。(3)计算距声源10m处之声压级为,.,70,将式（2-128）中各参量绘制成图2-22，可以简便地确定出室内距声源r处的某点稳态声压级Lp。,.,71,(一)室内声场,(二)室内声压级,(三)吸声降噪量的计算,.,72,设吸声降噪前后室内平均吸声系数分别为和；吸声量分别为和；混响时间分别为和，则吸声降噪效果为或,(2-133),(三)吸声降噪量计算,混响时间可测，式（2-133）计算吸声降噪量，免除了计算吸声系数的麻烦和不准确,(2-132),.,73,【例2-7】尺寸为14m10m3m，体积为420m3，面积为424m2的控制室内有一台空调，安装在10m3m墙壁的中心部位，试通过设计计算使距噪声源7m处符合NR-50曲线。,解：设计计算步骤见表2-12,表2-12设计计算步骤,.,74,计算步骤说明如下：记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等；在表的第一行记录噪声的倍频程声压级测量值；在表的第二行记录NR-50的各个倍频程声压级；对各个倍频程声压级由第一行减去第二行，出现负值时记0；混响时间的测量值记录在第四行，并由式（2-121）计算出平均吸声系数，并记录在第五行；用式（2-132）计算出，记录在第六行；参考各种材料的吸声系数，使平均吸声系数达到第六行所列的以上，然后选材确定控制室各部分的装修。,.,75,【例2-8】某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构