第七章机械振动与噪声

1、Chapter 7 吸声降噪 7.1 吸声材料（结构） 7.2 多孔吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 特殊吸声结构 7.5 吸声降噪 7.1 吸声材料（结构） F7.1.1 吸声材料（结构）的分类 F7.1.2 吸声性能评价量 F7.1.3 吸声系数的测量 7.1.1 吸声材料（结构）的分类 吸 声 材 料 多孔性吸声材料 共振吸声结构 特殊吸声结构 纤维材料 颗粒材料 泡沫材料 薄板共振吸声结构 薄膜共振吸声结构 空间吸声体 吸声尖劈 穿孔板共振吸声结构 微穿孔板共振吸声结构 多孔吸声材料应用 木丝吸音板 教室 会议室 写字楼 剧院 多孔吸声材料应用 珍珠岩吸音板珍珠岩吸音板 隧道高速

2、公路 多孔吸声材料应用 玻璃纤维天花板布艺吸音板 木质吸音板木质吸音板 音乐厅 变电室学术报告厅 7.1.2 吸声性能评价量吸声性能评价量 1. 吸声系数吸声系数 2. 平均吸声系数和降噪系数平均吸声系数和降噪系数 3. 吸声量吸声量 4. 声阻抗声阻抗 1. 吸声系数 材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比 值，与材料性能、声波频率以及入射方向有关。 2 11 ir Ip ii EEE rr EE 01 2. 平均吸声系数和降噪系数平均吸声系数和降噪系数 25050010002000 4 降噪系数NRC 125250500100020004000 6 平均吸声系数 3. 吸声量 表示方法：

3、 SA 房间总吸声量： () ii i AS 4.声阻抗 反映材料对声能阻抗性能的物理量（反映材料对声能阻抗性能的物理量（0 0c c） 1 () ii i i i S S 平均吸声系数： 7.1.3 吸声系数的测量(表7-2) 测量方法测量方法用途用途特点特点国家标准国家标准 驻波管法驻波管法 测量声波测量声波垂直入射垂直入射 吸声系数吸声系数。用于不。用于不 同材料吸声性能对同材料吸声性能对 比；研究比；研究 试件面积小，装置简单，试件面积小，装置简单， 测量结果精确测量结果精确 GB/T 18696.1- 2004 传递函数法传递函数法 测量声波测量声波垂直入垂直入 射吸声系数射吸声系数

4、 方便快捷，可同时测量一定方便快捷，可同时测量一定 频率范围内所有频率处材料频率范围内所有频率处材料 的复反射系数、法向声阻抗的复反射系数、法向声阻抗 率和吸声系数率和吸声系数 GB/T 18696.2- 2002 混响室法混响室法 测量声波测量声波无规入射吸无规入射吸 声系数。声系数。应用于工程应用于工程 设计、吸声降噪设计设计、吸声降噪设计 计算、材料吸声性能计算、材料吸声性能 等级评定等等级评定等 设备复杂，混响室体积设备复杂，混响室体积 大，试件面积大大，试件面积大 GB/T 20247- 2006 0 2 4 (1) s s 7.2 多孔吸声材料 F7.2.1 吸声材料构造特性 F7

5、.2.2 吸声机理 F7.2.3 影响材料吸声的因素 7.2.1 吸声材料构造特性 F材料的孔隙率要高，一般在70%以上， 多数达到90%左右； F孔隙应该尽可能细小，且均匀分布； F微孔应该是相互贯通，而不是封闭的； F微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔 内部。 7.2.2 吸声机理 7.2.3 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.材料的空气流阻（Rf） 定义：在稳定气流状态下，吸声材料两面的静压强 差与气流线速度之比。 u P R f 比流阻：指单位厚度材料的流阻。 过

6、高空气穿透力降低 过低 因摩擦力、粘滞力引 起的声能损耗降低 吸声性能下降 b.材料的孔隙率和密度 孔隙率： 材料中的空气体积与材 料的总体积的比值。 孔隙大小和结构 超细玻璃棉的最佳密度 范围为1525kg/m3 吸声系数吸声系数 5cm5cm厚超细玻璃棉的密度变化厚超细玻璃棉的密度变化 对吸声系数的影响对吸声系数的影响 频率频率/Hz/Hz 岩棉的最佳密度范围 为150200kg/m3 c.材料厚度的影响 d.材料后空气层的影响 e.材料护面层的影响 o作用： 保护吸声材料，防止污染环境。 o种类： 护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。 o要求： 要有良好的通气性。 f. 温度、湿度的影

7、响 主要种类主要种类常用材料实例常用材料实例使用情况使用情况 纤纤 维维 材材 料料 有机纤有机纤 维材料维材料 动物纤维：毛毡动物纤维：毛毡价格昂贵，使用较少。价格昂贵，使用较少。 植物纤维：麻绒、海草、椰子丝植物纤维：麻绒、海草、椰子丝防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。 无机纤无机纤 维材料维材料 玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡 吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤 维易污染环境或难以加工成制品。维易污染环境或难以加工成制品。 矿渣棉：散棉、矿棉毡矿渣棉：散棉、矿棉毡 吸声性能好

8、，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末， 污染环境施工扎手。污染环境施工扎手。 纤维材纤维材 料制品料制品 软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声 板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等 装配式加工，多用于室内吸声。装配式加工，多用于室内吸声。 颗粒颗粒 材料材料 砌块砌块矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖多用于砌筑界面较大的消声装置。多用于砌筑界面较大的消声装置。 板材板材珍珠岩吸声装饰板珍珠岩吸声装饰板质轻、不燃、保温、隔热。质轻、不燃、保温、隔热。 泡沫泡沫 材

9、料材料 泡沫泡沫 塑料塑料 聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测 其他其他 吸声型泡沫玻璃吸声型泡沫玻璃强度高强度高 、防水、不燃、耐腐蚀、防水、不燃、耐腐蚀 加气混凝土加气混凝土微孔不贯通，使用少微孔不贯通，使用少 常用多孔吸声材料的使用情况常用多孔吸声材料的使用情况 常用吸声材料的吸声系数常用吸声材料的吸声系数 材料材料 厚度厚度 cm 各种频率各种频率(Hz)下的吸声系数下的吸声系数 装置情况装置情况 125250500100020004000 1、无机材料、无机材料 吸声砖吸声砖 石膏板（花纹）

10、石膏板（花纹） 水泥蛭石板水泥蛭石板 石膏砂浆石膏砂浆 水泥珍珠岩板水泥珍珠岩板 水泥砂浆水泥砂浆 砖（清水墙面）砖（清水墙面） 6.5 4.0 2.2 5 1.7 0.05 0.03 - 0.24 0.16 0.21 0.02 0.07 0.05 0.14 0.12 0.46 0.16 0.03 0.10 0.06 0.46 0.09 0.64 0.25 0.03 0.12 0.09 0.78 0.30 0.48 0.40 0.04 0.16 0.04 0.50 0.32 0.56 0.42 0.05 - 0.06 0.60 0.83 0.56 0.48 0.05 贴实贴实 贴实贴实 墙面粉

11、刷墙面粉刷 2、木质材料、木质材料 软木板软木板 木丝板木丝板 三夹板三夹板 穿孔五夹板穿孔五夹板 木丝板木丝板 木质纤维斑木质纤维斑 2.5 3.0 0.3 0.5 0.8 1.1 0.05 0.10 0.21 0.01 0.03 0.06 0.11 0.36 0.73 0.25 0.02 0.15 0.25 0.62 0.21 0.55 0.03 0.28 0.63 0.53 0.19 0.30 0.03 0.30 0.70 0.71 0.08 0.16 0.04 0.33 0.70 0.90 0.12 0.19 - 0.31 钉钉 在在 龙龙 骨骨 上上 贴实贴实 后留后留10cm空气层

12、空气层 后留后留5cm空气层空气层 后留后留515cm空气层空气层 后留后留5cm空气层空气层 后留后留5cm空气层空气层 3、泡沫材料、泡沫材料 泡沫玻璃泡沫玻璃 脲醛泡沫塑料脲醛泡沫塑料 泡沫水泥泡沫水泥 吸声蜂窝板吸声蜂窝板 泡沫塑料泡沫塑料 4.4 5.0 2.0 - 1.0 0.11 0.22 0.18 0.27 0.03 0.32 0.29 0.05 0.12 0.06 0.52 0.40 0.22 0.42 0.12 0.44 0.68 0.48 0.86 0.41 0.52 0.95 0.22 0.48 0.85 0.33 0.94 0.32 0.30 0.67 贴实贴实 贴实

13、贴实 紧靠基层粉刷紧靠基层粉刷 4、纤维材料、纤维材料 矿棉板矿棉板 玻璃棉玻璃棉 酚醛玻璃纤维板酚醛玻璃纤维板 工业毛毡工业毛毡 3.13 5.0 8.0 3.0 0.10 0.06 0.25 0.10 0.21 0.08 0.55 0.28 0.60 0.18 0.80 0.55 0.95 0.44 0.92 0.60 0.85 0.72 0.98 0.60 0.72 0.82 0.95 0.56 贴实贴实 贴实贴实 贴实贴实 紧靠墙面粉刷紧靠墙面粉刷 7.3 共振吸声结构 F1.薄板共振吸声结构 F2. 薄膜共振吸声结构 F3.穿孔板共振吸声结构 F4.微穿孔板共振吸声结构 1.薄板吸声

14、结构 o系统共振频率： 2 0 1 2 r AA cK f D o薄板厚度：3-6mm o空气层厚度：3-10cm o吸声频带：80-300Hz o吸声系数：0.2-0.5 薄板共振吸声结构吸声原理薄板共振吸声结构吸声原理 2.薄膜吸声结构 o系统共振频率： 空 气 层 膜 状 材 料 2 0 160 2 r A A c f DD o吸声频带： 200-1000Hz， o吸声系数：0.30.4 3.穿孔板吸声结构 单孔时系统共振频率：单孔时系统共振频率： 2() r cP f D t 多孔时系统共振频率：多孔时系统共振频率： 2 24()4 r cd fd V t ， n吸声频带：低中频噪声吸

15、声频带：低中频噪声 n吸声系数：吸声系数：0.4-0.70.4-0.7 n薄板厚度：薄板厚度：2-5mm2-5mm n孔径：孔径：2-4mm2-4mm n穿孔率：穿孔率：1%-10%1%-10% n空腔深：空腔深：101025cm25cm 吸声带宽：吸声带宽： 2 4 r f fD c 22 22 P=/ 4 P=/ 2 3 dB dB 圆孔正方形排列时 圆孔等边三角形排列时 t d V =max/2 几十几十HZ200300HZ 1.空腔深度空腔深度 2.填充多孔吸声材料填充多孔吸声材料 3.不同穿孔率、空腔深度的穿孔不同穿孔率、空腔深度的穿孔 板共振吸声结构进行组合板共振吸声结构进行组合

16、例题例题1 1 o在在3mm厚的金属板上钻直径厚的金属板上钻直径 为为5mm的孔，板后空腔深的孔，板后空腔深 20cm，欲吸收频率为，欲吸收频率为200Hz 的噪声，试求三角排列的孔的噪声，试求三角排列的孔 中心距。中心距。 2() r cP f D t 由由 可得可得 P=2% 由由 22 P=/ 2 3dB 可得可得 B=34mm 例题例题2 2 o穿孔板厚穿孔板厚4mm4mm，孔径，孔径8mm8mm， 穿孔按正方形排列，孔距穿孔按正方形排列，孔距 20mm20mm，穿孔板后留有，穿孔板后留有10cm10cm 深的空腔，试求穿孔率和深的空腔，试求穿孔率和 共振频率。共振频率。 2() 34

17、00.126 3.14 2 3.14 0.1 (0.0040.008) 4 600 r cP f D t Hz 22 P=/ 4 12.6% dB 穿孔率 例题例题3 3 o某车间内，设备噪声的频率某车间内，设备噪声的频率 特性在特性在500Hz500Hz附近出现一峰值，附近出现一峰值， 现使用现使用4mm4mm厚的三夹板制成穿厚的三夹板制成穿 孔板共振吸声结构，空腔深孔板共振吸声结构，空腔深 度允许有度允许有10cm10cm，试设计结构，试设计结构 的其他参数。的其他参数。 设计孔径设计孔径d=3mm 2() r cP f D t 根据根据 可得可得 P=5.4% 22 22 P=/ 4()

18、 P=/ 2 3 dB dB 正方形排列 （等边三角形排列） 根据根据 11() 12 Bmm Bmm 正方形排列 （等边三角形排列） 可得可得 4.微穿孔板吸声结构 特点： o吸声频带较宽； o可用于高温、潮湿、腐蚀性气体或高速气流等其 它材料及结构不适合的环境中； o结构简单，吸声结构的理论计算与实测值接近。 微穿孔板结构：板厚1.0mm;穿孔率1%5%; 孔径1.0mm;空气层520cm 7.4 特殊吸声结构 o7.4.1 空间吸声体 o7.4.2 吸声尖劈 7.4.1 空间吸声体 o特点： o悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料； o便于安装，装拆灵活。 7.4.2 吸声尖劈 7.4.2

19、 吸声尖劈 7.5 室内声场和吸声降噪 F7.5.1 室内声场 F7.5.2 吸声降噪 F7.5.3 吸声降噪的设计原则和程序 扩散声场： 房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波 从各个方向传来的概率相等，相位无规，这样的声场叫 扩散声场。 室内声场 直达声场 混响声场 7.5.1.室内声场 距点声源 r 处的声强为 2 2 2 22 4 4 dd d d cR W pcI r pR W D cr c 2 4 d R W I r 距点声源 r 处的声能密度及声压为： a.a.直达声场直达声场 2 0 22222 00000 0 2 00 10lg10lg10lg10lg 444 10

20、lg10lg 4 pd d pcRWRWRWW L pr pr Ir I W RWW Wr I 2 10lg 4 pdW R LL r 自由程：声波每相邻两次反射所经过的路程称作自由程。 平均自由程：许多次反射之间声波传播距离的平均值。 4V d S 平均自由程 cS V c d4 声波传播一个自由程所需的时间为： 单位时间内平均反射次数为： V cS n 4 1 b.b.混响声场混响声场 单位时间内壁面吸收的声能为： V cS VDnVD rr 4 单位时间声源向室内贡献的混响声为： )1 (W 单位时间内壁面吸收的声能为： V cS VDnVD rr 4 稳态时： V cS VDW r 4

21、 )1 ( cS W Dr )1 (4 1 S R 设： 4 r W D cR 则 混响声场中的声压为： R cW pr 4 2 相应声压级为： 2 22 000 44 10lg10lg10lg r r p pcWW L pRpRI 0 000 44 10lg10lg10lg WWW RI WWR R LL Wpr 4 lg10 1 S R c.总声场总声场 2 4 4 dr WRW DDD r ccR 222 2 4 4 dr R pppcW rR 2 4 10lg 4 pW R LL rR 1 S R 混响半径 0.14 c rR R 直达声与混响声声能相等时的距离称为临界距离（半径）。

22、2 4 4 R rR R=1时的临界距离称为混响半径。 意义： 当受声点与声源的距离小于临界半径时，吸声处理的降噪 效果不大；当受声点与声源的距离大于临界半径时，吸声 处理才有明显的效果。 混响时间计算公式混响时间计算公式适用场合适用场合 C.F. Eyring 公式公式 用于小空间房间（视听室、演用于小空间房间（视听室、演 播室）播室） Sabine公式公式 （1）适用于吸声量不大的房）适用于吸声量不大的房 间（间（0.2）；）； （2）用于近似计算）用于近似计算 Eyring-Millington 公式公式 用于大空间厅堂（如音乐厅、用于大空间厅堂（如音乐厅、 礼堂、体育馆、影剧院）礼堂、

23、体育馆、影剧院） （0.2） S V A V T 161. 0161. 0 60 )1ln( 161. 0 60 S V T mVS V T 4)1ln( 161. 0 60 mVS V T 4 161. 0 60 4.室内声衰减和混响时间室内声衰减和混响时间 在扩散声场中，声源停止发声后 声压级下降60dB所需时间，反映 室内声能量衰减的快慢程度 房间类型房间类型T60（s） 音乐厅音乐厅1.52.1 歌剧院歌剧院1.21.6 多功能厅多功能厅1.21.5 话剧院、会堂话剧院、会堂0.91.3 普通电影院普通电影院1.01.2 立体声电影院立体声电影院0.650.9 体育馆（多功能）体育馆（

24、多功能）2.0 音乐录音室音乐录音室1.21.6 房间类型房间类型T60（s） 强吸声录音室强吸声录音室0.40.6 电视演播室电视演播室 语言语言0.50.7 电视演播室电视演播室 音乐音乐0.61.0 电影同期录音棚电影同期录音棚0.40.8 语言录音室、电话会议室语言录音室、电话会议室0.30.4 琴室琴室0.40.6 教室、讲演室教室、讲演室0.81.0 视听教室视听教室 语言语言0.40.8 视听教室视听教室 音乐音乐0.61.0 混响时间推荐值（混响时间推荐值（500Hz500Hz与与1000Hz1000Hz平均值）平均值） 7.5.2 吸声降噪吸声降噪 设R1、R2分别为室内设置

25、吸声装置前后的房间常数，则 距声源r处相应的声压级分别为: 1 2 1 4 10lg() 4 pw R LL rR 2 2 2 4 10lg() 4 pw R LL rR 21 2 2 2 1 4 4 10lg 4 4 ppp R rR LLL R rR n当受声点离声源较近时，降噪量很小。 n当受声点离声源较远时（混响半径以外），降噪量可 简化为： 12 21 1 2 )1 ( )1 ( lg10lg10 12 R R LLL ppp 如果房间内吸声系数较小，上式可简化为： 1 2 lg10 p L 由于： 2 1 1 2 lg10lg10 T T Lp S V A V T 161. 016

26、1. 0 60 2/1 或T1/T2 1234568102040 降噪量 （dB） 0356789101316 吸声计算常用公式 1. ii i S S 平均吸声系数： 2 4 2.10lg 4 pW R LL rR 室内总声压级： 1 S R 房间常数： 60 0.1610.161 3. ln(1) VV T SS 混响时间： 12 21 21 12 1 4.10lg 1 10lg10lg p p L T L T （ - ） 吸声降噪量： （ -） 近似计算公式： 7.5.3 吸声降噪的设计原则和程序 总原则：总原则： 应先对声源进行隔声、消声等处理，当噪声源不宜采用隔声措施，或采用了隔声手

27、段应先对声源进行隔声、消声等处理，当噪声源不宜采用隔声措施，或采用了隔声手段后仍后仍不不 能达到噪声的标准时，可采能达到噪声的标准时，可采用吸声处理用吸声处理来作为辅助手段。来作为辅助手段。 基本原则：基本原则： 1.房间的平均吸声系数很小时，吸声降噪才有较好效果；房间的平均吸声系数很小时，吸声降噪才有较好效果； 2.根据噪声的频率特性选择吸声材料或结构，多孔吸声材料对中高频噪声具有较好的降噪效根据噪声的频率特性选择吸声材料或结构，多孔吸声材料对中高频噪声具有较好的降噪效 果，共振吸声结构对于中低频具有较好的降噪效果；果，共振吸声结构对于中低频具有较好的降噪效果； 3.车间面积较大时宜采用空间

28、吸声体，平顶吸声处理；车间面积较大时宜采用空间吸声体，平顶吸声处理； 4.声源集中在局部区域时，宜采用局部吸声处理，并同时设置隔声屏障；声源集中在局部区域时，宜采用局部吸声处理，并同时设置隔声屏障； 5.噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理； 6.选择吸声材料时，要充分考虑防潮、防火、防尘、耐腐蚀等方面的要求，安装时应考虑采选择吸声材料时，要充分考虑防潮、防火、防尘、耐腐蚀等方面的要求，安装时应考虑采 光、通风、照明及装饰等方面的功能要求。光、通风、照明及装饰等方面的功能要求。 吸声降噪设计程序吸声降噪设计程序 实测或预测房间内的噪声级和频谱

29、特性实测或预测房间内的噪声级和频谱特性 确定房间的吸声降噪量确定房间的吸声降噪量 确定各频带所需的吸声降噪量确定各频带所需的吸声降噪量 测量或估算房间内原房间常数或平均吸声系数，测量或估算房间内原房间常数或平均吸声系数， 求出处理后应有的房间常数或平均吸声系数求出处理后应有的房间常数或平均吸声系数 选定吸声材料或吸声结构选定吸声材料或吸声结构 确定吸声降噪处理的面积和安装方式确定吸声降噪处理的面积和安装方式 计算实例计算实例 某房间尺寸为某房间尺寸为14m14m10m10m3m3m，内装有一鼓风机，位于，内装有一鼓风机，位于10m10m3m3m墙壁的中心部墙壁的中心部 位，测得房间在各个倍频程

30、中心频率处的平均吸声系数列于下表中。要求距位，测得房间在各个倍频程中心频率处的平均吸声系数列于下表中。要求距 该鼓风机该鼓风机7m7m处符合处符合NR-50NR-50曲线，试对房间的内壁进行吸声处理。曲线，试对房间的内壁进行吸声处理。 倍频程中心频率/Hz 说明 125250500100020004000 距空调距空调7m处倍频带声压级处倍频带声压级/dB606263595754 处理前房间混响时间处理前房间混响时间/s 处理前房间平均吸声系数处理前房间平均吸声系数0.060.070.080.090.10.13 次次 序序项项 目目 倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz 125125250250500500100010002000200040004000 1 1 距噪声源距噪声源7m7m处倍频程声压级处倍频程声压级/dB/dB 606062626363595957575454 2 2 噪声允许值噪声允许值/dB NR-50/