第二章第四节噪声控制技术——吸声08-11-04

1、第四节 噪声控制技术吸声n吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。n通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技 术称为吸声。术称为吸声。n一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低 约约3 35dB5dB（A A），使噪声严重的车间降噪），使噪声严重的车间降噪6 6 10dB10dB（A A）。）。 第四节 噪声控制技术吸声一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二一一 ( (一一) ) 吸声系数吸声系数 ( (二二) ) 吸声量吸声量 ( (二二) ) 多孔吸声材料多孔吸声材料 ( (一一) ) 吸声系数

2、吸声系数 aiEEaEiE【讨论讨论】： 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。材料的结构使用条件使用条件声波频率声波频率材料的性质声波入射角度声波入射角度T000T0.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.70.80.80.90.90.250.250.400.400.500.500.600.600.750.750.850.850.900.900.980.981 10T0T 混响室法吸声系数混响室法吸声系数( (无规入射吸声系数无规入射吸声系数) ) 驻波管法吸声系数驻

3、波管法吸声系数( (垂直入射吸声系数垂直入射吸声系数) ) 一一 ( (一一) ) 吸声系数吸声系数 ( (二二) ) 吸声量吸声量 ( (二二) ) 多孔吸声材料多孔吸声材料 ( (二二) ) 吸声量（吸声量（等效吸声面积等效吸声面积） ASAS【注注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。 ( (二二) ) 吸声量（吸声量（等效吸声面积等效吸声面积） 11nniiiiiAASiAiiSiii一一 ( (一一) ) 吸声系数吸声系数 ( (二二) ) 吸声量吸声量 ( (三三) ) 多孔吸声材料多孔吸声材料 多孔吸声材料多孔吸声材料 n多孔吸声材料是目前应用最广泛的吸声材料。多孔吸

4、声材料是目前应用最广泛的吸声材料。n最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主；蔗渣等天然动植物纤维为主；n目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。n吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或黏结成毡状或板状。或黏结成毡状或板状。 1 1 吸声原理吸声原理 n声波入射到多孔吸声材料的表面时，部声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波被反射，部分声波透入材料内部微分声波被反射，部分声波透入材料内部微孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空孔内，激发孔内空气与筋

5、络发生振动，空气与筋络之间的气与筋络之间的摩擦阻力摩擦阻力使声能不断转化使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的为热能而消耗；空气与筋络之间的热交换热交换也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。 2.2.吸声特性及影响因素吸声特性及影响因素 特性特性: :高频声吸收效果好，低频声吸收效高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。果差。原因原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的：低频声波激发微孔内空气与筋络的 相对运动少，相对运动少， 摩擦损小，摩擦损小， 因而声能损失因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以声能

6、较多。所以多孔吸收材料常用于高、多孔吸收材料常用于高、中频噪声的吸收。中频噪声的吸收。 厚度孔隙率与密度空腔空腔 使用环境使用环境护面层护面层 厚度对吸声性能的影响 图图2-15 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频同种材料，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率向低频方向近似移动一个倍频程 由实验测试可知：由实验测试可知：厚度越大，低频时吸声系数越大；厚度越大，低频时吸声系数越大；2000Hz2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；，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，增加厚度，可提高低频声的吸收

7、效果，对高频声效果不大。对高频声效果不大。孔隙率与密度【讨论讨论】密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。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。频吸收会有所下降。空腔对吸声性能的影响 图图2-16 背后空气层厚度对吸声性能的影响背后空气层厚度对吸声性能的影响 0.60.6空腔对吸声性能的影响 护面层护面层对吸声性能的影响对吸声性能的影响 温度温度湿度湿度气流气流 使用环境使用环境对吸声性能的影响对

8、吸声性能的影响 l温度引起声速、波长温度引起声速、波长及空气黏滞性变化，及空气黏滞性变化，影响材料吸声性能。影响材料吸声性能。l温度升高，吸声性能温度升高，吸声性能向高频方向移动；向高频方向移动；l温度降低则向低频方温度降低则向低频方向移动。向移动。 l通风管道和消声器内通风管道和消声器内 气流易吹散多孔材料，气流易吹散多孔材料， 吸声效果下降。吸声效果下降。l飞散的材料会堵塞管飞散的材料会堵塞管 道，损坏风机叶片。道，损坏风机叶片。l应根据气流速度大小应根据气流速度大小选择一层或多层不同选择一层或多层不同的护面层。的护面层。l空气湿度引起多孔材空气湿度引起多孔材料含水率变化。料含水率变化。l

9、湿度增大，孔隙吸水量湿度增大，孔隙吸水量增加，堵塞细孔，吸声系增加，堵塞细孔，吸声系数下降，数下降，先从高频开始。先从高频开始。l湿度较大环境应选用耐湿度较大环境应选用耐潮吸声材料。潮吸声材料。 第四节 噪声控制技术吸声一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二 吸声结构二二 ( (一一) )薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 ( (二二) )穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 ( (三三) )微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 n吸声结构机理：吸声结构机理：亥姆霍兹亥姆霍兹共振吸声原理共振吸声原理n常用的吸声结构常用的吸声结构图图2-17 2-17 薄板共振吸声结构示意图薄板共振吸声结构示意图 ( (

10、一一) )薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 空气层空气层龙骨龙骨龙骨龙骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁面刚性壁面入射声波薄金属板、胶合板、硬质纤维板、石膏板等 【讨论讨论】 增大或增大或 增加，共振频率下降。增加，共振频率下降。n 通常取薄板厚度通常取薄板厚度3 36mm6mm，空气层厚度，空气层厚度3 310mm10mm，共振，共振频率多在频率多在8080300Hz300Hz之间，故一般用于低频吸声。之间，故一般用于低频吸声。n 吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.20.20.50.5。MD(2-110)0600fMDMDMmt空气层空气层龙骨龙骨龙

11、骨龙骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁面刚性壁面在薄板结构边缘（板在薄板结构边缘（板- -龙骨龙骨交接处）放置能增加结构阻交接处）放置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。增大吸声系数。采用组合不同单元或不同腔采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频高频声的板材，拓宽吸声频带。带。 吸声结构二二 ( (一一) )薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 ( (二二) )穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构

12、 ( (三三) )微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 ( (二二) )穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 n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。入射声波入射声波n结构：1.1.单腔共振吸声结构单腔共振吸声结构图图2-18 单腔共振吸声结构示意图单腔共振吸声结构示意图 n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。02KcSfVl(2-121)【讨论讨论】单腔共振吸声结构使用很少，单腔共振吸声结构使

13、用很少，是其他穿孔板共振吸声结构的基础。是其他穿孔板共振吸声结构的基础。0.84Klldld 1.2Klld ldcSVKl图图2-19 2-19 穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构小孔或狭缝小孔或狭缝空气层空气层刚性壁刚性壁框架框架2.2.多孔穿孔板共振吸声结构多孔穿孔板共振吸声结构 (2-112)(2-112)cSKl022KKcScPfFhlhlhFPPSF24dPB22 3dPBdPBBd【讨论讨论】由式（由式（2-1132-113）知，多孔穿孔板共振吸声结构的吸）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，故声带宽和腔深有很大关系，而腔深又影响

14、共振频率的大小，故需合理选择腔深。需合理选择腔深。0f0f004ffh 0f0h为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法：为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法：n组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小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；段频带，使总的吸声频带变宽；n在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材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；料距板的距离视空腔深度而定；n穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；n采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以采用不同穿孔率、

15、不同腔深的多层穿孔板结构，以 改善频谱特性；改善频谱特性；n在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增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。加孔颈摩擦。 吸声结构二二 ( (一一) )薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 ( (二二) )穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 ( (三三) )微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 ( (三三) )微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 n薄板常用铝板或钢板制薄板常用铝板或钢板制作，因板特别薄、孔特作，因板特别薄、孔特别小，为与一般穿孔板别小，为与一般穿孔板共振吸声结构相区别，共振吸声结构相区别，故称为微穿孔板吸声结故称为微穿孔板吸声结构。

16、构。图图2-20 2-20 单层、双层微穿孔板吸声结构示意图单层、双层微穿孔板吸声结构示意图 2020世纪世纪6060年代我国著名年代我国著名声学专家马大猷教授研制。声学专家马大猷教授研制。讨 论1讨 论2SJ-TVSJ-TV型微穿孔板消声器结构示意图型微穿孔板消声器结构示意图第四节 噪声控制技术吸声一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二室内吸声降噪三三 ( (一一) )室内声场室内声场 ( (二二) )室内声压级室内声压级 ( (三三) )吸声降噪量的计算吸声降噪量的计算 ( (一一) )室内声场室内声场 平均自由程平均自由程单位时间内，室内声波经单位时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的相邻

17、两次反射间的路程的平均值平均值 （2-1152-115）式中：式中： 平均自由程，平均自由程，m m； 房间容积，房间容积，m m3 3； 室内总表面积，室内总表面积，m m2 2声音在空气中的声速为声音在空气中的声速为c c，则声，则声波每秒平均反射次数波每秒平均反射次数n=c/dn=c/d，即，即 (2-116)(2-116) 平均吸声系数平均吸声系数 设室内各反射面面积分设室内各反射面面积分别为别为 S S1 1、S S2 2、 S Sn n， 吸吸声系数为声系数为1 1、2 2、n n ，则室内表面的平均，则室内表面的平均吸声系数吸声系数 为为 （2-1142-114）11niiini

18、iSS4VdSdVSVcSn4n 室内声场经室内声场经1 12s2s即接近稳态（图即接近稳态（图2-212-21左侧曲线）左侧曲线）n 若声源停止，声音消失需要一个过程：首先直达声若声源停止，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（图消失，混响声逐渐减弱，直到完全消失（图2-212-21右侧右侧曲线）。曲线）。图图2-21 室内吸收不同对声音衰减的影响室内吸收不同对声音衰减的影响增长增长稳态稳态衰减（混响过程）衰减（混响过程）a-吸声差吸声差b-吸声中等吸声中等c-吸声好吸声好(2-119)(2-119)4(1)cStxtVtDDetD434.3SDVctx600.

19、161VTS(2-131)60Tn房间房间 一定，一定，吸声量吸声量 , , 愈大，愈大， 愈小。愈小。n通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的最最佳佳 ，使室内音质达到良好。，使室内音质达到良好。ASA60T60TV【讨论讨论】室内吸声降噪三三 ( (一一) )室内声场室内声场 ( (二二) )室内声压级室内声压级 ( (三三) )吸声降噪量计算吸声降噪量计算 ( (二二) )室内声压级室内声压级 p在室内，当声源的声功率恒定时，单位时间内在在室内，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。某接收点处获得的直达

20、声能是恒定的。p一个各向发射均匀的点声源，声强一个各向发射均匀的点声源，声强I=W/4I=W/4rr2 2， 声能密度与声强的关系为声能密度与声强的关系为 p所以对于指向性因数为所以对于指向性因数为 的声源，在距声源中心的声源，在距声源中心 r r处的直达声声能密度为处的直达声声能密度为 24dWQDr c(2-122)(2-122) cID Q ( (二二) )室内声压级室内声压级 p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室内提供的混响声能为 。因声功率恒定，故混响声能也恒定。因声功率恒定

21、，故混响声能也恒定。p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，声波每碰撞壁面一次，吸收的混响声能则为 ，每秒钟内碰，每秒钟内碰 撞撞n n次，吸收的则为次，吸收的则为 。因室内声场达稳态时，每秒钟由声源。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，所以提供的混响声能等于被吸收的混响声能，所以 即即 令令p 平均声能密度平均声能密度(2-124)(2-124) r4rWDcR 房间常数，房间常数，m m2 2。室内吸声状况愈好，值愈大。室内吸声状况

22、愈好，值愈大。 rR)1 (WrDrD V4rcSD VV(1)4rcSD VWV4(1)rWDcS1SRr ( (二二) )室内声压级室内声压级 p室内某点的声压级为室内某点的声压级为 (2-128) 2410lg()4PWrQLLrRp指向性因数取决于声源的指向性和在室内的位置指向性因数取决于声源的指向性和在室内的位置p Q=1Q=1，点声源放置在房间中心；，点声源放置在房间中心；p Q=2Q=2，声源放在地面或墙面中间；，声源放在地面或墙面中间；p Q=4Q=4，声源放在两墙面或墙面与地面的交线上；，声源放在两墙面或墙面与地面的交线上；p Q=8Q=8，在三面墙的交点上。，在三面墙的交点

23、上。 ( (二二) )室内声压级室内声压级 p室内某点的声压级为室内某点的声压级为 (2-128) 2410lg()4PWrQLLrR【讨论讨论】p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，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 r愈大，愈大， 该项值愈小，即距声源愈远，直达声愈小；该项值愈小，即距声源愈远，直达声愈小；p第二项来自混响声。当第二项来自混响声。当r r较小，即接受点离声源很近时，较小，即接受点离声源很近时， ，室内声，室内声 场以直达声为主，混响声可忽略；反之场以直达声为主，混响声可忽略；反之, ,则以混响声为主，直达声忽略不计，则以混响声

24、为主，直达声忽略不计，此时声压此时声压 与与r r无关。无关。p当当 时，直达声与混响声声能密度相等，时，直达声与混响声声能密度相等，r r称为临界半径称为临界半径(Q=1(Q=1时的时的临界半径又称为混响半径临界半径又称为混响半径) )，记为，记为 。2r44QrRPLPL2r44QrRcr ( (二二) )室内声压级室内声压级 p临界半径为临界半径为 (2-129) p临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。p房间内吸声状况愈好，声源指向性愈强，临界半径则愈大，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

25、场；反之房间内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。大部分范围可视为混响声场。【讨论讨论】10.144rcrQRrQR图图2-22 室内声压级计算图室内声压级计算图AB-11【例例2-62-6】设在室内地面中心处有一声源，已知设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz500Hz的声功率级为的声功率级为90dB90dB，同频带下的房间常数为，同频带下的房间常数为50m50m2 2，求距声源求距声源10m10m处之声压级处之声压级LpLp。 rRPWLL2410lg()4rQrR2410lg()90 11 dB79dB4WrQLrR室内吸声降噪三三 ( (一

26、一) )室内声场室内声场 ( (二二) )室内声压级室内声压级 ( (三三) )吸声降噪量的计算吸声降噪量的计算 221110lg10lgPALA1210lgpTLT(2-133)(2-133) ( (三三) )吸声降噪量计算吸声降噪量计算 2A1A121T2T(2-132)(2-132) (2-142) 21【例例2-72-7】尺寸为尺寸为14m14m10m10m3m3m，体积为，体积为420420m m3 3，面积为，面积为424424m m2 2的控制室内有一台空调，安装在的控制室内有一台空调，安装在10m10m3m3m墙壁的中心部位，试墙壁的中心部位，试通过设计计算使距噪声源通过设计计

27、算使距噪声源7m7m处符合处符合NR-50NR-50曲线。曲线。次次序序项目项目倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz说明说明125125250250500500100010002000200040004000距噪声源距噪声源7m7m处倍频程声压级处倍频程声压级/dB/dB606062626363595957575454测量测量噪声容许值噪声容许值/dB/dB（ NR-50NR-50）（图（图2-142-14）676758585454505047474545设计目标值设计目标值需要减噪量需要减噪量Lp 0 04 49 99 910109 9- -处理前房间混响时间处理前房间混响时间/s/s2

28、.62.62.42.42.02.01.81.81.61.61.21.2测量测量处理前平均吸声系数处理前平均吸声系数 0.060.060.070.070.080.080.090.090.10.10.130.13由式（由式（2-1212-121）计算计算所需平均吸声系数所需平均吸声系数 0.060.060.160.160.410.410.470.470.530.530.540.54由式（由式（2-1322-132）计算计算解：设计计算步骤见表解：设计计算步骤见表2-12表表2-12 2-12 设计计算步骤设计计算步骤12n计算步骤说明如下：计算步骤说明如下： 记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源

29、的种记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等；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；在表的第一行记录噪声的倍频程声压级测量值； 在表的第二行记录在表的第二行记录NR-50NR-50的各个倍频程声压级；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，出现对各个倍频程声压级由第一行减去第二行，出现负值时记负值时记0 0； 混响时间的测量值记录在第四行，并由式（混响时间的测量值记录在第四行，并由式（2-1212-121） 计算出平均吸声系数计算出平均吸声系数 ，并记录在，并记录在第五行；第五行； 用式（用式（2-1322-132）计算出）计算出 ，记录在第六

30、行；，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第六行所列的 以上，然后选材确定控制室各部分以上，然后选材确定控制室各部分的装修。的装修。 122600.161VTS【例例2-82-8】某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构，槽形混凝土某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构，槽形混凝土板平顶，混凝土地面，墙面为水泥石灰粉刷砖墙。车间内配置板平顶，混凝土地面，墙面为水泥石灰粉刷砖墙。车间内配置有有8 860t60t冲床冲床4040台，台，80t80t和和160t160t冲床各冲床各1 1台。在车间内中央一点台。在车间内中央一点测定的噪声频率特性如图测定的噪声频率特性如图2-232-23中曲线中曲线A A所示，噪声频带较宽广所示