噪声第七章-吸声降噪技术2

1、 聊城大学环境与规划学院聊城大学环境与规划学院李李 聪聪2013.11.25本章内容本章内容v7.1 吸声材料的分类和吸声性能评价量吸声材料的分类和吸声性能评价量v7.2 多孔性吸声材料多孔性吸声材料v7.3 共振吸声结构共振吸声结构v7.4 室内声场和吸声降噪室内声场和吸声降噪v多孔性吸声材料的吸声机理；多孔性吸声材料的吸声机理；v共振吸声结构的吸声机理；共振吸声结构的吸声机理；v室内声场中声能密度和声压级的计算；室内声场中声能密度和声压级的计算；本课的重点难点本课的重点难点第二节第二节 多孔性吸声材料多孔性吸声材料几种多孔性吸声材料几种多孔性吸声材料第二节第二节 多孔性吸声材料多孔性吸声材

2、料v一、多孔性吸声材料的吸声机理一、多孔性吸声材料的吸声机理v多孔性吸声材料具备条件多孔性吸声材料具备条件 内部有许多孔隙，且分布均匀而细小内部有许多孔隙，且分布均匀而细小 孔隙与材料表面相通，具有通气性孔隙与材料表面相通，具有通气性 孔隙相互连通，不是封闭的孔隙相互连通，不是封闭的压缩、膨胀、摩擦、产热压缩、膨胀、摩擦、产热降低声音能量降低声音能量二、影响多孔性吸声材料吸声性能的因素二、影响多孔性吸声材料吸声性能的因素v1 1、空气流阻、空气流阻 稳定气流通过多孔性吸声材料时，材料两面的静压差和气稳定气流通过多孔性吸声材料时，材料两面的静压差和气流线速度之比。反映空气通过多孔材料时阻力大小。

3、流线速度之比。反映空气通过多孔材料时阻力大小。过高过高空气穿透力降低空气穿透力降低过低过低因摩擦力、粘滞力引因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低起的声能损耗降低吸声性能下降吸声性能下降1材料流阻较低；材料流阻较低；2材料流阻较大；材料流阻较大；3材料流阻很大。材料流阻很大。二、影响多孔性吸声材料吸声性能的因素二、影响多孔性吸声材料吸声性能的因素v2 2、孔隙率的影响、孔隙率的影响 材料内部空气体积与材料总体积之比；材料内部空气体积与材料总体积之比； 孔隙率又与材料的流阻有关；孔隙率又与材料的流阻有关； 相同孔隙率，孔隙尺寸越大，流阻越小；相同孔隙率，孔隙尺寸越大，流阻越小；v3 3、材料厚度、材

4、料厚度 材料厚度的增加，吸声材料厚度的增加，吸声最佳频率最佳频率向低频方向移动；向低频方向移动； 厚度每增加厚度每增加1 1倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程；程；Dcfr41v4 4、材料平均、材料平均 密度密度 随着材料密随着材料密度的增大，度的增大，最大吸收系最大吸收系数向低频方数向低频方向移动。向移动。v5 5、背后空腔、背后空腔 吸声材料背后具有一定厚度的空腔，其作用相吸声材料背后具有一定厚度的空腔，其作用相当于加大材料的有效厚度，可改变低频的吸声当于加大材料的有效厚度，可改变低频的吸声性能。性能。 空腔厚度为垂直入射声波空腔厚度为垂直入射

5、声波1/41/4波长时，吸声系波长时，吸声系数最大，若为数最大，若为1/21/2波长，或是整数倍时，吸声波长，或是整数倍时，吸声系数最小。系数最小。v6、护面层、护面层 多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等 穿孔板，穿孔率超过穿孔板，穿孔率超过 20% 薄膜，厚度小于薄膜，厚度小于0.05mmv7、温度和湿度、温度和湿度 温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时，低频吸声性能下降，低频吸声性能下降 随着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声随

6、着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声材料中的空气不再连通，空隙率下降，吸声性材料中的空气不再连通，空隙率下降，吸声性能下降能下降第三节第三节 共振吸声结构共振吸声结构v一、概述一、概述 薄板或薄膜共振吸声结构薄板或薄膜共振吸声结构 单空腔共振吸声结构单空腔共振吸声结构 穿孔共振吸声结构穿孔共振吸声结构 微穿孔共振吸声结构微穿孔共振吸声结构第三节第三节 共振吸声结构共振吸声结构v二、薄板与薄膜共振吸声结构二、薄板与薄膜共振吸声结构 当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的封闭空气层，就构成了薄板共振吸声结构封闭空气层，就构成了薄板共振吸声结构 声波入射到

7、薄板激起板面振动使板发生弯曲变声波入射到薄板激起板面振动使板发生弯曲变形，由于板和固定支点之间的磨擦，以及板本形，由于板和固定支点之间的磨擦，以及板本身内的耗损，于是声能转化为热能，在共振频身内的耗损，于是声能转化为热能，在共振频率处，消耗声能最大，吸声系数最大其它频率率处，消耗声能最大，吸声系数最大其它频率吸声系数相对较小。吸声系数相对较小。龙骨龙骨空气层空气层垫衬垫衬薄板薄板v薄板材料可用胶合板，纤维板，石膏板或薄板材料可用胶合板，纤维板，石膏板或水泥板。水泥板。v薄膜吸声结构的共振频率通常在薄膜吸声结构的共振频率通常在200Hz1000Hz范围，最大吸声系数约为范围，最大吸声系数约为0.

8、30.4，一般作为一般作为中频中频范围的吸声材料。范围的吸声材料。v薄板共振吸声结构的共振频率通常在薄板共振吸声结构的共振频率通常在80Hz300Hz范围范围三、穿孔板共振吸声结构三、穿孔板共振吸声结构v由穿孔板构成的共振吸声结构被称做穿孔由穿孔板构成的共振吸声结构被称做穿孔板共振吸声结构，它也是工程中常用的共板共振吸声结构，它也是工程中常用的共振吸声结构。振吸声结构。v对于多孔共振吸声结构对于多孔共振吸声结构，实际上可以看成，实际上可以看成单孔共振吸声结构的并联结构，因此，多单孔共振吸声结构的并联结构，因此，多孔共振吸声结构的吸声性能要比单孔共振孔共振吸声结构的吸声性能要比单孔共振吸声结构的

9、吸声效果好，通过孔参数的优吸声结构的吸声效果好，通过孔参数的优化设计可以有效改善其吸声频带等性能。化设计可以有效改善其吸声频带等性能。 v单孔共振吸声结构单孔共振吸声结构VtdtVdCfr4224d22maxAVtd刚性壁面D 穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构tDPctADScfr22穿孔率的计算穿孔率的计算1 1）当圆孔为正方形排列时）当圆孔为正方形排列时2 2）当孔为等边三角形排列时）当孔为等边三角形排列时dB24BdPdB232BdPv一般穿孔率一般穿孔率P控制在控制在1% 10%，最高不超，最高不超过过20%，若超过，若超过20%不起共振吸声作用，不起共振吸声作用，变成护面板了。变

10、成护面板了。v孔径孔径d一般为一般为2mm4mm，空腔深度为，空腔深度为10cm25cm，板厚为，板厚为2mm5mm。为拓宽。为拓宽吸声频率范围，也可在板内加上吸声材料吸声频率范围，也可在板内加上吸声材料，为拓宽吸声频率范围，也可在板内加上，为拓宽吸声频率范围，也可在板内加上吸声材料，添加吸声材料要靠近穿孔板。吸声材料，添加吸声材料要靠近穿孔板。 吸声带宽吸声带宽 假设在假设在f0处的最大吸声系数为处的最大吸声系数为max，则在，则在f0附近附近能保持吸声系数为能保持吸声系数为max /2的频带宽度的频带宽度f为吸声为吸声带宽。带宽。 吸声系数高于吸声系数高于max /2的频带宽度：的频带宽度

11、：Dcffr24四、微穿孔板共振吸声结构四、微穿孔板共振吸声结构v由于穿孔板的声阻很小，因此吸声频带很窄。为由于穿孔板的声阻很小，因此吸声频带很窄。为使穿孔板结构在较宽的范围内有效地吸声，必须使穿孔板结构在较宽的范围内有效地吸声，必须在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上声阻较在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上声阻较高的纺织物。但是，如果把穿孔直径减小到高的纺织物。但是，如果把穿孔直径减小到1mm以下，则不需另加多孔材料也可以使它的声阻增以下，则不需另加多孔材料也可以使它的声阻增大，这就是微穿孔板。大，这就是微穿孔板。v 微穿孔板吸声结构的理论是我国著名声学专家，微穿孔板吸声结构的理论是我国著

12、名声学专家，中科院院士马大猷教授于中科院院士马大猷教授于20世纪世纪70年代提出来的年代提出来的。v在板厚小于在板厚小于1.0mm薄板上穿以孔径小于薄板上穿以孔径小于1.0mm的的微孔，穿孔率在微孔，穿孔率在15之间，后部留有一定厚之间，后部留有一定厚度（如度（如520cm）的空气层，空气层内不填任何）的空气层，空气层内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔吸声结构，常用吸声材料，这样即构成了微穿孔吸声结构，常用的多是单层或双层微穿孔板结构形式。的多是单层或双层微穿孔板结构形式。v 微穿孔板吸声结构是一种低声质量，高声阻的共微穿孔板吸声结构是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声

13、材料和共振吸振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频率宽度可优于常规的穿孔声结构之间，其吸声频率宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。板共振吸声结构。第四节第四节 室内声场和吸声降噪室内声场和吸声降噪v扩散声场扩散声场 室内声能密度处处相同，在任何一点上，室内声能密度处处相同，在任何一点上，从各个方向传来的声波几率相等，声波相位从各个方向传来的声波几率相等，声波相位是无规则的，这样的声场称作扩散声场。是无规则的，这样的声场称作扩散声场。 直达直达声场：从声源直接到达声场：从声源直接到达接受点接受点的直达声形成的直达声形成的声场。的声场。 混响混响声场：经过房间面壁一次和多次

14、声场：经过房间面壁一次和多次反射反射后到达后到达接受点的反射声形成的声场。接受点的反射声形成的声场。一、室内声场中的声能密度和声压级一、室内声场中的声能密度和声压级所以直达声声能密度：所以直达声声能密度：crWRd24又由于：又由于：22cped所以直达声声压级为：所以直达声声压级为：24lg10rRLLwpd1 1、直达声场、直达声场2 2、混响声场、混响声场自由程自由程：在室内声场中，声波每相邻两次反射所：在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程。经过的路程。平均自由程平均自由程：声波经过多次反射距离的平均值：声波经过多次反射距离的平均值 （d d）。）。由理论和实验均证实不论空间形状

15、如何，均有：由理论和实验均证实不论空间形状如何，均有：SVd4其中：其中：V V为房间体积，为房间体积，S S为房间总表面积。为房间总表面积。设声音在设声音在1 1秒钟内传播的距离为秒钟内传播的距离为c c米，则米，则1 1秒钟内的平均秒钟内的平均反射次数为：反射次数为：VcSdcn4设声源单位时间发出的声功率为设声源单位时间发出的声功率为W W，则当声波被房间，则当声波被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为壁面部分吸收后剩余的声能量为: :)1 (W设设混响声混响声平均声能密度为平均声能密度为 ，则，则单位时间单位时间被吸收被吸收的声能量为：的声能量为：亦即：声源提供的混响声能量。亦即：声源提供

16、的混响声能量。rVcSVr4当单位时间内声源贡献的混响声能与被吸收的混当单位时间内声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，即：响声能相等时，体系达到稳定状态，即：所以，室内混响声场平均声能密度为：所以，室内混响声场平均声能密度为：设：设：1SRVcSVWr4)1 (cRWcSWr414R R：房间常数，：房间常数，m m2 2又由于直达声声能平均密度为：又由于直达声声能平均密度为： 当室内存在混响时，室内某点的平均声能密当室内存在混响时，室内某点的平均声能密度应等于直达声和混响声能密度之和，即：度应等于直达声和混响声能密度之和，即：RrRcWcRWcrWRrd444422

17、把直达声场和混响声场叠加形成总声场。把直达声场和混响声场叠加形成总声场。3、房间内总声压级、房间内总声压级crWRd24例例.在在7.62m6.09m3.66m的室内，其平均吸声系数的室内，其平均吸声系数为为0.2，求距离一个，求距离一个2W各向同性声源各向同性声源4.57m处的声能处的声能密度。密度。解：解： 例例.在在7.62m6.09m3.66m的室内，其平均吸声系数的室内，其平均吸声系数为为0.2，求距离一个，求距离一个2W各向同性声源各向同性声源4.57m处的声能处的声能密度。密度。解：解： 而而 C=344m/s CRWCrWrd4421SR23 .482 . 0117.1932

18、. 0mR342/1004. 53 .483442434457. 442mJ 217.193209. 666. 366. 362. 709. 662. 7mS又因为声能密度与有效声压是平方正比关系，即：又因为声能密度与有效声压是平方正比关系，即：则：则： RrRcWcRrRcWPe44442222所以混响声压级为：所以混响声压级为：RrRLPPLWep44lg10lg1022022cped例例.在一个在一个20157m3的房间内，平均吸声系数为的房间内，平均吸声系数为0.35，混响声压是，混响声压是1.5Pa，特性阻抗，特性阻抗408Pas/m，试求声源，试求声源的声功率。的声功率。解：解：例

19、例.在一个在一个20157m3的房间内，平均吸声系数为的房间内，平均吸声系数为0.35，混响声压是，混响声压是1.5Pa，特性阻抗，特性阻抗408Pas/m，试求声源，试求声源的声功率。的声功率。解：房间常数解：房间常数由公式由公式 和和 得得则则29 .586715272021520235. 0135. 01mSRRCWr422cpcpRW24WcpRWe81. 04085 . 149 .586422 从混响声压级公式可看出：公式中第一项从混响声压级公式可看出：公式中第一项Lw为直达为直达声，第二项为混响声。声，第二项为混响声。当当 时，即时，即 r 很小，声场以直达声为主；很小，声场以直达

20、声为主；当当 时时 ，即，即 r 很大，声场以混响声为主；很大，声场以混响声为主；当当 时，直达声声能密度与混响声声能密度时，直达声声能密度与混响声声能密度相等，这时相等，这时r称为临界半径，即：称为临界半径，即：当当R1时的临界半径又称为混响半径。时的临界半径又称为混响半径。R RR R1 14 4. .0 0 r rRrR442RrR442RrR4424、混响半径、混响半径v当接受点与声源距离大于临界半径时，即混响当接受点与声源距离大于临界半径时，即混响声占主导地位，则吸声降噪处理效果明显；声占主导地位，则吸声降噪处理效果明显；v当接受点与声源距离小于临界半径时，即直达当接受点与声源距离小

21、于临界半径时，即直达声占主导地位，则吸声降噪处理效果不明显。声占主导地位，则吸声降噪处理效果不明显。5、典型室内声场、典型室内声场v自由声场和消声室自由声场和消声室 房间内吸声系数为房间内吸声系数为1 1，房间常数为无穷大，形，房间常数为无穷大，形成无反射的自由声场。成无反射的自由声场。消声室消声室 全消声室全消声室 半消声室半消声室 用途：用途： 声功率测量声功率测量 声源的识别和分析声源的识别和分析 声音设备的辐射特性声音设备的辐射特性南南通通大大學學5、典型室内声场、典型室内声场v扩散声场和混响室扩散声场和混响室 房间内声能密度处处相等，声能量向各方向传递房间内声能密度处处相等，声能量向

22、各方向传递的概率相等，房间内声波相位无规和不相干。的概率相等，房间内声波相位无规和不相干。 混响室混响室南南通通大大學學二、室内声衰减和混响时间二、室内声衰减和混响时间v当声源开始向室内辐射声能时，声波在室当声源开始向室内辐射声能时，声波在室内空间传播，当遇到壁面时，部分声能被内空间传播，当遇到壁面时，部分声能被吸收，部分被反射；在声波的继续传播中吸收，部分被反射；在声波的继续传播中多次被吸收和反射，在空间就形成了一定多次被吸收和反射，在空间就形成了一定的声能密度分布。随着声源不断供给能量的声能密度分布。随着声源不断供给能量，室内声能密度将随时间而增加。，室内声能密度将随时间而增加。v最终单位

23、时间内被室内吸收的声能与声源最终单位时间内被室内吸收的声能与声源供给声能相等，室内声能密度不再增加，供给声能相等，室内声能密度不再增加，处于稳定状态。事实上，在一般情况下，处于稳定状态。事实上，在一般情况下，大约只需大约只需12s的时间，声能密度的分布即的时间，声能密度的分布即接近于稳态。接近于稳态。由于室内存在混响，声源停止发声后，室内由于室内存在混响，声源停止发声后，室内受声点上的声能量不会立即消失，要受声点上的声能量不会立即消失，要持续一持续一段时间段时间，这一段时间内持续的声音成为，这一段时间内持续的声音成为“混混响声响声”。这种现象称作室内混响。这种现象称作室内混响 当声音经过当声音

24、经过第第1次次反射后，反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：101 当声音经过当声音经过第第2次次反射后，反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为： 当声音经过当声音经过第第n次次反射后，反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：由于在由于在t秒内总反射次数为：秒内总反射次数为：tVcS42021nn10则则t t秒后的平均声能密度为：秒后的平均声能密度为：tVcSt401 又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，所以有：所以有：tVcSeetPP42021 当声能密度衰减到原来的当声能密度衰减到原来的百万分之一时百万分之一时所需要

25、所需要的时间，即的时间，即声压级衰减声压级衰减60dB60dB所需要的时间，称为所需要的时间，称为混响时间混响时间所以有：所以有：1ln161. 01ln3 .5560SVcSVT 当声音为高频区声音，声音传播过程中空气当声音为高频区声音，声音传播过程中空气吸声不能不考虑，吸声不能不考虑，t秒内传播距离为秒内传播距离为ct，经空，经空气吸收后声能密度降为原来的气吸收后声能密度降为原来的e-mct，其中，其中m为为声音衰减常数，单位为声音衰减常数，单位为m-1，则，则t秒后平均声能秒后平均声能密度衰减为：密度衰减为：mcttVcSte401则：则：mVSVmVccSVT41ln161. 041ln2 .55601）当声音频率低于）当声音频率低于2000Hz时，时，m可忽略，也即：可忽略，也即：1ln161. 060SVT2）当声音频率低于）当声音频率低于2000Hz，且平均吸声系数小于，且平均吸声系数小于0.2时，有：时，有：1ln此时混响时间为：此时混响时间为：SVT16