物理污染控制

1、10/20/2007第第6章章 吸声和室内声吸声和室内声场场（ （1） ）环境噪声控制工程 2吸声材料（结构）在噪声控制工程中主要应用（ （P66） ） 吸声材料（吸声材料（结结构）被广泛构）被广泛应应用于用于噪声控制工程噪声控制工程和和建筑声建筑声学的学的厅厅堂音堂音质质控制控制中。在噪声控制工程中主要中。在噪声控制工程中主要应应用用为为： ： 1.缩短和调整室内混响时间，消除回声，以改善室内的缩短和调整室内混响时间，消除回声，以改善室内的听闻条件听闻条件； ； 2.降低室内噪声声降低室内噪声声级级； ； 3.作作为为管道管道衬垫衬垫或消声器件的原材料，以降低通或消声器件的原材料，以降低通风

2、风系系统统的噪声；的噪声； 4.在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以提高构件的隔声量。提高构件的隔声量。环境噪声控制工程 5环境噪声控制工程 6环境噪声控制工程 7环境噪声控制工程 8环境噪声控制工程 9环境噪声控制工程 10一、一、 吸声性能吸声性能评评价量（价量（P66） ） 1.吸声系数吸声系数 吸声系数是表征吸声性能最常用的参数，它表征材料吸声系数是表征吸声性能最常用的参数，它表征材料（ （结结构）吸收的声能（包括透射的声能）和入射到材料（构）吸收的声能（包括透射的声能）和入射到材料（结结构）声能的比构）声能的比值值。其定。其定义

3、为义为： ：rEEEEEiiri1结论结论： ：当完全反射当完全反射时时， ，EiEr， ，则则 0，无吸声作用；，无吸声作用；当没有反射当没有反射时时， ，Er0， ，则则1，表示完全吸收；，表示完全吸收；一般材料一般材料01， ， 越大越大则则吸声性能越好。吸声性能越好。环境噪声控制工程 11吸声系数的吸声系数的测测量：量： 吸声系数和声波的入射方向有很大的关系，吸声系数和声波的入射方向有很大的关系，声波的入射方向不同，相声波的入射方向不同，相应应采采样样的吸收系数的的吸收系数的测测量方法也不同。量方法也不同。 一般将声波的入射分一般将声波的入射分为为垂直入射、斜入射和垂直入射、斜入射和无

4、无规规入射三种情况。入射三种情况。常用的是垂直入射吸声系常用的是垂直入射吸声系数和无数和无规规入射吸声系数。入射吸声系数。环境噪声控制工程 12 测测量原理：声量原理：声频频信号信号发发生器生器带动扬带动扬声器，在声器，在驻驻波波管内管内辐辐射平面波，当平面波在管中前射平面波，当平面波在管中前进进遇到端面遇到端面反射反射时时会会产产生一反射的平面波，形成生一反射的平面波，形成驻驻波，存在固波，存在固定的波腹和波定的波腹和波节节。 。测测出声出声压压极大极大值值和极小和极小值值，就可，就可以按下式以按下式进进行行计计算。算。minmaxminmaxPPSPPPPPPriri220/20/2220

5、10110414111LLirpISSpprr环境噪声控制工程 13（ （1）垂直入射吸声系数）垂直入射吸声系数驻驻波管法（波管法（P53） ） 该该法和法和实际实际情况有一定的差距，但情况有一定的差距，但这这种方法种方法简简单单、 、测测量量样样品小，速度快，故有一定的品小，速度快，故有一定的应应用价用价值值和和应应用范用范围围。 。应应用的主要范用的主要范围围是：材料吸声性能的是：材料吸声性能的鉴鉴定和研究等。定和研究等。环境噪声控制工程 14注意：注意：(1).这这种方法要保种方法要保证证在管内形成平面波，在管内形成平面波，测试测试的最的最高高频频率率应应和管径相适和管径相适应应，即存在

6、一个上限，即存在一个上限频频率。率。其上限其上限频频率率为为： ：Dcf84. 1式中：式中：c空气中声速，空气中声速，m/s D圆圆管直径，管直径，m L方管方管边长边长， ，m 圆管：圆管：方管：方管：Lcf2(2).无无规规入射吸声系数入射吸声系数s s（ （P P5151） ） 无无规规入射是指声波从所有方向以相同的概率入入射是指声波从所有方向以相同的概率入射到材料的表面，和射到材料的表面，和大多数大多数实际实际情况比情况比较较接近接近。 。应应用范用范围围： ：噪声控制工程和室内声学噪声控制工程和室内声学设计设计中作中作为设为设计计依据。依据。 无无规规入射吸声系数的入射吸声系数的测

7、测量采用混响室法。量采用混响室法。主要主要原理是根据混响室内放原理是根据混响室内放进进吸声材料（或吸声吸声材料（或吸声结结构）构）前后混响前后混响时间时间的的变变化来确定其吸收特性。化来确定其吸收特性。12113 .55TTcSVs按按测试规测试规范要求，混响室的体范要求，混响室的体积积一般一般应应大于大于200m200m3 3环境噪声控制工程 16（ （3） ）0和和的关系的关系 0： ：测测量量简单简单，省，省时时， ，经济经济，可精确，可精确测测量；量； ： ：试试件的安装可以模件的安装可以模拟现场拟现场条件，能条件，能够较为够较为准准确的反映确的反映试试件在房件在房间间内的吸声性能。但

8、内的吸声性能。但该该法需要法需要较较大的大的试试件，精密的件，精密的测测量装置，一定容量装置，一定容积积的混响室的混响室。且。且测测量数据偏差量数据偏差较较大。大。0和和的关系复的关系复杂杂，通常，通常 0对于常用的多孔吸声材料，它们的近似换算可对于常用的多孔吸声材料，它们的近似换算可查表。查表。环境噪声控制工程 17（二）（二）.平均吸声系数（平均吸声系数（P67） ） 吸声系数和声波的入射条件、声波吸声系数和声波的入射条件、声波频频率等因素率等因素有关。通常采用有关。通常采用频频率率为为125Hz、 、250Hz、 、500Hz、 、1000Hz、 、2000Hz、 、4000Hz的的这这

9、六个六个频频率吸声系率吸声系数的算数的算术术平均平均值值来表示材料或来表示材料或结结构的吸声性能。构的吸声性能。当吸声系数平均当吸声系数平均值值大于大于0.2时时，称，称为为吸声材料。吸声材料。（三）（三）.降噪系数降噪系数 在噪声控制在噪声控制设计设计中，常用中，常用250Hz、 、500Hz、 、1000Hz、 、2000Hz四个四个频频率吸声系数的平均率吸声系数的平均值值做做计计算。算。这这个数个数值值称称为为吸声材料（吸声材料（结结构）的构）的降噪系数（降噪系数（NRC）。）。（四）（四）. 吸声量（吸声量（P67） ） 吸声量是吸声系数乘以相吸声量是吸声系数乘以相应应的材料表面的材料

10、表面积积，符号，符号为为A， ，单单位位为为m2。 。 A=.S.SiiiSS 若一个房若一个房间间内布置有几种不同吸声系数，不同面内布置有几种不同吸声系数，不同面积积的材料的材料时时，常采用平均系数系数来，常采用平均系数系数来评评价整个房价整个房间间的系的系数特性。数特性。jiiASA吸声量：以吸声系数乘以相吸声量：以吸声系数乘以相应应的面的面积积，即，即为该为该材料的吸材料的吸声量声量环境噪声控制工程 19空间吸声体（空间吸声体（P75） 空空间间吸声体是一种吸声体是一种悬悬挂式的吸挂式的吸声声结结构。它不是和构。它不是和墙墙面等面等刚刚性壁性壁面面组组合而成的吸声合而成的吸声结结构，而是

11、自构，而是自成系成系统统，用于降低室内噪声或改，用于降低室内噪声或改善室内的音善室内的音质质条件。条件。 空空间间吸声体的形式和安装方式吸声体的形式和安装方式应视应视房房间间和面和面积积大小、使用性大小、使用性质质、声源特性及装、声源特性及装饰饰要求等因素要求等因素而定。而定。环境噪声控制工程 20 空间吸收体通常由框架、护面层、吸声材料空间吸收体通常由框架、护面层、吸声材料组成。以板状吸声体结构最简单，使用最广泛。组成。以板状吸声体结构最简单，使用最广泛。环境噪声控制工程 21 空空间间吸声体通常由框架、吸声体通常由框架、护护面面层层、吸声材料等、吸声材料等组组成。成。 1） ）.框架：木材

12、、角框架：木材、角钢钢、金属型材料制成。、金属型材料制成。 2） ）.护护面面层层： ：P20的穿孔板、的穿孔板、钢钢板网、塑料窗板网、塑料窗纱纱等。等。 3） ）.吸声材料：超吸声材料：超细细玻璃棉、岩棉、玻璃棉、岩棉、矿矿渣棉等多孔吸声材料。渣棉等多孔吸声材料。 空空间间吸声体的吸声特性用有效吸声量吸声体的吸声特性用有效吸声量A来表示。研究表来表示。研究表明，在板状吸声体明，在板状吸声体总总面面积积占房占房间间平平顶顶面面积积的的30-40时时吸声效率最高。在吸声效率最高。在实际实际工程中，一般取工程中，一般取40-60。 在在设计设计和安装吸声体和安装吸声体时时， ，应综应综合考合考虑虑

13、采光、照明、通采光、照明、通风风和和建筑装建筑装饰饰等多方面的功能要求。等多方面的功能要求。环境噪声控制工程 22环境噪声控制工程 23 吊挂吸声体时应注意以下原则：吊挂吸声体时应注意以下原则：悬挂面积为厂房平顶面积的悬挂面积为厂房平顶面积的25%左右，实际为左右，实际为3040%水平悬吊与垂直悬吊的降噪效果相差不大，可水平悬吊与垂直悬吊的降噪效果相差不大，可灵活运用；灵活运用；悬挂高度宜控制在厂房净高的悬挂高度宜控制在厂房净高的1/71/5处；处；根据根据1/4波长的原理，可改善某些频率峰值的波长的原理，可改善某些频率峰值的吸收效果；吸收效果；分散悬挂比集中悬挂效果好。分散悬挂比集中悬挂效果

14、好。环境噪声控制工程 24二、吸声材料的分类及性质二、吸声材料的分类及性质 当声波入射到材料表面当声波入射到材料表面时时，有一部分能量被材料吸，有一部分能量被材料吸收，从而引起声能量的降低，收，从而引起声能量的降低，这这种种现现象称象称为为材料吸声。材料吸声。大多数材料（大多数材料（结结构）都多少有一定的吸声作用，但是通常构）都多少有一定的吸声作用，但是通常仅对仅对具有具有较较高吸声性能的材料（高吸声性能的材料（结结构）（构）（0.2），可称），可称为为吸声材料（吸声材料（结结构）。构）。 吸声材料（吸声材料（结结构）构）虽虽然形式众多，但如果按其吸声机然形式众多，但如果按其吸声机理来分理来分

15、类类，可以分，可以分为为多孔性吸声材料和共振吸声多孔性吸声材料和共振吸声结结构。构。环境噪声控制工程 251.多孔吸声材料（1）机理 进入多孔吸声材料的声波使材料的筋络和气泡等微观结构振动和相互作用，通过介质的粘滞性和热传导作用，使声能转化为热能。环境噪声控制工程 26（2）按照材料的物理性能和吸声方式,吸声材料分为:无机纤维材料:玻璃丝、玻璃棉、岩棉和矿渣棉等；有机纤维材料：棉、麻等植物纤维及木质纤维制品，如软质纤维板、木丝板、棉絮、稻草等；泡沫材料：泡沫塑料、泡沫玻璃；吸声建筑材料：各种具有微孔的泡沫吸声砖、泡沫混凝土等材料。环境噪声控制工程 27玻璃棉泡沫玻璃泡沫混凝土木丝板环境噪声控制

16、工程 28环境噪声控制工程 29（ （3）多孔吸声材料必）多孔吸声材料必须须具具备备的条件（的条件（67） ）吸声材料的特点：吸声材料的特点：松、散、松、散、软软多孔吸声材料物理特征：多孔吸声材料物理特征：(a)材料的孔隙材料的孔隙对对着表面开口；着表面开口；（ （b）孔孔相）孔孔相连连； ；（ （c）孔隙深入材料内部。）孔隙深入材料内部。环境噪声控制工程 30（ （4） ）.定量判定定量判定 0.2（ （5） ）.影响因素影响因素空气流阻、孔隙率的影响（空气流阻、孔隙率的影响（P68） ）材料厚度材料厚度d材料密度材料密度材料背后空气材料背后空气层层材料材料护护面面层层温度和湿度温度和湿度环

17、境噪声控制工程 31大多数多孔吸声材料的吸收系数是随着大多数多孔吸声材料的吸收系数是随着频频率的增加而增加，率的增加而增加，中、高中、高频频区域的吸收性能一般要区域的吸收性能一般要优优于低于低频频区域。增加材料的厚区域。增加材料的厚度可以有效改善中、低度可以有效改善中、低频频区域的吸收特性。区域的吸收特性。在中低在中低频频范范围围，容重大的，吸声系数要稍高一些；而在高，容重大的，吸声系数要稍高一些；而在高频频区区域其域其结结果相反。每种材料都有一个最佳容重。果相反。每种材料都有一个最佳容重。单单就厚度和容重就厚度和容重两个因素比两个因素比较较，厚度，厚度对对材料吸声性能的影响要大于容重的影材料

18、吸声性能的影响要大于容重的影响。响。 增加材料背后空气增加材料背后空气层层厚度可以有效改善中、低厚度可以有效改善中、低频频区域的吸收特区域的吸收特性，其作用性，其作用类类似于增加材料厚度。当空腔增加到一定深度后，吸似于增加材料厚度。当空腔增加到一定深度后，吸声系数不再明声系数不再明显变显变化化 。当材料背后空腔的深度等于。当材料背后空腔的深度等于1/4波波长长的奇的奇数倍数倍时时，相，相应应的的频频率可率可获获得最大的吸声系数。当材料背后空腔的得最大的吸声系数。当材料背后空腔的深度等于深度等于1/2波波长长的奇数倍的奇数倍时时，相，相应应的的频频率吸声系数最小。率吸声系数最小。 环境噪声控制工

19、程 35环境噪声控制工程 36 多孔吸声材料的吸声特点多孔吸声材料的吸声特点1. 宽频带宽频带吸声；吸声；2. 中、高中、高频频吸声效果吸声效果较较好。好。环境噪声控制工程 37 2.共振吸声共振吸声结结构（构（P71） ） 与多孔吸声材料相比，共振吸声与多孔吸声材料相比，共振吸声结结构一般吸声的构一般吸声的频频率范率范围较围较窄，具有峰窄，具有峰值值吸声特性吸声特性，但它的，但它的优优点是具有点是具有较较好的低好的低频频吸声效果吸声效果， ，吸声的吸声的频频率容易控制率容易控制，从而可以弥，从而可以弥补补多孔吸收材料在低多孔吸收材料在低频频区域吸声性能的不足。区域吸声性能的不足。 （ （1）

20、板共振吸声）板共振吸声结结构；构； （ （2）膜共振吸声）膜共振吸声结结构；构； （ （3）穿孔板吸声）穿孔板吸声结结构；构； （ （4）微穿孔板吸声）微穿孔板吸声结结构。构。 板共振结构板共振结构膜共振结构膜共振结构环境噪声控制工程 39（1）薄板共振吸声结构 将不透气的薄板固定在将不透气的薄板固定在刚刚性壁前一定距离性壁前一定距离处处， ，就构成了板共振吸声就构成了板共振吸声结结构。构。 吸声机理：吸声机理： 薄板和空气薄板和空气层层构成的系构成的系统统可以可以视为视为一个由一个由质质量量块块和和弹弹簧簧组组成的振成的振动动系系统统。当入射声波的。当入射声波的频频率和系率和系统统固有固有频

21、频率接近率接近时时，板就，板就产产生共振，由生共振，由此引起的内部摩擦将声能此引起的内部摩擦将声能转换为热转换为热能耗散掉。能耗散掉。其主要吸声范其主要吸声范围围在共振在共振频频率附近区域。率附近区域。环境噪声控制工程 40 板共振吸声板共振吸声结结构吸声效果与共振构吸声效果与共振频频率和板的密度、率和板的密度、材料的材料的弹弹性系数、空气性系数、空气层层的的厚度、厚度、结结构尺寸及安装方构尺寸及安装方法等因素有关法等因素有关。可由下式。可由下式进进行行计计算：算：DMcMKDMcf0200202121其中：空气密度； M0薄板的面密度； D薄板后空腔的深度； c空气中的声速 K结构的刚度因素

22、。环境噪声控制工程 41结论：1.增加板的面密度和空气层厚度，可以使结构的共振频率向低频移动。在工程中，一般常用的板共振结构的共振频率处于80-300Hz的频率范围，吸声系数可达到0.2-0.52.薄板共振吸声频率范围很窄，只能作为以共振频率附近频域为主要吸声范围的结构。解决方法：方法1：采用密度很小的薄板进行多层组合；方法2：在空腔中填充多孔材料。环境噪声控制工程 42（2）薄膜共振吸声结构（）薄膜共振吸声结构（P71） 机理：同板共振吸声结构机理：同板共振吸声结构 材料：吸声结构中所用到的膜状材料，是指刚材料：吸声结构中所用到的膜状材料，是指刚性很小、没有透气性、受力拉张后具有性很小、没有

23、透气性、受力拉张后具有弹性弹性的材的材料。如塑料膜、帆布等。料。如塑料膜、帆布等。 影响因素：系统的共振频率和膜的密度、空气影响因素：系统的共振频率和膜的密度、空气层的厚度及膜所受的张力有关。当膜处于松弛的层的厚度及膜所受的张力有关。当膜处于松弛的状态下时，其共振频率为：状态下时，其共振频率为：DMDMcf00206021环境噪声控制工程 43 特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围的特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围的吸声，共振频率一般在吸声，共振频率一般在200-1000Hz范围内。范围内。吸声系数一般为吸声系数一般为0.3-0.4。非常薄的膜共振结。非常薄的膜共振结构的吸声频率可处于高频

24、范围。构的吸声频率可处于高频范围。在实用中，为在实用中，为改善吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔改善吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材料。材料。环境噪声控制工程 44（3）单腔共振吸声结构）单腔共振吸声结构 单腔共振吸声结单腔共振吸声结构由一个刚性容构由一个刚性容器和一个连通外器和一个连通外界的颈口组成。界的颈口组成。环境噪声控制工程 45 特点：该结构吸声频率较窄，具有较强的频特点：该结构吸声频率较窄，具有较强的频率选择性。多用于低频噪声的吸收。一般情况率选择性。多用于低频噪声的吸收。一般情况下，是多个共振腔组合使用，通过调节各腔的下，是多个共振腔组合使用，通过调节各腔的结构尺寸来适应不同频率的吸收。结构尺寸来适应不同频率的吸收。（4）穿孔板共振吸声结构）穿孔板共振吸声结构(P72) 在板材上，以一定的孔径和在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空气层，即为穿孔板共厚度的空气层，即为穿孔板共振吸声结构。振吸声结构。 穿孔板共振吸声结构的吸声穿孔板共振吸声结构的吸声特性取决于穿孔板的厚度、孔特性取决于穿孔板的厚度、孔径、穿孔率、