噪声控制技术应用-吸声

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——吸声吸声材料一室内吸声降噪三

吸声结构二4吸声材料一5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)【讨论】：表示材料吸声能力的大小，值在0～1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吸声系数影响因素25341材料的性质声波入射角度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。0.10.20.30.40.50.60.70.80.90.250.400.500.600.750.850.900.981表2-11与的换算关系9混响室10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)11混响室壁面结构12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)1314吸声材料一15

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。【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。16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。17吸声材料一18四大类主要的吸声材料：①无机纤维材料②有机纤维材料③泡沫材料④吸声建筑材料19玻璃棉板玻璃棉管壳①无机纤维材料例如，玻璃棉、岩棉及其制品2021②有机纤维材料例如，棉麻植物纤维及其木质纤维制品（软质纤维板、木丝板等）软质纤维板木丝板22木丝板的工程实例频率10012516020025031540050063080010001250160020002500315040005000系数0.080.080.110.190.260.260.380.530.640.680.680.560.490.450.530.680.680.83外型尺寸：

600×600mm、600×1200mm、1200×2400mm厚度：15/20/25mm

吸声系数测试：(后空50mm)23③泡沫材料例如，泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝土等泡沫塑料24泡沫混凝土25④吸声建筑材料例如，膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等

膨胀珍珠岩261吸声原理

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孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的摩擦阻力使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热交换也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。

27多孔吸声材料多孔吸声材料是目前应用最广泛的吸声材料。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；目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。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。

28超细玻璃棉离心玻璃棉板、管29吸音玻璃棉30←超细玻璃棉超细玻璃棉毡

→31空调风管

322.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。

33

吸声性能的影响因素

厚度吸声性能影响因素25341孔隙率与密度空腔

使用环境护面层341

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2～5cm厚的成形吸声板；对低频吸声要求较高时，则采用厚度为5～10cm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：35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。2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。

36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。3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

0.637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5～10cm。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。3空腔对吸声性能的影响

38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

39有护面的多孔材料吸声结构40温度湿度气流

5

使用环境对吸声性能的影响

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。

41第二章噪声污染及其控制第四节噪声控制技术——吸声吸声材料一室内吸声降噪三

吸声结构二42吸声处理中常采用吸声结构。

吸声结构二吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理常用的吸声结构43图2-17薄板共振吸声结构示意图空气层龙骨龙骨3—阻尼材料4—薄板1－刚性壁面机理：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44薄板共振吸声结构的共振频率式中：——板的面密度，kg／m2，，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3～6mm，空气层厚度3～10mm，共振频率多在80～300Hz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0.2～0.5。(2-110)45空气层龙骨龙骨3—阻尼材料4—薄板1－刚性壁面改善薄板共振吸声性能的措施：46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

吸声结构二47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。

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。4849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。

50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。51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5253复合穿孔吸声板54

阻燃轻质吸声材料矿棉吸声板

穿孔铝合金板穿孔FC板55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)56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。57

穿孔板共振吸声结构的吸声特性

①背后空气层内填50mm厚玻璃棉吸声材料

②背后空气层内填25mm厚玻璃棉吸声材料

③背后空气层厚50mm，不填吸声材料

④背后空气层厚25mm，不填吸声材料58

平面穿孔型吸音板--该吸音板不仅吸声、隔声效果好，防水、防尘，防火，还具有优异的耐候、耐久性能，保证使用年限。可根据用户要求制造各种颜色、规格尺寸的吸音板，充分满足用户要求。59【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2～13mm，孔径为2～10mm，孔间距为10～100mm，板后空气层厚度为6～100mm时，则共振频率为100～400Hz，吸声系数为0.2～0.5。当产生共振时，吸声系数可达0.7以上。60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（正比），而腔深又影响共振频率的大小（反比），故需合理选择腔深。

61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：①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；②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；③穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；④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；⑤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。62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

吸声结构二63结构特征：厚度＜1.0mm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。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。64马大猷，1936年毕业于北京大学。1940年，获得哈佛大学博士学位，成为该校历史上第一个用两年时间就获得博士学位的人。8月到了昆明，在西南联合大学电机系任副教授。1942升教授，是当时该校最年轻的两名教授之一。中国科学院声学研究所研究员。中国科学院院士。国际著名声学家。我国现代声学事业的开创者和奠基者。主要从事物理声学建筑声学的研究，所提出的简洁的简正波计算公式和房间混响的新分析方法已成为当代建筑声学发展的新里程碑，并已广泛应用。《声学学报》（中、英文）主编。

656667事件：1992年12月，德国首都波恩，新建的联邦议会大厅落成，不料但第一次使用（602名议员）时出现令人难堪的场面：大厅里现场直播的扩声系统突然中断工作。只好回到老议会大厅去。耗资高达2.7亿马克的新大厅面临报废的危险。问题：会场周围都是玻璃幕墙，以增加议会讨论的“透明度”。发现新大厅昂贵的电声设备质量优良，本身并无问题，问题出在建筑声学上：由于大厅存在严重的声聚焦、声场不均匀、扩声系统反馈作用，使混响时间变长，造成无法使用。解决：中国访问学者查雪琴等人正在德国斯图加特物理研究所工作。向德国专家提出可以用微穿孔板理论解决这一难题。运用马大猷的理论和方法，中德两国专家在6个星期内解决了声学难题。既解决了回声问题，又保持了“透明度”，马大猷随之传遍德国的工程界和声学界。在5mm厚的有机玻璃激光打孔，直径0.55mm，孔距6mm，穿孔率1.4%左右，孔数2.8*104/m2.681966年，国家准备发射导弹，下了吸声系统的任务。马大猷提出在不锈钢板上穿小于1毫米的孔这种微穿孔板的想法，仔细做了理论分析，成功完成了工作。1966年他接受的另一个任务是人造地球卫星的噪声试验。马大猷领导了高声强实验室的设计、建筑和安装工作，建成了能产生160分贝的混响室(平常讲话是60分贝，高100分贝是强度高10的10方倍即100亿倍)和170分贝的行波管道(强度再高10倍)。经过测试，性能良好。69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。

讨论170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4～5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0.5～1.0mm，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20～30mm范围内；吸收中、高频声波，距离可减小到10mm甚至更小。讨论271SJ-TV型微穿孔板消声器结构示意图72

把吸声材料或者吸声结构悬挂在室内，距离墙壁一定距离的空间中，称空间吸声体。进行多方位的吸收。吸声体投影面积与悬挂平面投影面积的比值约等于40％时，对声音的吸声效率最高；该法节省吸声材料，对工厂、企业的吸声降噪比较适用。73上海文化广场正三角形板状空间吸声体74空间吸声体和吸声尖劈示意图75

吸声尖劈的α可以达到0.99，常用于特殊用途的声学结构的构造。76消声室7778消声室798081第二章噪声污染及其控制第四节噪声控制技术——吸声吸声材料一室内吸声降噪三

吸声结构二82室内吸声降噪三83室内声场按声场性质分为：直达声场：由声源直接到达听者；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，并且在任何一点上从各个方向传来的声波几率相等，相位无规则（混响室）。是实际声场的极端化，但为简化讨论，以下的基本概念和公式都建立在室内扩散声场的基础上。1.室内声场的衰减2.混响时间84室内声场示意图851.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α1、α2、…、αn

，则室内表面的平均吸声系数为

（2-114）86

室内声场经1～2s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）。

图2-21室内吸收不同对声音衰减的影响增长稳态衰减（混响过程）a-吸声差b-吸声中等c-吸声好87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，(w·s)／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)88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】89★混响时间对人的听音效果有重要影响。★过长的混响时间会使人感到声音“混浊”不清，使语言清晰度降低，甚至根本听不清；★混响时间太短就有“沉寂”、“干瘪”的感觉，声音听起来很不自然。★一般小型的播音室、录音室。最佳混响时间要求在0.5s或更短一些。★主要供演讲用的礼堂或电影院等，最佳混响时间要求在1.0s

。★主要供演奏音乐用的剧院和音乐厅一般要求在1.5s左右为佳。90回声与混响声的区别回声（Echo）。声音传播出去经反射后回来的声音,人耳可以清除分辨出两个声音。混响声（Reverberation）。声音经过多次往复漫反射（多个不同角度、不同时间）到达的混合反射声逐渐（能量）衰减形成的，听者是分辨不出其中的任何音节的。91室内吸声降噪三921.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/4πr2，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)

932.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

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。

943.室内总声场室内某点的声压级为

(2-128)

指向性因数取决于声源的指向性和在室内的位置

Q=1，点声源放置在房间中心；

Q=2，声源放在地面或墙面中间；

Q=4，声源放在两墙面或墙面与地面的交线上；

Q=8，在三面墙的交点上。953.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。963.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】97

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。图2-22室内声压级计算图AB-1198【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Q＝2与r＝10m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

99室内吸声降噪三100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)

(2-132)

(2-142)

101【例2-7】尺寸为14m×10m×3m，体积为420m3，面积为424m2的控制室内有一台空调，安装在10m×3m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。次序项目倍频程中心频率/Hz说明125250500100020004000①距噪声源7m处倍频程声压级/dB606263595754测量②噪声容许值/dB（NR-50）（图2-14）675854504745设计目标值③需要减噪量ΔLp

0499109①-②④处理前房间混响时间/s2.62.42.01.81.61.2测量⑤处理前平均吸声系数

0.060.070.080.090.10.13由式（2-121）计算⑥所需平均吸声系数

0.060.160.410.470.530.54由式（2-132）计算解：设计计算步骤见表2-12表2-12设计计算步骤102计算步骤说明如下：①记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等；②在表的第一行记录噪声的倍频程声压级测量值；③在表的第二行记录NR-50的