吸声降噪处理

关于吸声降噪处理Chapter7

吸声降噪技术7.1吸声材料的分类和吸声性能的评价7.2多孔性吸声材料7.3共振吸声结构7.4室内声场和吸声降噪7.5吸声设计第2页,共94页，2024年2月25日，星期天

7.1吸声材料的分类和吸声性能的评价

7.1.1吸声材料的分类7.1.2吸声性能评价量第3页,共94页，2024年2月25日，星期天7.1.1吸声材料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状颗粒状泡沫状穿孔板共振吸声结构单个共振器空间吸声体吸声尖劈薄膜共振吸声结构薄板共振吸声结构第4页,共94页，2024年2月25日，星期天多孔性吸声材料、共振吸声结构——只能降低室内噪声，可降低4~12分贝。吸声种类：多孔性吸声材料、共振吸声结构吸声性能：多孔性吸声材料——中高频噪声为主；共振吸声结构——低频噪声为主第5页,共94页，2024年2月25日，星期天7.1.2

吸声性能评价量1.吸声系数2.吸声系数的分类和测量3.吸声性能的单值评价量第6页,共94页，2024年2月25日，星期天1.吸声系数定义：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。第7页,共94页，2024年2月25日，星期天声阻抗a.声阻抗：媒质在一定表面上声阻抗是该表面上有效平均声压与通过该表面上的有效体积速度的比值。b.声阻抗率：媒质上某点的声阻抗率是媒质中某一点的有效声压与该点的有效质点速度的比值。第8页,共94页，2024年2月25日，星期天声阻抗声阻：反映材料阻性的影响。声抗：反映材料惯性和弹性的影响，和频率成一定的函数关系。*声抗/声阻：表示材料的频率选择性。第9页,共94页，2024年2月25日，星期天声阻抗c.声学意义：对自由平面声波：平面声波从空气中入射到材料表面时：第10页,共94页，2024年2月25日，星期天2.吸声系数的分类和测量a、分类：考虑到入射方向的不同，分为：垂直入射吸声系数数斜入射吸声系数无规入射吸声系数第11页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）驻波管法测吸声系数的测试原理第12页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）驻波管法测吸声系数的测试原理第13页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）传递函数法垂直入射吸声系数测量原理:P164（3）混响室法测吸声系数的测试原理：混响时间：声压级衰减60分贝的时间。房间内吸声量与混响时间有关：式中：m---空场混响室条件下的声强衰减系数，s----试件的面积第14页,共94页，2024年2月25日，星期天（3）混响室法测吸声系数的测试原理安装吸声材料前后，房间的总吸声量的变化可表示为：若两次测量时间间隔短及室内温、湿度相差很小。可认为：所以：被测材料的吸声系数可表示为第15页,共94页，2024年2月25日，星期天（3）混响室法测吸声系数的测试原理被测材料的的吸声系数可表示为：第16页,共94页，2024年2月25日，星期天材料吸声性能的测量测量方法用途优点缺点混响室法可测量声波无规入射时的吸声系数和单个物体吸声量。所测量的吸声系数和吸声量可在声学设计工程中应用。试件面积大，安装测量不方便。阻抗管法可测量声波法向入射时的吸声系数和声阻抗率。只能用于不同材料中材料在不同情况下的吸声性能比较；试件面积小，安装测量方便不能测量共振吸声结构，亦不能在声学设计工程中直接使用。常用两种测量方法的比较第17页,共94页，2024年2月25日，星期天混响室法测吸声系数与驻波管法测吸声系数的换算：P166表7-2。第18页,共94页，2024年2月25日，星期天3.吸声性能的单值评价量

考虑到频率特性：（1）平均吸声系数:材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。（倍频程从125Hz-4000Hz共6个倍频程，1/3倍频程从100Hz-5000Hz共18个倍频程）（2）降噪系数：是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得（4个倍频带）的吸声系数的算术平均值。第19页,共94页，2024年2月25日，星期天（3）吸声量表示方法：一个房间的总吸声量：房间的平均吸声系数：第20页,共94页，2024年2月25日，星期天7.2多孔吸声材料7.2.1多孔性吸声材料的吸声机理7.2.2多孔性吸声材料构造特性7.2.3多孔性吸声材料的吸声特性7.2.4影响多孔性吸声材料的吸声性能的因素第21页,共94页，2024年2月25日，星期天几种多孔性吸声材料[1]表面多孔；[2]内部空隙率高；[3]孔与孔相互连通。作为多孔吸声材料必须具备的条件第22页,共94页，2024年2月25日，星期天7.2.1吸声机理粘滞性热传导效应第23页,共94页，2024年2月25日，星期天7.2.2多孔性吸声材料构造特性材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右；孔隙应该尽可能细小，且均匀分布；微孔应该是相互贯通，而不是封闭的；微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。第24页,共94页，2024年2月25日，星期天7.2.3多孔吸声材料的吸声特性图吸声材料的频谱特性曲线第25页,共94页，2024年2月25日，星期天7.2.4影响多孔性吸声材料吸声性能的因素（1）材料的空气流阻（2）材料孔隙率与平均密度的影响（3）材料厚度的影响（4）材料后空气层的影响（5）材料装饰面的影响（6）温度、湿度的影响第26页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）材料的空气流阻（Rf）定义：在稳定气流状态下，吸声材料中的压力梯度与气流线速度之比。比流阻：指单位厚度材料的流阻。过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第27页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）材料的空气流阻（Rf）

1—低流阻

3—高流阻图7-7多孔性吸声材料流阻与吸声系数的关系第28页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）材料孔隙率与密度的影响孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。1、孔隙率与材料的空气流阻有关2、孔隙率与空隙的组织结构有关第29页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）材料平均密度的影响图7-95cm厚超细玻璃棉的密度变化对吸声系数的影响第30页,共94页，2024年2月25日，星期天（3）材料厚度的影响第31页,共94页，2024年2月25日，星期天（4）材料后空气层的影响1空气层厚度为0；2空气层厚度为100mm；3空气层厚度为300mm。第32页,共94页，2024年2月25日，星期天（5）材料装饰面的影响作用：保护吸声材料，防止污染环境。种类：护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。要求：要有良好的通气性。第33页,共94页，2024年2月25日，星期天（6）温度、湿度的影响第34页,共94页，2024年2月25日，星期天主要种类常用材料实例使用情况纤维材料有机纤维材料动物纤维：毛毡价格昂贵，使用较少。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。无机纤维材料玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤维易污染环境或难以加工成制品。矿渣棉：散棉、矿棉毡吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，污染环境施工扎手。纤维材料制品软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等装配式加工，多用于室内吸声。颗粒材料砌块矿渣吸声砖、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。板材珍珠岩吸声装饰板质轻、不燃、保温、隔热。泡沫材料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其他吸声型泡沫玻璃强度高、防水、不燃、耐腐蚀加气混凝土微孔不贯通，使用少常用吸声材料的使用情况第35页,共94页，2024年2月25日，星期天7.3共振吸声结构特点：低频吸收性能好；装饰性强；强度足够；声学性能易于控制。7.3.1概述第36页,共94页，2024年2月25日，星期天7.3.2常用共振吸声结构（1）薄板与薄膜共振吸声结构（2）穿孔板吸声结构（3）微穿孔板吸声结构第37页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）薄板与薄膜共振吸声结构结构：吸声机理系统共振频率：吸声频带：80-300Hz，用于低频吸声吸声系数：0.2-0.5薄板厚度：3-6mm空气层厚度D：3-10cm空气层薄板材料①薄板吸声结构第38页,共94页，2024年2月25日，星期天②薄膜吸声结构系统共振频率：空气层膜状材料吸声频带：200-1000Hz，吸声系数：0.3-0.4作为中频范围的共振吸声结构第39页,共94页，2024年2月25日，星期天薄板或薄膜共振吸声结构设计基本方法？第40页,共94页，2024年2月25日，星期天薄板或薄膜共振吸声结构设计基本方法【1】根据需要确定最大吸声频率，以其为共振频率，确定选用材料及空气层厚度。

板厚取3~6mm，空气层厚度取30~100mm，共振吸声频率约在80~300Hz之间，吸声系数一般为0.2~0.5

【2】薄板的种类

第41页,共94页，2024年2月25日，星期天吸声性能的改善方法有哪些？第42页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）穿孔板吸声结构①单腔共振吸声结构：第43页,共94页，2024年2月25日，星期天单孔时系统共振频率：

式中：C——声波速度，m/s；S——颈口面积，；V——空腔体积，；

——开口末端修正量，m

——颈的有效长度，m；可用下式求得：（圆孔）

式中：t——颈的实际长度，m；d——孔口直径，m。当空腔内壁贴多孔材料时，

第44页,共94页，2024年2月25日，星期天式中：单个空腔共振吸声结构的最大吸声量（共振频率时）:第45页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）穿孔板吸声结构多孔时系统共振频率：第46页,共94页，2024年2月25日，星期天3.穿孔板吸声结构穿孔率（P）=穿孔面积/总面积穿孔面积越大，吸声频率越高。吸声频带：低中频噪声，吸声系数：0.4-0.7薄板厚度：2-5mm孔径：2-4mm穿孔率：1%-10%空腔深度：10-25cm第47页,共94页，2024年2月25日，星期天(3)微穿孔板吸声结构系统共振频率：共振时最大吸声系数：式中：D——腔深（穿孔板与后壁的距离）mm；m——相对声质量；r——相对声阻；C——声速，m/s第48页,共94页，2024年2月25日，星期天(3)微穿孔板吸声结构特点：吸声频带较宽；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；结构简单，设计理论成熟，吸声结构的理论计算与实测值接近。第49页,共94页，2024年2月25日，星期天7.3特殊吸声结构7.3.1空间吸声体7.3.2吸声尖劈第50页,共94页，2024年2月25日，星期天7.3.1空间吸声体特点：悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料；便于安装，装拆灵活。第51页,共94页，2024年2月25日，星期天7.3.2吸声尖劈第52页,共94页，2024年2月25日，星期天7.3.2吸声尖劈第53页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4室内声场和吸声降噪自由声场：？扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向作无规分布的声场叫扩散声场。室内声场直达声场混响声场第54页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.1室内声的声能密度和声压级（1）.直达声场距点声源r处的声强为---声源的指向性因数:点声源位于自由场空间，=1；置于无穷大刚性平面上，=2；声源置于两个刚性平面的交线上，=4；声源置于三个刚性反射面的交角上，=8）距点声源r处的声压及声能密度为：第55页,共94页，2024年2月25日，星期天声源的指向性因数第56页,共94页，2024年2月25日，星期天（1）直达声场：声压级的计算：第57页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）混响声场：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：室内自由程的平均值。声速为c时，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：第58页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）混响声场：单位时间声源向室内贡献的混响声为：混响声的声能密度为：反射一次，壁面吸收的声能为：单位时间内壁面吸收的声能为：稳态时：第59页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）混响声场：室内的混响声能密度为：设：混响声场中的声压为：第60页,共94页，2024年2月25日，星期天（2）混响声场：相应声压级为：第61页,共94页，2024年2月25日，星期天（3）总声场：室内声场的总声能密度：室内声场的声压：室内声场的声压级：第62页,共94页，2024年2月25日，星期天室内声压级的计算第63页,共94页，2024年2月25日，星期天（4）混响半径当直达声与混响声的声能相等时的距离称为临界半径。=1时的临界半径称为混响半径。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大超过临界半径时，吸声处理才有明显的效果。第64页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.2室内声衰减和混响时间（1）室内声衰减（2）混响时间定义：当声源停止发声后声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级下降60dB所需的时间，叫做混响时间。Sabine公式：当α<0.2时，V—房间容积，m3A—室内总吸声量，m2第65页,共94页，2024年2月25日，星期天设稳态声场的平均声能密度为，声源停止时刻t=0，房间的平均吸声系数为。则声音经第一次反射后的平均声能密度降低为：

第二次反射后为：经n次反射后：单位时间反射的次数：t秒时间内发生反射的总次数为：此时室内平均声能密度为：

第66页,共94页，2024年2月25日，星期天根据混响时间的定义得：由此解得：取c=344m/s，得C.F.Eyring公式：当平均吸声系数<0.2时，，上式可简化为：（Sabine公式）第67页,共94页，2024年2月25日，星期天以上公式只考虑了房间壁面的吸收作用。如果考虑空气的吸声，经空气吸收后，声能密度降低为原来的。则：

第68页,共94页，2024年2月25日，星期天根据混响时间的定义得：第69页,共94页，2024年2月25日，星期天由此解得：（Eyring-Millington公式：第70页,共94页，2024年2月25日，星期天4.混响时间计算C.F.Eyring公式:赛宾公式：Eyring-Millington公式:当α<0.2时，当α<0.2时，第71页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.3吸声降噪设R1、R2分别为室内设置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:吸声前后的声压级之差，即吸声降噪量为:第72页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.3吸声降噪吸声前后的声压级之差，即吸声降噪量为:在声源附近，直达声占主要地位，即，当受声点离声源较近时，降噪量很小。第73页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.3吸声降噪当受声点离声源较远时（混响半径以外），降噪量可简化为：由于房间内吸声系数均较小，上式可简化为：第74页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.3吸声降噪由于：第75页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.3吸声降噪P192α2/α1或T1/T21234568102040降噪量（dB）0356789101316表数据反映了什么问题？第76页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4吸声减噪设计7.4.4.1吸声设计原则7.4.4.2吸声设计程序7.4.4.3吸声设计举例第77页,共94页，2024年2月25日，星期天吸声降噪效果的计算（1）室内的声压级（2）吸声降噪的计算a一个声源：b、多个声源：

第78页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4吸声减噪设计7.4.4.1吸声设计原则(1)先对声源进行隔声、消声等处理，如改进设备、加隔声罩、消声器或建隔声墙、隔声间等。(2)只有当房间内平均吸声系数很小时，采取吸声处理才能达到预期效果。单独的风机房、泵房、控制室等房间面积较小，所需降噪量较高，宜对天花板、墙面同时作吸声处理；车间面积较大时，宜采用空间吸声体，平顶吸声处理；声源集中在局部域时，宜采用局部吸声处理，并同时设置隔声屏障；噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理。第79页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4.1吸声设计原则(3)在靠近声源直达声占支配地位的场所，采取吸声处理措施，不能达到理想的降噪效果。(4)通常吸声处理只能取得4~12的降噪效果，通过吸声处理，想得到更大的降噪效果，往往是不现实的。(5)一般若噪声中，高频成分很强，可选用多孔吸声材料；若中、低频成分很强，可选用薄板共振吸声结构或穿孔板共振吸声结构；若噪声中各个频率成分都很强，则可选用复合穿孔板或微穿孔板吸声结构。这都不是绝对的，常常要把几种方法结合在一起，力争达到最好的吸声效果。第80页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4.1吸声设计原则(6)在选择吸声材料或结构时，还必须考虑到防火、防潮、防腐蚀、防尘等工艺要求。(7)在选择吸声处理方式时，必须兼顾通风、采光、照明及装修、施工、安装的方便要求，同时还要省工、省料，考虑经济因素。第81页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4.2吸声设计程序根据声源特性估算受声点的各频带声压级确定各吸声面的吸声系数了解环境特点，选定噪声控制标准计算各频带所需吸声量计算室内应有的吸声系数确定受声点允许的噪声级和各频带声压级选择合适的吸声材料第82页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4.2吸声设计程序(1)确定吸声处理前室内的噪声级和各倍频带的声压级并了解噪声源的特性，选定相应的噪声标准；(2)确定降噪地点的允许噪声级和各倍频带的允许声压级，计算所需吸声降噪量∆Lp；(3)根据降噪量值，计算吸声处理后应有的室内平均吸声系数α2；(4)由室内平均吸声系数α2和房间可供设置吸声材料的面积，确定吸声面的吸声系数；(5)由确定吸声面的吸声系数，选择合适的吸声材料或吸声结构、类型、材料厚度、安装方式等。第83页,共94页，2024年2月25日，星期天7.4.4.3吸声设计举例例1：工程名称：某车间房间情况：8m×6m×4m；内墙均为砖墙，表面粉刷，混凝土平顶，水磨石地面，墙上装有玻璃窗12，木门4。噪声源：在靠近6m×4m墙的中间部位。控制要求：距噪声源4m处符合NR60曲线。项目倍频程中心频率/Hz说明125250500100020004000距噪声源4m处倍频程声压级（dB）766974716660现场测量第84页,共94页，2024年2月25日，星期天第85页,共94页，2024年2月25日，星期天设计计算步骤:第86页,共94页，2024年2月25日，星期天计算实例例2：某厂控制室：房间尺寸为14m×10m×3m，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。噪声源为房间内的空调设备，位