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1、第五节 吸声降噪,5.1 概述 5.2 多孔吸声材料 5.3 共振吸声结构 5.4 特殊吸声结构 5.5 吸声设计,5.1 概述,5.1.1 吸声与吸声材料的概念 5.1.2 吸声机理 5.1.3 吸声材料的基本类型 5.1.4 表示材料吸声性能的量 5.1.5 材料吸声性能的测量,5.1.1 吸声与吸声材料的概念,吸声: 声波通过媒质或入射到媒质分解面上时声能的减 少过程,称为吸声或声吸收。 材料吸声: 当媒质的分界面为材料表面时,部分声能被吸收 的现象,称为材料吸声。 吸声材料: 具有较大吸声能力的材料,称为吸声材料。,5.1.2 吸声机理,粘滞性 热传导效应,5.1.3 吸声材料的基本类
2、型,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,5.1.4 表示材料吸声性能的量,1. 吸声系数 2. 吸声量,1. 吸声系数,a.定义: 材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的 比值。,1. 吸声系数,b.表示方法: 考虑到入射方向的不同 无规入射吸声系数 垂直入射吸声系数数 斜入射吸声系数,1. 吸声系数,b.表示方法: 考虑到频率特性: 平均吸声系数: 材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。 工程上常用125、250、500、1000、2000和4000Hz六
3、个频率下测得的吸声系数的算术平均值表示。 降噪系数(NRC): 是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸 声系数的算术平均值。,多孔材料的吸声系数0,多孔材料的吸声系数0,2. 吸声量,表示方法:,一个房间的总吸声量:,5.1.5 材料吸声性能的测量,常用两种测量方法的比较,5.1.5 材料吸声性能的测量,1.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(根据赛宾公式):,A总吸声量,m2; V混响室体积,m3; c声速,m/s; T混响时间,s; m室内空气吸收衰减系数。,1.混响室法测吸声系数的测试原理,安装吸声材料前后
4、,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:,1.混响室法测吸声系数的测试原理,整个房间的吸声系数可表示为:,2. 驻波管法测吸声系数的测试原理,2. 驻波管法测吸声系数的测试原理,3.混响室法测吸声系数与驻波管法测吸声系数的换算:,5.2 多孔吸声材料,5.2.1 吸声机理 5.2.2 吸声材料构造特性 5.2.3 多孔吸声材料的吸声特性,几种多孔性吸声材料,5.2.1 吸声机理,5.2.2 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
5、向外敞开,使声波易于进入微孔内部。,5.2.3 多孔吸声材料的吸声特性,r峰值吸声系数; a第一谷值吸声系数; fr第一共振频率; fa第一反共振频率; f2吸声下限频率; 1f2与fr之间的下半频带宽度; 2fa与fr之间的上半频带宽度;,2.影响材料吸声的因素,a.材料的空气流阻 b.材料的密度或孔隙率 c.材料厚度的影响 d.材料后空气层的影响 e.材料装饰面的影响 f. 温度、湿度的影响,a.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Rs: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
6、性能下降,a.材料的空气流阻(Rf),1材料流阻较低; 2材料流阻较大; 3材料流阻很大。,a.材料的空气流阻(Rf),低Rf :低频段吸收很低,中、高频带吸收较好; 高Rf :低频段有所提高,中、高频带明显下降。 合理的Rs:Rs=1000/d,单位:瑞利/cm,d材料厚度,cm; 或 20cRf40c,即:800Rf1600 瑞利(Pa.s/m) 流阻描述多孔材料的透气性,一般可采用调整材料的体积密度来调节Rf。,b.材料的密度或孔隙率,孔隙率: 材料中的空气体积与材料的总体积的比值。,c多孔材料的密度 s材料的密度,c.材料厚度的影响,c.材料厚度的影响,c.材料厚度的影响,比流阻Rs在
7、102103瑞利/cm时(松软而比重小),增加多孔材料厚度d,低频吸收效果明显改善; Rs达到105瑞利/cm时,增大d,达不到效果,表明密实的吸声材料不必太厚。,常见多孔材料厚度(cm),c.材料厚度的影响,多孔吸声材料厚度的选定 一般根据对低频的吸声要求来选定。 对于同一种多孔材料,当体积密度一定时,共振频率与厚度的乘积(frd)决定吸声系数的大小。,常用多孔材料的吸声特性,例10,为处理某室内以低频(125Hz)为主的噪声,要求使用体积密度为20kg/m3的超细玻璃棉作为吸声材料,使频率在125Hz以上的吸声系数达0.45,则材料厚度应设计为多少厘米?,解:,体积密度为20kg/m3的超
8、细玻璃棉 frd4.0 kHzcm, 共振吸声系数r为0.90以上, 故下限0.90/20.45 又下半频带宽度(4/3)倍频程, 故共振频率fr2f2= 24/3(125)315Hz 所以, 厚度d frd/fr4.01000/31512.7cm,d.材料后空气层的影响,e.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。,f. 温度、湿度的影响,常用吸声材料的使用情况,5.3 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。,5.3 共振吸声结构,5.3.1 共振吸声机理 5
9、.3.2 常用共振吸声结构,5.3.1 共振吸声机理,5.3.1 共振吸声机理,等效声阻抗:,共振频率:,5.3.2常用共振吸声结构,1.空气层共振吸声结构 2.薄膜吸声结构 3.薄板吸声结构 4.穿孔板吸声结构 5.微穿孔板吸声结构,1.空气层共振吸声结构,1空气层厚度为0; 2空气层厚度为100mm; 3空气层厚度为300mm。,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:0.35,3.薄板吸声结构,系统共振频率:,吸声频带: 80-300Hz, 吸声系数:0.2-0.5 薄板厚度:3-6mm 空气层厚度:3-10cm,常用薄板共振吸声
10、结构的吸声系数T,4.穿孔板吸声结构,单孔时系统共振频率:,多孔时系统共振频率:,4.穿孔板吸声结构,穿孔率(P)=穿孔面积/总面积,正方形排列,三角形排列,平行狭缝,d为孔径,B为孔间距,4.穿孔板吸声结构,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%,穿孔板吸声结构的吸声系数T,5.微穿孔板吸声结构,系统共振频率:,共振时最大吸声系数:,5.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
11、算与实测值接近。,5.4 特殊吸声结构,5.4.1 空间吸声体 5.4.2 吸声尖劈,5.4.1 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。,5.4.2 吸声尖劈,5.4.2 吸声尖劈,5.5 吸声设计,5.5.1 吸声设计原则 5.5.2 吸声设计程序 5.5.3 吸声设计计算,5.5.1 吸声设计原则,总原则: 应先对声源进行隔声、消声等处理,当噪声源不宜采用隔 声措施,或采用了隔声手段后仍不能达到噪声的标准时, 可采用吸声处理来作为辅助手段。 基本原则: 1.单独的风机房、泵房、控制室等房间面积较小,所需降 噪量较高时,可对天花板、墙面同时作吸声处理;
12、 2.车间面积较大时宜采用空间吸声体,平顶吸声处理; 3.声源集中在局部区域时,宜采用局部吸声处理,并同时 设置隔声屏障;,5.5.1 吸声设计原则,4.噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理; 5.对于中、高频噪声,可采用20-50mm厚的常规成型吸声 板,当吸声要求较高时可采用5080mm厚的超细玻璃棉 等多孔吸声材料,并加适当的护面层; 6.对于宽频带噪声,可在多孔材料后留50-100mm的空气 层,或采用80-150mm厚的吸声层;对于低频带噪声,可 采用穿孔板共振吸声结构,其板厚通常可取2-5mm,孔径 可取3-6mm,穿孔率小于5;,5.5.1 吸声设计原则,7.对于湿度较高
13、的环境,或有清洁要求的吸声设计,可采用 薄膜覆面的多孔材料或单、双层微穿孔板共振吸声结构, 穿孔板的板厚及孔径均不大于lmm,穿孔率可取0.5-3, 空腔深度可取50一200mm。 8.进行吸声处理时,应满足防火、防潮、防腐、防尘等工艺 与安全卫生要求,兼顾通风、采光、照明及装修要求,也要 注意埋设件的布置。,5.5.2 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减噪量,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,5.5.2 吸声设计程序,(1)确定吸声处理前室内的噪声
14、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2 ; (4)由室内平均吸声系数2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。,5.5.3 吸声设计计算,1.房间平均吸声系数的计算 如果一个房间的墙面上布置有几种不同的材料时,它们 对应的吸声系数和面积分别为1、2、3和Sl、 S2、S3 ,房间平均吸声系数为:,5.5.3 吸声设计计算,
15、2.吸声量的计算,若一个房间的墙面上布置有几种不同的材料时,则房间 的吸声量为:,5.5.3 吸声设计计算,3.室内声压级的计算,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,3.室内声压级的计算,a.直达声场的计算: 距点声源 r 处的声强为,Q-声源的指向性因数 点声源位于自由场空间,Q=1;置于无穷大刚性平面上,Q=2;声源置于两个 刚性平面的交线上,Q=4;声源置于三个刚性反射面的交角上,Q=8),距点声源 r 处的声压及声能密度为:,声源的指向性因数,3.室内声压级的计算,声压级的计算:,3.
16、室内声压级的计算,b.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:,3.室内声压级的计算,b.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:,3.室内声压级的计算,b.混响声场:,室内的混响声能密度为:,设:,混响声场中的声压为:,3.室内声压级的计算,相应声压级为:,3.室内声压级的计算,c.总声场:,3.室内声压级的计算,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。
17、,Q=1时的混响半径称为混响半径。 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。,5.5.3 吸声设计计算,4.混响时间计算,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。 赛宾(Sabine)公式:,V房间容积,m3 A室内总吸声量,m2,4.混响时间计算,艾润(Eyring )公式理论公式:,艾润努特生(Eyring-Millington )公式(当高频时1kHz以上应考虑空气的吸收):,当0.2时,赛宾努特生( Sabine-Milling
18、ton )公式:,例11,某混响室容积为86.5m3,各壁面均为混凝土,房间的总面积为156.2m2,试求250Hz和4000Hz时的混响时间,设空气温度293K,相对湿度为50。已知,壁面平均吸声系数为0.01,在该温度和湿度下房间内空气吸声系数4m0.024m1。,解:,f250Hz,平均吸声系数小于0.2,f4000Hz1000Hz,平均吸声系数小于0.2,应考虑空气吸收,5.5.3 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,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出相应的声压级分别为:,5.5.3 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,吸声前后的声压级之差,即吸声降噪量为:,
19、5.5.3 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,当受声点离声源较近时,降噪量很小。 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:,5.5.3 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,由于:,5.5.3 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,计算实例12,某车间长16m,宽8m,高3m,侧墙边有两台机床,其噪声波及到整个车间。现欲采取吸声降噪措施,试做出在离机器8m以外处使噪声降至NR55的吸声降噪设计? 距机床8m处倍频带声压级及现房间平均吸声系数见下表。,设计计算步骤为:,记录房间尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置 等事项; 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NR-55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,当出现负值 时记为0; 处理前房间平均吸声系数记录在第四行 根据降噪量公式计算出所需的吸声系数,记录在第五行 参考各种材料的吸声系数,使平均吸声系数达到第五行所 列的吸声系数以上,然后确定房间内各部分的装修。,
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