第3章吸声与室内声场.ppt
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1、噪声分类,机械噪声:机械设备运转时,由于摩擦撞击 等产生的噪声; 电磁噪声:电磁元件通入交流电后产生的噪 声,实质为机械噪声; 空气动力噪声: 气体喷出时与周围空气或固 体液体摩擦产生的噪声。,噪声控制概述,第三章 吸声及室内声场,本章内容: 吸声的作用与意义: 降噪 提高室内语言清晰度 吸声系数及其测量方法; 驻波管法 混响室法 吸声降噪方法: 多孔吸声材料法; 共振吸声法:穿孔板法 室内声场: 直达声场; 混响声场 吸声方案设计: 降低噪声声级吸声设计; 降低混响时间吸声设计。,第一节 吸声作用与意义,一、降低室内混响声场声级 声音在室内多次反射,其叠加声级增加512dB,因此一般而言吸声
2、降噪最大的降噪量不超过10dB。 对于1000Hz的声音,降低10dB相当于降低响度级10方,对应的响度降低1倍,吸声降噪效果明显。 说明: 吸声降噪只对混响声场(反射声音)产生作用,对直达声场(声源直接传播声音)无任何降噪作用,所以,吸声只能对室内远离主要声源的区域产生作用。,二、提高室内语言的清晰度 当直达人耳的声音与反射后到达人耳的声音相差50mS (0.05S)时,人耳便能将二者区分开,反射声开始对直达声产生干扰,降低语言的清晰度。 通过吸声方法,可减弱反射声音,降低混响时间,从而提高室内语言清晰度。,第二节 吸收系数及测量方法,一、吸声系数 1.定义: 材料吸收的声能与入射声能之比。
3、,吸声系数说明 (1)在01之间, 0.2材料称为吸声材料; (2)同一材料吸声系数随频率变化 把材料对125、250、500、1000、2000、4000Hz 6个频率吸声系数的代数平均值称为材料的平均吸声系数。 (3)随入射角度不同而不同。,2. 吸声系数分类,根据入射角度,吸声系数经常分为两类: 垂直入射吸声系数 :采用驻波管法测量; 无规则入射吸声系数 : 也称扩散入射吸声系数,采用混响室法测量。,二者无确定对应关系,但可通过实验所测数据获得参考关系:一般无规则入射系数大于垂直入射系数。,与 之间关系:,与 参考换算表,驻波管法 只能测量单一频率垂直入射声音的反射系数。 (1)仪器构造
4、: 驻波管; 可移动声音信号探头; 探头信号处理器; 平面波发声喇叭; 单一频率声音信号发生器; 标尺。,二、吸声系数测量方法,(2)驻波管测量原理: 单一频率的平面波在驻波管内经被测吸声材料反射后形成驻波,移动可动探头测量最大声压Pmax与最小声压Pmin,可获得驻波比:,理论上可得:,2.混响室法,(1) 混响概念 混响:声音在有限空间内多次反射叠加的过程。 混响时间T60: 声源关闭后,混响声能密度衰减为原来的百万分之一(声级衰减60分贝)所需时间。 (2)装置构成: a. 混响室:体积为100200M3,内衬高反射系数 材料(如钢板或瓷砖)的封闭房间。 b. 混响时间测量仪。,(3)混
5、响室测量方法与原理,把待测材料1012M2放入混响室,分别测量放入样前 后的混响时间 和 ,则: 其中: 混响室原墙面吸声系数 V 混响室体积 S 被测材料面积,第三节 多孔吸声材料,一、多孔吸声材料法: 1.多孔吸声材料: 内部具有许多相通微孔或气泡,且微孔与材料表面相通的材料。 2. 吸声机理: 声能引起空气与多孔材料微孔或气泡壁摩擦生热,声能转换为热能。,二、多孔吸声材料吸声吸声频谱特性,说明: (1)与第一吸收峰 对应的频率叫第一共振频率,(2)与第一吸收谷,对应的频率叫第一反共振频率,(3)多孔吸声材料对中高频吸声效果好,吸声频率 范围宽。,三、影响多孔吸声材料吸声特性的因素,材料密
6、度:最佳密度值:如玻璃棉1525kg/m3; 2. 厚度:增加厚度对低频吸收效果有改善,一般525cm,3.后空腔:(P123图7-3) 增加空腔厚度,中低频吸声系数提高;空腔厚度为波长的1/4,吸声系数最大;为波长的1/2,吸声系数最小。,4. 护面层: a. 金属格网、窗纱、丝布:影响小; b. 塑料薄膜:对中频吸声有所提高; c. 穿孔板:20以上穿孔板提高低频吸声系数,贴墙护面吸声结构: 一定厚度的吸声材料直接或以一定厚度的空腔贴在室内墙上。 空间悬挂吸声体 把有罩面的多孔吸声材料悬挂于建筑物屋顶,吸声效果显著。 吸声尖劈: 把吸声材料做成尖劈形状,具有高效吸声效果。,四、多孔吸声材料
7、的应用,空间吸声体式样,垂直悬挂吸声体 (扬州新体育馆),水平悬挂吸声体,杭州大剧院悬挂吸声体,尖劈吸声结构,吸声尖劈,消声室,共振吸声结构形式: 穿孔板(微孔板)共振吸声结构 薄膜、薄板共振吸声结构 薄塑盒式吸声体 共振吸声特点: 吸声吸声系数大;吸声频率范围窄;主要是对低频吸声。,第四节 共振吸声结构,一、穿孔板共振吸声原理,1. 单腔共振吸声模型(亥姆霍斯共振器),当腔孔深度t与直径d远远小于声波波长时,腔体内空气相当于弹簧,腔孔气柱可看成是质量质点,系统如弹簧振子,称作亥姆霍斯共振器。 当亥姆霍斯共振器发生共振时,腔孔气柱与孔壁剧烈摩擦,使声能转换为热能。,2. 单腔共振吸声结构共振频
8、率,其中:c 声速 V 空腔体积 S 腔孔面积(m) t 孔深 孔口末端修正量,对于园孔:,二、穿孔板吸声结构,1. 一般构造 穿孔板及其与墙面构成的空腔构成穿孔板吸声 结 构,其效果相当于多个单腔共振器。 2. 具体构造: 穿孔板穿孔率q: 110 板厚t: 25mm 孔径d:24mm 空腔深度L:1025cm,3. 穿孔率计算方法,孔等三角形排列:,孔正方形排列:,其中: d 孔直径 B 孔中心距,三、穿孔板共振频率,其中: c 声速 q 穿孔率 L 空腔深度 t 板厚 孔口末端修正量(园孔:0.8d , d为孔径) 说明: 穿孔率越高,共振吸声频率越高; 腔深、材料厚度及孔径越小,共振吸
9、声频率越高。 按照前面所给出的穿孔板结构的参数,共振频率 的范围为:3792853Hz。,四、共振吸声频率带宽,1.相对宽度 : f0处吸声系数为 ,f0附近下降至 /2频带的宽度;,2. 绝对宽度 : 吸声系数大于0.5的频带的宽度。,洪宗辉教材给出绝对宽度计算公式:,据此该教材认为吸声带宽与空腔深度L成正比。,实际上考虑到 :,可得出:,应与腔深L无关。,五、穿孔板的改进措施,缩小孔径,(微孔板); 在穿孔板厚腔填充多孔吸声材料,吸声系数增加,带宽也增加; 在同一穿孔板上传不同孔径的孔,形成多个共振吸声频率,吸收不同频率声音,增加带宽; 使用双层不同穿孔率的穿孔板。改进后的穿孔板吸声吸声可
10、达0.9,带宽可达23各倍频程,可满足实际使用要求。,六、微孔板,一般穿孔板缺点:孔径大、吸声系数低、吸声频带窄。20世纪70年代,中科院院士马大猷提出微孔吸声理论,其理论核心是减小穿孔板孔径至1mm以下,可使穿孔板机构吸声效果大大提高。,1. 微孔板吸声结构 孔径:d1mm 板厚:t1mm 穿孔率q:15 空腔深度L:520cm,2. 微孔板吸声效果,吸声系数可达0.9,吸收带宽可达23个倍频程。,微孔板吸声系数实测(驻波管法),微孔板应用实例,1993年德国投资2.7亿马克建成的新国会大厦,由于为圆形结构,大厅中心产生声音聚焦,无法使用。在世界范围内招标进行改造,中国因采用微孔板技术方案而
11、中标。具体工艺方案如下: a. 材料与工艺:有机玻璃板上用激光打微孔; b. 微孔板参数:板厚t=5mm, 孔径d=0.55mm, 孔距B=6mm, 穿孔率q=1.4%,第五节 室内声场,一、室内声场基本概念 平均自由程 声波在室内两次反射之间所经过的距离叫自由程,自由程的统计平均值称为平均自由程d。,计算公式:,其中:V 室内体积 S 房间内壁总面积,由平均自由程可得平均反射时间间隔:,平均单位时间反射次数:,2.室内墙面吸声量平均吸声系数,(1)室内墙壁吸声量定义:,(2)室内墙壁平均吸声量定义:,Si 室内各个墙壁面积, 各墙壁吸声系数。,二、室内声场的建立与消失过程,增长阶段:声源开启
12、,声音多次反射,声能密度不断增加; 稳态阶段:声源提供的声能与墙壁吸收相等,室内声能密 度达到稳定; 衰减阶段:声源关闭,声波继续在室内反射,并逐渐被墙 壁和空气所吸收。,三、稳态室内声场,室内声场直达声场+混响声场 直达声场:声源直接发出、未经反射的声音所形成的 声场; 混响声场:声音经过一次或多次反射在室内形成的声 场(Reverberant Sound Field)。,1. 单个点声源的直达声场,室内点声源直达声场声强:,其中:Id 直达声强 W 声源功率 r 与声源距离 Q 声源指向因子,代表声源在室内被等效加强 的情况,与声源在室内位置有关。,直达声能密度:,直达声场声压:,直达声场
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