第七章机械振动与噪声

Chapter7吸声降噪7.1吸声材料（结构）7.2多孔吸声材料7.3共振吸声结构7.4特殊吸声结构7.5吸声降噪7.1吸声材料（结构）7.1.1吸声材料（结构）的分类7.1.2吸声性能评价量7.1.3吸声系数的测量7.1.1吸声材料（结构）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材料颗粒材料泡沫材料薄板共振吸声结构薄膜共振吸声结构空间吸声体吸声尖劈穿孔板共振吸声结构微穿孔板共振吸声结构多孔吸声材料应用木丝吸音板教室会议室写字楼剧院多孔吸声材料应用珍珠岩吸音板隧道高速公路多孔吸声材料应用玻璃纤维天花板布艺吸音板木质吸音板音乐厅变电室学术报告厅7.1.2吸声性能评价量1.吸声系数2.平均吸声系数和降噪系数3.吸声量4.声阻抗1.吸声系数材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值，与材料性能、声波频率以及入射方向有关。211irIpiiEEErrEE012.平均吸声系数和降噪系数250500100020004降噪系数NRC1252505001000200040006平均吸声系数3.吸声量表示方法：SA房间总吸声量：()iiiAS4.声阻抗反映材料对声能阻抗性能的物理量（ρ0c）1()iiiiiSS平均吸声系数：7.1.3吸声系数的测量(表7-2)测量方法用途特点国家标准驻波管法测量声波垂直入射吸声系数。用于不同材料吸声性能对比；研究试件面积小，装置简单，测量结果精确GB/T18696.1-2004传递函数法测量声波垂直入射吸声系数方便快捷，可同时测量一定频率范围内所有频率处材料的复反射系数、法向声阻抗率和吸声系数GB/T18696.2-2002混响室法测量声波无规入射吸声系数。应用于工程设计、吸声降噪设计计算、材料吸声性能等级评定等设备复杂，混响室体积大，试件面积大GB/T20247-2006024(1)ss7.2多孔吸声材料7.2.1吸声材料构造特性7.2.2吸声机理7.2.3影响材料吸声的因素7.2.1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。7.2.2吸声机理7.2.3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，吸声材料两面的静压强差与气流线速度之比。uPRf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b.材料的孔隙率和密度孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。孔隙大小和结构超细玻璃棉的最佳密度范围为15～25kg/m3吸声系数α5cm厚超细玻璃棉的密度变化对吸声系数的影响频率/Hz岩棉的最佳密度范围为150～200kg/m3c.材料厚度的影响d.材料后空气层的影响e.材料护面层的影响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，使用少常用多孔吸声材料的使用情况常用吸声材料的吸声系数材料厚度cm各种频率(Hz)下的吸声系数装置情况1252505001000200040001、无机材料吸声砖石膏板（花纹）水泥蛭石板石膏砂浆水泥珍珠岩板水泥砂浆砖（清水墙面）6.5－4.02.251.70.050.03-0.240.160.210.020.070.050.140.120.460.160.030.100.060.460.090.640.250.030.120.090.780.300.480.400.040.160.040.500.320.560.420.05-0.060.600.830.560.480.05贴实贴实墙面粉刷2、木质材料软木板木丝板三夹板穿孔五夹板木丝板木质纤维斑2.53.00.30.50.81.10.050.100.210.010.030.060.110.360.730.250.020.150.250.620.210.550.030.280.630.530.190.300.030.300.700.710.080.160.040.330.700.900.120.19-0.31钉在龙骨上贴实后留10cm空气层后留5cm空气层后留5～15cm空气层后留5cm空气层后留5cm空气层3、泡沫材料泡沫玻璃脲醛泡沫塑料泡沫水泥吸声蜂窝板泡沫塑料4.45.02.0-1.00.110.220.180.270.030.320.290.050.120.060.520.400.220.420.120.440.680.480.860.410.520.950.220.480.850.330.940.320.300.67贴实贴实紧靠基层粉刷4、纤维材料矿棉板玻璃棉酚醛玻璃纤维板工业毛毡3.135.08.03.00.100.060.250.100.210.080.550.280.600.180.800.550.950.440.920.600.850.720.980.600.720.820.950.56贴实贴实贴实紧靠墙面粉刷7.3共振吸声结构1.薄板共振吸声结构2.薄膜共振吸声结构3.穿孔板共振吸声结构4.微穿孔板共振吸声结构1.薄板吸声结构系统共振频率：2012rAAcKfD薄板厚度：3-6mm空气层厚度：3-10cm吸声频带：80-300Hz吸声系数：0.2-0.5薄板共振吸声结构吸声原理2.薄膜吸声结构系统共振频率：空气层膜状材料201602rAAcfDD吸声频带：200-1000Hz，吸声系数：0.3～0.43.穿孔板吸声结构单孔时系统共振频率：2()rcPfDt多孔时系统共振频率：224()4rcdfdVt，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：10～25cm吸声带宽：24rffDc2222P=/4P=/23dBdB圆孔正方形排列时圆孔等边三角形排列时tdVα=αmax/2几十HZ—200～300HZ1.空腔深度2.填充多孔吸声材料3.不同穿孔率、空腔深度的穿孔板共振吸声结构进行组合例题1在3mm厚的金属板上钻直径为5mm的孔，板后空腔深20cm，欲吸收频率为200Hz的噪声，试求三角排列的孔中心距。2()rcPfDt由可得P=2%由22P=/23dB可得B=34mm例题2穿孔板厚4mm，孔径8mm，穿孔按正方形排列，孔距20mm，穿孔板后留有10cm深的空腔，试求穿孔率和共振频率。2()3400.1263.1423.140.1(0.0040.008)4600rcPfDtHz22P=/412.6%dB穿孔率例题3某车间内，设备噪声的频率特性在500Hz附近出现一峰值，现使用4mm厚的三夹板制成穿孔板共振吸声结构，空腔深度允许有10cm，试设计结构的其他参数。设计孔径d=3mm2()rcPfDt根据可得P=5.4%2222P=/4()P=/23dBdB正方形排列（等边三角形排列）根据11()12BmmBmm正方形排列（等边三角形排列）可得4.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，吸声结构的理论计算与实测值接近。微穿孔板结构：板厚1.0mm;穿孔率1%～5%;孔径1.0mm;空气层5～20cm7.4特殊吸声结构7.4.1空间吸声体7.4.2吸声尖劈7.4.1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。7.4.2吸声尖劈7.4.2吸声尖劈7.5室内声场和吸声降噪7.5.1室内声场7.5.2吸声降噪7.5.3吸声降噪的设计原则和程序扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波从各个方向传来的概率相等，相位无规，这样的声场叫扩散声场。室内声场直达声场混响声场7.5.1.室内声场距点声源r处的声强为2222244ddddcRWpcIrpRWDcrc24dRWIr距点声源r处的声能密度及声压为：a.直达声场202222200000020010lg10lg10lg10lg44410lg10lg4pddpcRWRWRWWLprprIrIWRWWWrI210lg4pdWRLLr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：许多次反射之间声波传播距离的平均值。4VdS平均自由程cSVcd4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：VcSn41b.混响声场单位时间内壁面吸收的声能为：VcSVDnVDrr4单位时间声源向室内贡献的混响声为：)1(W单位时间内壁面吸收的声能为：VcSVDnVDrr4稳态时：VcSVDWr4)1(cSWDr)1(41SR设：4rWDcR则混响声场中的声压为：RcWpr42相应声压级为：2220004410lg10lg10lgrrppcWWLpRpRI00004410lg10lg10lgWWWRIWWRRLLWpr4lg101SRc.总声场244drWRWDDDrccR222244drRpppcWrR2410lg4pWRLLrR1SR混响半径0.14crRR直达声与混响声声能相等时的距离称为临界距离（半径）。244RrRRθ=1时的临界距离称为混响半径。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于临界半径时，吸声处理才有明显的效果。混响时间计算公式适用场合C.F.Eyring公式用于小空间房间（视听室、演播室）Sabine公式（1）适用于吸声量不大的房间（α0.2）；（2）用于近似计算Eyring-Millington公式用于大空间厅堂（如音乐厅、礼堂、体育馆、影剧院）（α0.2）SVAVT161.0161.060)1ln(161.060SVTmVSVT4)1ln(161.060mVSVT4161.0604.室内声衰减和混响时间在扩散声场中，声源停止发声后声压级下降60dB所需时间，反映室内声能量衰减的快慢程度房间类型T60（s）音乐厅1.5～2.1歌剧院1.2～1.6多功能厅1.2～1.5话剧院、会堂0.9～1.3普通电影院1.0～1.2立体声电影院0.65～0.9体育馆（多功能）2.0音乐录音室1.2～1.6房间类型T60（s）强吸声录音室0.4～0.6电视演播室语言0.5～0.7电视演播室音乐0.6～1.0电影同期录音棚0.4～0.8