3.吸声技术

SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering第三章噪声控制技术－吸声Chapter3.Technologyofnoisereduction——noiseabsorption王志权ByWangZhiquanCollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering第一节概述第二节吸声材料第三节吸声结构体第四节吸声设计第三章噪声控制技术－吸声CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering第一节概述1.声音传播途径声源传播途径接受点在声源处抑制噪声在声传播途径中控制：吸声、消声、隔声、阻尼减振等接受点的保护CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering2.主要考量因素：噪声源特性以及降噪量大小降噪遵循预防为主、全过程防治的基本操作原则——技术、经济因素——降噪方法：通常是采取综合防治措施，即吸声、消声、隔声、隔振和阻尼装置等措施同时使用。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering吸声是噪声污染控制的一种重要手段，是一种在噪声传播途径上控制噪声污染的方法，常用于室内减噪。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering3.室内噪声的来源：直达声：声音直接通过空气传播混响声：室内各墙壁面反射回来混响声易造成声污染，使室内噪声级增加；如：一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出5-10dB；也会对听觉造成干扰。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering混响声的声音强弱，取决于室内各种物体表面的吸声能力。有的能增强，有的通过声能量的吸收而降低噪声水平。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering1.吸声概念当声波入射到物体表面时，部分入射声能被物体表面吸收转化为其他形式的能量，这种现象叫“吸声”。在噪声污染控制工程设计中，常利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声。合理布置吸声材料，可降低混响声5-10dB。第二节吸声材料CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering2.吸声机理吸声材料是一种松软多孔的物质，声波以声能的形式投射到多孔材料表面时，一部分声波从多孔材料表面反射，另一部分声波进入材料的孔隙，引起孔隙内的空气和材料本身振动，由于多孔材料表面与空气的内摩擦（摩擦力来自空气的压缩、膨胀）作用，将一部分声能转变成热能，此外，声音在多孔材料内经过多次反射也进一步衰减。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering所以，当进入多孔吸声材料内的声波再返回时，声波能量已衰减很多，大部分被多孔吸声材料消耗掉了，从而使声音的能量减小，达到降噪的目的。吸声机理：压缩、膨胀、摩擦、产热降低声音能量。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering材料特征：内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有通气性。良好的吸声材料需具备三点要求：多孔孔间贯通与外界联通CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering3.影响多孔吸声材料吸声性能的主要因素：材料孔隙率（q）孔隙率：多孔材料中通气的孔隙体积与材料总体积之比。一般多孔材料的孔隙率在70％以上，有的高达90％。同时要求这些孔隙尽可能细小且分布均匀，这样，材料内孔隙的总表面积较大，利于声能的吸收。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering吸声材料的结构特性（此处指材料的厚度和密度）材料密度：随着材料密度的增大，最大吸声系数αmax向低频方向移动。材料厚度：多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高频区吸声系数较大；多孔材料对低频率声音吸声效果差，即在低频区吸声系数较小；CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering随着材料厚度的增加，吸声最佳频率向低频方向移动，即低频范围的吸声性能随材料厚度的增加而提高，但厚度增加对高频声的吸收影响不明显，因高频声在吸声材料表面即被吸收。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering厚度每增加1倍，最大吸收频率（或频谱曲线）向低频方向移动一个倍频程；实际应用中，多孔吸声材料的厚度一般取30-50mm就可以，如果需要提高低频吸声效果，厚度可取50-100mm，必要时也可大于100mm，再大就不经济了，特别是当材料厚度相当大时，此时由于厚度引起的吸声变化就不明显了。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering125250500100020004000（Hz）1.00.80.60.40.2（α）10cm5cm2.5cm密度为15kg/m3超细玻璃棉的吸声特性（吸声系数随材料厚度增加的变化规律）CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering4.材料吸声特性的物理量吸声系数（α）：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，常用来描述吸声材料或吸声结构的吸声能力。吸声系数越大，吸声性能越好。当α＝0时，无吸声当α＝1时，完全吸收，无声能反射CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering），（－－1002100EEEEEEE0EE1E2CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering（1）影响因素材料的物理性质：不同材料具有不同的吸声能力，一般0.2～1。声波频率：α是f的函数，同一种材料对声音的不同频率有相对应的α值，所以表征材料的α时，必须指明哪个频带。如150mm厚，密度为20kg/m3的玻璃棉，入射声波为500Hz，α＝0.85；入射声波为125Hz，α＝0.50。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering声波的入射角（方向）通过调控吸声材料和结构体的安装条件来改变入射角的大小。由于声波的入射角不同，所测量的吸声系数有三种不同的相应表达方法（稍后介绍）。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering（2）不同吸声材料的吸声系数：密度小，孔隙多的材料（如玻璃棉，泡沫的塑料）等吸声性能好，吸声系数大。坚硬光滑，结构密实的材料（如混凝土水泥粉刷墙，水磨石墙体等），吸声系数小。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering鉴于声波频率对吸声系数的影响，工程中，通常用125Hz，500Hz，1KHz，2KHz，4KHz六个倍频程的中心频率的吸声系数的算术平均值来表示材料的吸声频率特性。这个表示量，也称“平均吸声系数”一般的，α大于0.2才是吸声材料，α大于0.5就是理想的吸声材料。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering（驻波管法）CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineeringCollegeofChemicalandEnvironmentalEngineeringCollegeofChemicalandEnvironmentalEngineeringCollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering（3）三种不同的吸声系数表达方法（依据测量时入射角度不同划分）由于入射角度对吸声系数影响较大，测量时入射角不同，有不同的测试结果，表示方法也不同，因此规定了三种不同的α。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering垂直入射吸声系数（α0）驻波管法吸声系数，多用于材料性质的鉴定与研究。优点：简便易测缺点：所得数据与实际常有一定误差。斜入射吸声系数实际中一般情况下应用不多，特定的场合有时推荐使用这种方法。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering无规则入射吸声系数（αT）又称，“混响室法吸声系数”，实际应用多，具普遍意义，包括了各种入射角，测定的是声波从各个角度以相等的几率入射到材料表面所得到的吸声系数。是在专门的声学实验室混响室中测定的，花费较大。常作为工程设计依据。在工程中可以用α0来得到αT。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineeringCollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering吸声量：工程上评价一种吸声材料的实际吸声效果时，通常用该量进行评价，用A表示，单位m2。定义：吸声系数与所使用的吸声材料的面积之乘积。A＝αS，注：面积必须为向着自由空间完全敞开的面积。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering当评价某空间的吸声量时，需要对空间内各吸声面积与吸声系数的乘积进行求和，得到该空间的总吸声量。iiiSACollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering5.多孔性吸声材料分类一般分为三大类：纤维类、泡沫类、颗粒类其中，纤维类：无机纤维类、有机纤维类CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering无机纤维（如玻璃棉、岩棉及其制品）超细玻璃棉：最常用的吸声材料。优点：质轻，柔软，耐高温，耐腐蚀，防蛀，抗冻。缺点：吸水率高，弹性差，填充不均匀。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering矿渣棉：优点：质轻、防火、耐高温，耐腐蚀，防蛀。缺点：杂质多，易脆，在风速大，要求洁净的场合不宜使用。岩棉：新型吸声材料。优点：隔热，耐高温。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering有机纤维类吸声材料主要是由各种植物纤维如棉麻、甘蔗、稻草、棕丝等加工压制成的各种软质纤维板。优点：原材料属于可再生生物质资源，吸声性能好且价格低。缺点：易潮，易变质腐烂，从而降低吸声性能。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering泡沫塑料材料聚氨酯，聚醚乙烯，聚氯乙烯等优点：具良好的弹性，容易填充均匀，密度小。缺点：不防火，易燃，易老化。目前运用最多的是聚氨酯泡沫塑料。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering颗粒类吸声材料（建筑吸声材料）如：微孔吸声砖，加气混凝土，矿渣水泥，多孔陶土砖等。保温，防潮，耐热，耐蚀，抗冻等。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering第三节吸声结构体工程中常采用空间结构体吸声降噪。实为将吸声材料加外包装（护面结构）和框架制成的。可以做成各种几何体形状，吸声材料的各个表面都能同声波接触，起到空间吸声的作用。CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineering空间吸声体吸声性能好，便于安装。工程上，一般要求用便于安装，质量轻等，因此空间吸声体常采用超细玻璃棉作为填充材抖．采用木架或金属框等作为为支撑结构，采用玻璃丝布作为外包装材料，有时也采用穿孔率大于20％的穿孔板作为外包装，但采用此包装时相对重量和价格比采用玻璃丝布要高。空间吸声体示意图CollegeofChemicalandEnvironmentalEngineeringColle