2.4噪声控制技术——吸声

1第二章噪声污染及其控制第一节概述第二节声学基础第三节噪声的评价和标准第四节噪声控制技术——吸声第五节噪声控制技术——隔声第六节噪声控制技术——消声第七节有源噪声控制简介2第二章噪声污染及其控制第四节噪声控制技术——吸声吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技术称为吸声。一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低约3～5dB（A），使噪声严重的车间降噪6～10dB（A）。3第二章噪声污染及其控制第四节噪声控制技术——吸声吸声材料一室内吸声降噪三吸声结构二4吸声材料一(一)吸声系数(二)吸声量(二)多孔吸声材料5吸声材料：能吸收消耗一定声能的材料。吸声系数：材料吸收的声能（）与入射到材料上的总声能()之比，即(2-107)(一)吸声系数aiEEaEiE【讨论】：表示材料吸声能力的大小，值在0～1之间，值愈大，材料的吸声性能愈好；＝0，声波完全反射，材料不吸声；＝1，声能全部被吸收。6吸声系数的影响因素材料的结构使用条件声波频率吸声系数影响因素25341材料的性质声波入射角度7【声波频率】同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系数。平均吸声系数：工程中通常采用125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz六个频率的吸声系数的算术平均值表示某种材料的平均吸声系数。通常，吸声材料在0.2以上，理想吸声材料在0.5以上。8【入射吸声系数】工程设计中常用的吸声系数有混响室法吸声系数(无规入射吸声系数)驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数)应用：测量材料的垂直入射吸声系数，按表2-11，将换算为无规入射吸声系数。T000T0.10.20.30.40.50.60.70.80.90.250.400.500.600.750.850.900.9810T表2-11与的换算关系0T9混响室10在混响室中，使不同频率的声波以相等几率从各个角度入射到材料表面，测得的吸声系数。测试较复杂，对仪器设备要求高，且数值往往偏差较大，但比较接近实际情况。在吸声减噪设计中采用。混响室法吸声系数(无规入射吸声系数)11混响室壁面结构12驻波管法简便、精确，但与一般实际声场不符。用于测试材料的声学性质和鉴定。设计消声器。驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数)1314吸声材料一(一)吸声系数(二)吸声量(二)多孔吸声材料15定义：吸声系数与吸声面积的乘积(2-108)式中：——吸声量，m2；——某频率声波的吸声系数；——吸声面积，m2。(二)吸声量（等效吸声面积）ASAS【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。16总吸声量：若组成室内各壁面的材料不同，则壁面在某频率下的总吸声量为(2-109)式中：——第种材料组成的壁面的吸声量，m2；——第种材料组成的壁面的面积，m2；——第种材料在某频率下的吸声系数。(二)吸声量（等效吸声面积）11nniiiiiAASiAiiSiii17吸声材料一(一)吸声系数(二)吸声量(三)多孔吸声材料18四大类主要的吸声材料：①无机纤维材料②有机纤维材料③泡沫材料④吸声建筑材料19玻璃棉板玻璃棉管壳①无机纤维材料例如，玻璃棉、岩棉及其制品2021②有机纤维材料例如，棉麻植物纤维及其木质纤维制品（软质纤维板、木丝板等）软质纤维板木丝板22木丝板的工程实例频率10012516020025031540050063080010001250160020002500315040005000系数0.080.080.110.190.260.260.380.530.640.680.680.560.490.450.530.680.680.83外型尺寸：600×600mm、600×1200mm、1200×2400mm厚度：15/20/25mm吸声系数测试：(后空50mm)23③泡沫材料例如，泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝土等泡沫塑料24泡沫混凝土25④吸声建筑材料例如，膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等膨胀珍珠岩261吸声原理声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波被反射，部分声波透入材料内部微孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的摩擦阻力使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热交换也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。27多孔吸声材料多孔吸声材料是目前应用最广泛的吸声材料。最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主；目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或黏结成毡状或板状。28超细玻璃棉离心玻璃棉板、管29吸音玻璃棉30←超细玻璃棉超细玻璃棉毡→31空调风管322.吸声特性及影响因素特性:高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的相对运动少，摩擦损小，因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以多孔吸收材料常用于高、中频噪声的吸收。33吸声性能的影响因素厚度吸声性能影响因素25341孔隙率与密度空腔使用环境护面层341厚度对吸声性能的影响图2-15不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数理论证明，若吸声材料层背后为刚性壁面，最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声波波长的1/4处。使用中，考虑经济及制作的方便，对于中、高频噪声，一般可采用2～5cm厚的成形吸声板；对低频吸声要求较高时，则采用厚度为5～10cm的吸声板。同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频率向低频方向近似移动一个倍频程由实验测试可知：厚度越大，低频时吸声系数越大；＞2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；增加厚度，可提高低频声的吸收效果，对高频声效果不大。35孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。一般多孔吸声材料的孔隙率＞50%。孔隙率增大，密度减小，反之密度增大。一种多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能的密度范围。2孔隙率与密度【讨论】密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。若厚度不变，增大多孔吸声材料密度，可提高低、中频的吸声系数，但比增大厚度所引起的变化小，且高频吸收会有所下降。36空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层；吸声系数随腔深D（空气层）增加而增加；空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。3空腔对吸声性能的影响图2-16背后空气层厚度对吸声性能的影响0.637多孔材料的吸声系数随空气层厚度的增加而增加，但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。当腔深D近似等于入射声波的1/4波长时，吸声系数最大。当腔深为1/2波长或其整倍数时，吸声系数最小。一般推荐取腔深为5～10cm。天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较大的距离。3空腔对吸声性能的影响38实际使用中，为便于固定和美观，往往要对疏松材质的多孔材料作护面处理。护面层的要求：良好的透气性。微穿孔护面板穿孔率应大于20%，否则会影响高频吸声效果。透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。对成型多孔材料板表面粉饰时，应采用水质涂料喷涂，不宜用油漆涂刷，以防止涂料封闭孔隙。4护面层对吸声性能的影响39有护面的多孔材料吸声结构40温度湿度气流5使用环境对吸声性能的影响温度引起声速、波长及空气黏滞性变化，影响材料吸声性能。温度升高，吸声性能向高频方向移动；温度降低则向低频方向移动。通风管道和消声器内气流易吹散多孔材料，吸声效果下降。飞散的材料会堵塞管道，损坏风机叶片。应根据气流速度大小选择一层或多层不同的护面层。空气湿度引起多孔材料含水率变化。湿度增大，孔隙吸水量增加，堵塞细孔，吸声系数下降，先从高频开始。湿度较大环境应选用耐潮吸声材料。41第二章噪声污染及其控制第四节噪声控制技术——吸声吸声材料一室内吸声降噪三吸声结构二42吸声处理中常采用吸声结构。吸声结构二(一)薄板共振吸声结构(二)穿孔板共振吸声结构(三)微穿孔板吸声结构吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理常用的吸声结构43图2-17薄板共振吸声结构示意图(一)薄板共振吸声结构空气层龙骨龙骨3—阻尼材料4—薄板1－刚性壁面机理：声波入射引起薄板振动，薄板振动克服自身阻尼和板-框架间的摩擦力，使部分声能转化为热能而耗损。当入射声波的频率与振动系统的固有频率相同时，发生共振，薄板弯曲变形最大，振动最剧烈，声能消耗最多。结构入射声波薄金属板、胶合板、硬质纤维板、石膏板等44薄板共振吸声结构的共振频率式中：——板的面密度，kg／m2，，其中m为板密度，kg/m3，t为板厚,m；——板后空气层厚度，㎝。【讨论】增大或增加，共振频率下降。通常取薄板厚度3～6mm，空气层厚度3～10mm，共振频率多在80～300Hz之间，故一般用于低频吸声。吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.2～0.5。MD(2-110)0600fMDMDMmt45空气层龙骨龙骨3—阻尼材料4—薄板1－刚性壁面改善薄板共振吸声性能的措施：在薄板结构边缘（板-龙骨交接处）放置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如矿棉、玻璃棉等。采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频带。46吸声处理中常采用吸声结构。吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理。常用的吸声结构吸声结构二(一)薄板共振吸声结构(二)穿孔板共振吸声结构(三)微穿孔板吸声结构47分类：按薄板穿孔数分为单腔共振吸声结构多孔穿孔板共振吸声结构材料：轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏板等。(二)穿孔板共振吸声结构特征：穿孔薄板与刚性壁面之间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。4849又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单腔共振吸声器入射声波≈结构：1.单腔共振吸声结构封闭空腔壁上开一个小孔与外部空气相通；腔体中空气具有弹性，相当于弹簧；孔颈中空气柱具有一定质量，相当于质量块。图2-18单腔共振吸声结构示意图原理：入射声波激发孔颈中空气柱往复运动，与颈壁摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也最大，消耗声能最多，吸声性能最好。50单腔共振体的共振频率式中——声波速度，m/s；——小孔截面积，m2；——空腔体积，m3；——小孔有效颈长，m，若小孔为圆形则有式中——颈的实际长度(即板厚度)，m；——颈口的直径，m。空腔内壁贴多孔材料时，有02KcSfVl(2-121)【讨论】单腔共振吸声结构使用很少，是其他穿孔板共振吸声结构的基础。0.84Klldld1.2KlldldcSVKl改变孔颈尺寸或空腔体积，可得不同共振频率的共振器，而与小孔和空腔的形状无关。51简称穿孔板共振吸声结构。结构：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将穿孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板后留有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔（孔）共振器并联而成。图2-19穿孔板共振吸声结构小孔或狭缝空气层刚性壁框架2.多孔穿孔板共振吸声结构5253复合穿孔吸声板54阻燃轻质吸声材料矿棉吸声板穿孔铝合金板穿孔FC板55多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率式中：——声波速度，m/s；——小孔截面积，m2；——每一共振单元所分占薄板的面积，m2；——空腔深度，m；——小孔有效颈长，m；——穿孔率，=/。(2-112)cSKl022KKcScPfFhlhlhFPPSF56穿孔率正方形排列：三角形排列：平行狭缝：以上各式中，为孔间距，为孔径。24dPB223dPBdPBBddBdBdB57穿孔板共振吸声结构的吸声特性①背后空气层内填50mm厚玻璃棉吸声材料②背后空气层内填25mm厚玻璃棉吸声材料③背后空气层厚50mm，不填吸声材料④背后空气层厚25mm，不填吸声材料58平面穿孔型吸音板--该吸音板不仅吸声、隔声效果好，防水、防尘