共振吸聲結(jié)構(gòu)

1、建筑空間的圍蔽結(jié)構(gòu)和空間中的物體，在聲波激發(fā)下會發(fā)生震動，振動著的結(jié)構(gòu) 和物體由于自身內(nèi)摩擦和與空氣的摩擦，要把一部分振動能量轉(zhuǎn)變成熱能而損 耗。根據(jù)能量守恒定律，這些損耗的能量都是來自激發(fā)結(jié)構(gòu)和物體振動的聲波能 量，因此，振動結(jié)構(gòu)和物體都會消耗聲能，產(chǎn)生吸聲效果。結(jié)構(gòu)和物體有各自的 固有振動頻率，當聲波頻率與結(jié)構(gòu)和物體的固有頻率相同時，就會發(fā)生共振現(xiàn)象。 這時，結(jié)構(gòu)和物體的振動最強烈，振幅和振速達到極大值，從而引起能量損耗也 最多。因此，吸聲系數(shù)在共振頻率處為最大。一種常有的看法認為：聲場中振動著的物體，尤其是薄板和一些腔體，在共 振時會“放大”聲音。這是一種誤解，是把機械力激發(fā)物體振動（如

2、樂器）向空 氣輻射聲能時的共鳴現(xiàn)象和空氣中聲波激發(fā)物體振動時的共振現(xiàn)象混混肴了。即 使前者振動物體也不是真正的放大了聲音，而是提高可輻射聲能的效率，使機械 激發(fā)力做工更有效的轉(zhuǎn)化成聲能，而振動物體自身還是從激發(fā)源那里吸收能量并 加以損耗。利用共振原理設計的共振吸聲結(jié)構(gòu)一般有兩種：一種是空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)， 一種是薄板或薄膜吸聲結(jié)構(gòu)。需要指出的是，處于聲場中的所有物體都會有聲波 激發(fā)下產(chǎn)生振動，只是振動的程度強弱不同而已，有時，一些預先沒有估計到的 物體會產(chǎn)生相當大的吸聲，例如大廳中包金屬皮燈罩，可能在某個低頻頻率發(fā)生 共振，因為燈多，燈罩展開面積大，結(jié)果產(chǎn)生不小的吸聲量?？涨还舱裎暯Y(jié)構(gòu)空腔共振

3、吸聲結(jié)構(gòu)，是結(jié)構(gòu)中間封閉有一定體積的空腔，并通過有一定深度 的小孔和聲場空間連通，其吸聲機理可以用亥姆霍茲共振器來說明。圖12-4（a） 為共振器示意圖。當孔的深度t和孔徑d比聲波波長小的多時孔徑中的空氣柱的 彈性變形很小，可以作為質(zhì)量塊來處理。封閉空腔V的體積比孔徑大的多，起 著空氣彈簧的作用，整個系統(tǒng)類似圖中（b）所示的彈簧振子。當外界入射聲波 頻率f和系統(tǒng)固有頻率f0相等的，孔徑中的空氣柱就由于共振而產(chǎn)生劇烈振動，在振動過程中，由于空氣柱和孔徑側(cè)墻摩擦而消耗聲能。（a）亥姆霍茲器示意圖；（b）機械類比系統(tǒng)；（c）穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)亥姆霍茲共振器的共振頻率f可用下式計算:(12-5)式中 c聲

4、速，一般取34000cm/sS一頸口面積，cm2；V一空腔容積，cm3； t孔徑深度，cm;6 開口末端修正量，cm。因為頸部空氣柱兩端附近的空氣也參加振動， 所以要對t加以修正。對于直徑為d的圓孔，6 =0.8d。亥姆霍茲共振器在共振頻率附近吸聲系數(shù)較大，而共振頻率意外的頻段，吸 聲系數(shù)下降很快。吸收頻帶窄和共振頻率較低，是這種吸聲結(jié)構(gòu)的特點，因此建 筑上較少單獨采用。在某些在上環(huán)境中，噪聲頻譜在低頻有十分明顯的峰值的， 可采用亥姆霍茲共振器組成吸聲結(jié)構(gòu)，使其共振頻率和在上峰值頻率相同，在此 頻率產(chǎn)生較大吸收。亥姆霍茲共振器可用石膏澆注，也可采用專門制作的帶孔徑 的空心磚或空心砌磚。不同的砌

5、塊或一種砌塊不同砌筑方式，可組合成多種共振 器，達到較寬頻帶的吸收，見圖12-5。如果在空口處放上一些多空材料（如超細 玻璃棉、礦棉），或附上一層薄的紡織品，則可提高吸聲性能，并使吸收頻率范 圍適當變寬。，由工一與 主時壬忙做菱俺;為堂 保jTt砂2ft示:_成IF各種穿孔板、狹縫板背后設置空氣層形成吸聲結(jié)構(gòu)，也屬于空腔共振吸聲結(jié) 構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)取材方便，并有較好的裝飾效果，所以使用較廣泛，見圖L2-6。通 常的有穿孔的石膏板、石棉水泥板、膠合板、硬質(zhì)纖維板、鋼板、鋁板等。對于穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，相當于許多并列的亥姆霍茲共振器，每一個開孔和背后的空腔對應，見圖12-4 （c）。穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率是: . M ,圖12-6穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)實例1-空氣層；2-多空吸聲材料；3-穿孔板4-布（玻璃布）等護面層；5-木板條（Hz）（12-6）式中c-聲速，cm/s；L 板后空氣層厚度，