湖大噪聲控制工程講義02噪聲控制技術(shù)-1吸聲和室內(nèi)聲場(chǎng)

第二篇噪聲控制技術(shù)噪聲按傳播途徑可分為固體聲、氣體聲、液體聲，但在噪聲控制中主要涉及到氣體聲與固體聲，特別是氣體聲。噪聲控制的基本程序是從聲源調(diào)查入手，通過(guò)傳播途徑分析、降噪量確定等一系列步驟再選定最佳方案，最后對(duì)噪聲控制工程進(jìn)行評(píng)價(jià)。本篇主要講述聲學(xué)控制技術(shù)。噪聲控制的基本程序框圖如下圖所示：聲源分布、頻率特性、時(shí)間特性噪聲源測(cè)量和分析聲源分布、頻率特性、時(shí)間特性噪聲源測(cè)量和分析傳播途徑有空氣聲、固體聲傳播途徑調(diào)查和分析傳播途徑有空氣聲、固體聲傳播途徑調(diào)查和分析受影響區(qū)域調(diào)查受影響區(qū)域調(diào)查危害狀況、本底噪聲、允許標(biāo)準(zhǔn)危害狀況、本底噪聲、允許標(biāo)準(zhǔn)聲源分布、頻率特性、時(shí)間特性降噪量確定聲源分布、頻率特性、時(shí)間特性降噪量確定制定控制方案總降噪量，聲源、途徑降噪量制定控制方案總降噪量，聲源、途徑降噪量設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)施工聲質(zhì)量評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性評(píng)價(jià)工程評(píng)價(jià)聲質(zhì)量評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性評(píng)價(jià)工程評(píng)價(jià)第一章吸聲和室內(nèi)聲場(chǎng)室內(nèi)聲學(xué)的一些基本知識(shí)1.1.1室內(nèi)聲場(chǎng)和擴(kuò)散聲場(chǎng)聲在室內(nèi)聲場(chǎng)的傳播規(guī)律要比自由聲場(chǎng)復(fù)雜得多，除了聲源發(fā)出的聲音構(gòu)成直達(dá)聲場(chǎng)外，還存在室內(nèi)壁面和各類(lèi)物體、包括人員產(chǎn)生的反射聲場(chǎng)。許多噪聲控制問(wèn)題，往往涉及的是室內(nèi)聲源形成的室內(nèi)聲場(chǎng)。解決這一類(lèi)問(wèn)題必須了解室內(nèi)聲學(xué)的一些基本知識(shí)。室內(nèi)聲場(chǎng)為便于研究，通常把房間內(nèi)的聲場(chǎng)分解成兩部分：從聲源直接到達(dá)受聲的直達(dá)聲形成的聲場(chǎng)叫直達(dá)聲場(chǎng)；經(jīng)過(guò)房間壁面一次或多次反射后到達(dá)受聲點(diǎn)的反射形成的聲場(chǎng)叫混響聲場(chǎng)。由于壁面的聲學(xué)性質(zhì)不可能處處均勻，房間形狀一般也不規(guī)則，室內(nèi)人和物對(duì)聲音的反射現(xiàn)象更是十分復(fù)雜，聲音經(jīng)過(guò)多次反射，室內(nèi)聲場(chǎng)中聲音的傳播規(guī)律和露天半自由聲場(chǎng)強(qiáng)烈地依賴(lài)于房間的大小和房?jī)?nèi)各個(gè)表面的反射性質(zhì)。擴(kuò)散聲場(chǎng)擴(kuò)散聲場(chǎng)是指有聲源的房間內(nèi)，聲能量密度處處相等，并且在任何一點(diǎn)上，從各個(gè)方向傳來(lái)的聲波幾率都相等的聲場(chǎng)。在這種理想化的聲場(chǎng)中，聲波的相位是無(wú)規(guī)則的。一般情況下，對(duì)于所有內(nèi)壁面均光滑、堅(jiān)硬，并且天花板、四壁為一定不規(guī)則形狀的大房間，聲源在室內(nèi)產(chǎn)生的聲場(chǎng)非常接近擴(kuò)散聲場(chǎng)。平均自由程聲波在房間內(nèi)兩次相鄰反射間的路程稱(chēng)作自由程，對(duì)于一個(gè)房間，自由程的平均值叫平均自由程。理論和試驗(yàn)證明，在擴(kuò)散聲場(chǎng)中，平均自由程與房間形狀、聲源位置無(wú)關(guān)，可用下式表示：d=4V/S,式中d為平均自由程，單位為米；V為房間容積，S為房間內(nèi)表面總面積。當(dāng)聲速為c時(shí)，聲波傳播一個(gè)自由程所需時(shí)間τ為：τ=d/c=4V/cS，故單位時(shí)間內(nèi)平均反射次數(shù)n為：n=1/τ=cS/4V1.1.2平均吸聲系數(shù)與室內(nèi)聲音衰減1.平均吸聲系數(shù)聲波在室內(nèi)碰到壁面(包括天花板與地板)時(shí)，一部分入射聲波要被壁面吸收，其他部分發(fā)生反射。被壁面吸收的能量與入射能量的比值稱(chēng)為壁面的吸聲系數(shù)αi。在擴(kuò)散聲場(chǎng)中，聲能向各方向的傳遞幾率相同，因此吸聲系數(shù)應(yīng)是對(duì)所有入射角的平均結(jié)果。可用下式表示：。平均吸聲系數(shù)實(shí)際上表示房間壁面單位面積的平均吸聲能力，也稱(chēng)單位面積的平均吸聲量。由于反射聲的存在，同樣聲源條件，室內(nèi)聲場(chǎng)要遠(yuǎn)高于自由聲場(chǎng)。2.室內(nèi)聲音的衰減及混響、混響時(shí)間的計(jì)算當(dāng)聲源開(kāi)始向室內(nèi)輻射聲能時(shí)，聲波在室內(nèi)空間傳播，當(dāng)遇到壁面時(shí)，部分聲能被吸收，部分被反射；在聲波的繼續(xù)傳播中多次被吸收和反射，在空間就形成了一定的聲能密度分布。隨著聲源不斷供給能量，室內(nèi)聲能密度將隨時(shí)間而增加，這就是室內(nèi)聲能的增長(zhǎng)過(guò)程。可用下式表示：當(dāng)聲場(chǎng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，若聲源突然停止發(fā)聲。室內(nèi)受聲點(diǎn)上的聲能并不立即消失，而要有一個(gè)過(guò)程。首先是直達(dá)聲消失，反射聲將繼續(xù)下去。每反射一次，聲能吸收一部分，因此，室內(nèi)聲能密度逐漸減弱，直到完全消失，這一過(guò)程稱(chēng)為“混響過(guò)程”或“交混回響”，用下式表示：，由上式可見(jiàn)，在衰減過(guò)程中，D(t)隨t的增加而減小。室內(nèi)總吸聲量A越大，衰減越快，房間容積V越大，衰減越慢。1.1.3擴(kuò)散聲場(chǎng)中的聲能密度和聲壓級(jí)1.直達(dá)聲場(chǎng)設(shè)點(diǎn)聲源的聲功率是W，在距點(diǎn)聲源r處，直達(dá)聲的聲強(qiáng)為：，式中Q為指向性因子。據(jù)I=p2/ρc，D=p2/ρc2得距點(diǎn)聲源r處直達(dá)聲的聲壓及聲能密度分別為：，相應(yīng)的聲壓級(jí)為。2.混響聲場(chǎng)在混響聲場(chǎng)中，單位時(shí)間聲源向室內(nèi)貢獻(xiàn)的混響聲為W(1－α),設(shè)混響聲能密度為Dr，則總混響聲能為DrV，每反射一次，吸收，每秒反射cS/4V次，則單位時(shí)間吸收的混響聲能為，當(dāng)單位時(shí)間聲源貢獻(xiàn)的混響聲能與被吸收的混響聲能相等時(shí)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即：W(1－α)=，因此，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，室內(nèi)的混響聲能密度為：，設(shè)房間常數(shù)，由此得到，混響聲場(chǎng)中的聲壓，相應(yīng)的聲壓級(jí)為。3.總聲場(chǎng)把直達(dá)聲場(chǎng)和混響聲場(chǎng)疊加，就得到總聲場(chǎng)?？偮晥?chǎng)地的聲能密度D為：總聲場(chǎng)的聲壓平方值為總聲場(chǎng)的聲壓級(jí)為從上式可看出，由于聲源的聲功率級(jí)是給定的，因此房間中各處的聲壓級(jí)的相對(duì)變化就由右式第二項(xiàng)10lg（Q/4πr2+4/R）決定。當(dāng)房間的壁面為全反射時(shí)，為0，房間常數(shù)也為0，房間內(nèi)聲場(chǎng)主要為混響聲場(chǎng)；當(dāng)為1，房間常數(shù)R為無(wú)窮大，房間內(nèi)只有直達(dá)聲，類(lèi)似于自由聲場(chǎng)。對(duì)于一般的房間，總是介于上述兩種情況之間，房間常數(shù)大致在幾十到幾行之間。4.混響半徑由上式可知，在聲源的聲功率級(jí)為定值時(shí)，房間內(nèi)的聲壓級(jí)由受聲點(diǎn)到聲源距離r和房間常數(shù)R決定。當(dāng)受聲點(diǎn)離聲源很近時(shí)，Q/4πr2遠(yuǎn)大于4/R,室內(nèi)聲場(chǎng)以直達(dá)聲為主，混響聲可以忽略；當(dāng)受聲點(diǎn)離聲源很遠(yuǎn)時(shí)，Q/4πr2遠(yuǎn)小于4/R，室內(nèi)聲場(chǎng)以混響聲為主直達(dá)聲可以忽略，這聲壓級(jí)與距離無(wú)關(guān)；當(dāng)Q/4πr2=4/R時(shí)，直達(dá)聲與混響聲的聲能相等，這時(shí)候的距離r稱(chēng)為臨界半徑，記為rc,，當(dāng)Q=1時(shí)的臨界半徑又稱(chēng)為混響半徑。因?yàn)槲暯翟胫粚?duì)混響聲起作用，當(dāng)受聲點(diǎn)與聲源的距離小于臨界半徑時(shí)，吸聲處理對(duì)該點(diǎn)的降噪效果不大；反之，當(dāng)受聲點(diǎn)離聲源的距離大大超過(guò)臨界半徑時(shí)，吸聲處理才有明顯的效果。1.1.4混響和混響時(shí)間的計(jì)算1.混響通常將一次與多次反射聲的疊加稱(chēng)為混響，在混響聲場(chǎng)中，由于4/R>>Q/4πr2，則混響聲場(chǎng)中的聲壓級(jí)為L(zhǎng)p=Lw+10lg（4/R）或Lp=Lw－10lgR+6。例題：某機(jī)器其指向特性為1，在2000Hz倍頻中聲功率級(jí)為120dB（A）,機(jī)器在一小房間內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，此房間在2000Hz倍頻帶中的房間常數(shù)為9.29m2。求：在該混響聲場(chǎng)中的聲壓級(jí)；高于混響聲聲壓級(jí)1dB（A）的空間點(diǎn)距機(jī)器多遠(yuǎn)？解：(1)由Lp=Lw－10lgR+6得Lp=120－10lg9.29+6=116dB（2）由再依已知條件對(duì)唯一的未知數(shù)r求解，得代入已知條件求得r=1.06米2.混響時(shí)間混響的理論是賽賓在1900年提出的，混響時(shí)間的定量計(jì)算，迄今為止在廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)中仍是重要的音質(zhì)參量，雖然后來(lái)有幾位聲學(xué)專(zhuān)家導(dǎo)出了另外的混響時(shí)間的理論公式，但在實(shí)際工程中仍應(yīng)用賽賓的公式。當(dāng)室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，聲源突然停止發(fā)聲，室內(nèi)聲能密度衰減到原來(lái)的百萬(wàn)之一，即聲壓級(jí)衰減60dB所需要的時(shí)間，記作T,單位為秒。計(jì)算公式為：式中V---房間容積，m3；A---室內(nèi)總吸聲量，m2,A=S。適用條件：室內(nèi)聲音頻率低于2000Hz，<0.2。1.1.5吸聲降噪量在混響聲場(chǎng)中，改變房間常數(shù)可改變室內(nèi)某點(diǎn)的聲壓級(jí)，設(shè)R1、R2分別為室內(nèi)設(shè)置吸聲裝置前后的房間常數(shù)，則距聲源中心r處相應(yīng)的聲壓級(jí)Lp1、Lp2分別為：吸聲前后的聲壓級(jí)之差，即為吸聲降噪量，為：當(dāng)受聲點(diǎn)離聲源很近，即在混響半徑以?xún)?nèi)的位置上，Q/4πr2遠(yuǎn)大于4/R時(shí)，的值很小，也就是說(shuō)在靠近噪聲源的地方，聲壓級(jí)的貢獻(xiàn)以直達(dá)聲為主，吸聲裝置只能降低混響聲的聲壓級(jí)，所以吸聲降噪的方法對(duì)靠近聲源的位置，其降噪量是不大的。對(duì)于離聲源較遠(yuǎn)的受聲點(diǎn)，即處于混響半徑以外的區(qū)域，如果Q/4πr2遠(yuǎn)小于4/R，且吸聲處理前后的面積不變的條件，則上式可簡(jiǎn)化為：此式適用于遠(yuǎn)離聲源處的吸聲降噪時(shí)的估算，對(duì)于一般室內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)，如工廠廠房，都是磚及混凝土砌墻、水泥地面與天花板，吸聲系數(shù)都很少，因此有，則上式又可簡(jiǎn)化為：，一般的室內(nèi)吸聲降噪處理可用此式計(jì)算，利用此式的困難在于求取平均吸聲系數(shù)麻煩，利用吸聲系數(shù)和混響時(shí)間的關(guān)系，上式又可簡(jiǎn)化為，式中T1和T2分別為吸聲處理前后的混響時(shí)間，由于混響時(shí)間可以用專(zhuān)門(mén)的儀器測(cè)得，所以用上式計(jì)算吸聲降噪時(shí)，就免降了計(jì)算吸聲系數(shù)的麻煩和不準(zhǔn)確。例題：某房間幾何尺寸為25m×10m×4m，室內(nèi)中央設(shè)置一無(wú)指向性聲源，測(cè)得1000Hz時(shí)室內(nèi)混響時(shí)間為2秒，距聲源10m的接收點(diǎn)處該頻率的聲壓級(jí)為87dB，仿擬彩吸聲處理，使該噪聲降為81dB。試問(wèn)該房間1000Hz的混響時(shí)間降為多少？并估算室內(nèi)應(yīng)達(dá)到的平均吸聲系數(shù)。解：(1)依題意，噪聲降低量為由得(2)由得1.2吸聲材料一般將能夠吸收較多聲能的材料稱(chēng)為吸聲材料，將能夠吸收較多聲能的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲處理可使一般室內(nèi)噪聲降低約為3-5dB，使混響聲很重的車(chē)間降噪6-10dB。在隔聲和消聲等其他噪聲處理技術(shù)中，吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)也得到廣泛應(yīng)用，所以吸聲是一種最基本的降低噪聲的技術(shù)措施。1.2.1吸聲基本知識(shí)1.吸聲系數(shù)α(畫(huà)圖說(shuō)明)吸聲系數(shù)是指材料吸收的聲能與入射到材料上的總聲能之比，可用吸聲系數(shù)來(lái)描述吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性，計(jì)算式為：，式中Ei—入射聲能；Eα—被材料或結(jié)構(gòu)吸收的聲能；Er—被材料或結(jié)構(gòu)反射的聲能；r—反射系數(shù)。由上式可見(jiàn)，當(dāng)入射聲波被完全反射時(shí)，，表示無(wú)吸聲作用；當(dāng)入射聲波完全沒(méi)有被反射時(shí)，，表示完全吸收；一般材料的吸聲系數(shù)α都在0和1之間，即0﹤α﹤1，α值越大，表示吸聲性能越好，它是目前表征吸聲性能最常用的參數(shù)。吸聲系數(shù)是頻率的函數(shù)，同一種材料，對(duì)于不同的頻率，具有不同的吸聲系數(shù)。通常當(dāng)吸聲系數(shù)α≥0.2時(shí)，材料才能被稱(chēng)為吸聲材料。2.吸聲量吸聲量也稱(chēng)為等效吸聲面積，其數(shù)值為吸聲系數(shù)與吸聲面積的乘積，可用下式表示：A=αS式中A---吸聲量，m2;α—某頻率聲波的吸聲系數(shù)；S---吸聲面積，m2。若房間中有敞開(kāi)的窗，而且其邊長(zhǎng)遠(yuǎn)大于聲波的波長(zhǎng)，則入射到窗口上的聲能幾乎全部傳到室外，不再有聲能反射回來(lái)。這敞開(kāi)的窗，即相當(dāng)于吸聲系數(shù)為1的吸聲材料。房間中的其他物體如家具、人等等，也會(huì)吸收聲能，而這些物體并不是房間壁面的一部分。因此，房間總的吸聲量A可以表示為：，式中第一項(xiàng)為所有壁面吸聲量的總和，第二項(xiàng)是室內(nèi)各個(gè)物體吸聲量的總和。3.吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu)的選用要求在選擇吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮以下因素：在盡可能寬的頻帶范圍內(nèi)對(duì)吸聲系數(shù)要求高，吸聲性能要長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠；有一定的軟科學(xué)強(qiáng)度，不易破碎、耐用、不易老化；表面適于裝飾，易于清洗；防潮、防火、耐腐蝕、防蛀、不易發(fā)霉、不易燃燒、不腐蝕構(gòu)架；質(zhì)輕，容重小，易于更換、維修；無(wú)特殊氣味、無(wú)損于人體健康，符合環(huán)境保護(hù)要求；價(jià)格便宜。4.吸聲系數(shù)的測(cè)量測(cè)量的方法有混響室方法和駐波管方法。我們只要明白有這兩種方法就行，至于怎樣測(cè)量，你們自己書(shū)。1.2.2吸聲材料的分類(lèi)教材上把吸聲結(jié)構(gòu)也歸為吸聲材料，我認(rèn)為不妥，吸聲結(jié)構(gòu)是利用吸聲材料經(jīng)過(guò)一定的加工形成了一定的結(jié)構(gòu)。根據(jù)吸聲機(jī)理可以把吸聲材料分為多孔吸聲材料、柔性吸聲材料和膜狀吸聲材料三大類(lèi)。(一).多孔吸聲材料在材料表面和內(nèi)部有無(wú)數(shù)的均勻頒的微細(xì)孔或微間隙，這些孔隙互相貫通并且向外張開(kāi)，使聲波易于進(jìn)入微孔或微間隙內(nèi)，這種吸聲材料稱(chēng)作多孔吸聲材料。吸聲機(jī)理多孔吸聲材料的構(gòu)造特征是在材料中有許多微小的間隙和連續(xù)的孔洞，這些間隙和孔洞具有一定的通氣性能。多孔吸聲材料衰減聲能有兩個(gè)原因：一是當(dāng)聲波經(jīng)過(guò)材料表面引起空隙內(nèi)部空氣振動(dòng)時(shí)，空氣與固體經(jīng)絡(luò)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于空氣的粘滯性產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力，使振動(dòng)空氣動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化成為熱能，從而使聲波能量衰減；二是聲波通過(guò)時(shí)發(fā)生空氣絕熱壓縮升溫，與多孔材料的熱交換和熱傳導(dǎo)也衰減聲能。種類(lèi)根據(jù)多孔吸聲材料的形狀，可以將多孔吸聲材料分為泡沬型、纖維型、顆粒型三類(lèi)。泡沬型材料的表面與內(nèi)部皆有無(wú)數(shù)互相連通的微孔，其材質(zhì)一般由聚氨脂泡沬塑料、微孔橡膠等制成。纖維型材料包括毛、木絲、甘蔗纖維、化纖維、玻璃棉、礦物棉、金屬纖維等有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維材料，其中的超細(xì)玻璃棉是最常用的一種多孔吸聲材料，金屬纖維是最新研制并得到應(yīng)用的多孔吸聲材料。顆粒狀材料有膨脹珍珠巖、蛭石混凝土和多孔陶土。多孔吸聲材料在使用時(shí)一般需要護(hù)面層保護(hù)，防止失散。護(hù)面層材料可以是玻璃絲布、金屬絲網(wǎng)、纖維板等透聲材料，內(nèi)填以松散的厚度為5～10cm的多孔吸聲材料。為防止松散的多孔材料下沉，常選用透聲織物縫制成袋，再內(nèi)填吸聲材料。為保持固定幾何形狀并防止機(jī)械損傷，在材料間要加木筋條(木龍條)加固，材料外表面加穿孔罩面板保護(hù)。常用的護(hù)面板材為木質(zhì)纖維板或薄塑料板。吸聲特性多孔吸聲材料的吸聲特性主要受入射聲波(頻率和入射角)和材料性質(zhì)的影響，一般對(duì)高頻聲吸收效果好，低頻聲吸收效果較差。因?yàn)榈皖l聲波激發(fā)微孔內(nèi)空氣與筋絡(luò)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)少，磨擦損失少，因而聲能損失少；而高頻聲容易使使之快速振動(dòng)，從而消耗較多的聲能，所以多孔吸聲材料常用于高、中頻噪聲的吸收。多孔吸聲材料的特性除與本身內(nèi)在的特性有關(guān)外，還與材料的使用條件有關(guān)，如單位體積重量、厚度以及構(gòu)成吸聲板的結(jié)構(gòu)形式，使用時(shí)的溫度、濕度等。4.吸聲特性的影響因素影響多孔材料的吸聲特性的主要因素是材料的孔隙率、空氣流阻和結(jié)構(gòu)因子。其中以空氣流阻最為重要。空氣流阻是指在穩(wěn)定氣流狀態(tài)下，吸聲材料中壓力梯度一氣流線速度之比，它反映了空氣通過(guò)多孔材料時(shí)阻力大小。單位厚度材料的流阻，稱(chēng)為比流阻。密度改變材料的密度，等于改變了材料的空隙率(包括微孔數(shù)目與尺寸)和流阻。因此對(duì)于某一種多孔吸聲材料都有一最佳值。厚度當(dāng)多孔吸聲材料的厚度增加時(shí)，對(duì)低頻聲的吸收增加，對(duì)高頻聲影響不大。對(duì)一定的多孔材料，厚度增加一倍，吸聲頻率特性曲線的峰值向低頻方向近似移動(dòng)一個(gè)倍頻程。在實(shí)用中，考慮經(jīng)濟(jì)及制作的方便，對(duì)于中、高頻噪聲，一般可采用2～5cm厚的常規(guī)成形吸聲板；對(duì)低頻吸聲要求較高時(shí)，則采用5～10cm厚。背后空氣層若在材料層與剛性壁之間留一定距離的空腔，可以改善對(duì)低頻聲的吸聲性能，作用相當(dāng)于增加了多孔材料的厚度，且更為經(jīng)濟(jì)，通?？涨辉龊瘢瑢?duì)吸收低頻聲有利。當(dāng)腔深近似于入射聲波的1/4波長(zhǎng)時(shí)，吸聲系數(shù)最大，當(dāng)腔深為1/2波長(zhǎng)或其敕倍數(shù)時(shí)，吸聲系數(shù)最小。實(shí)用時(shí)，過(guò)厚，常取腔深為5-10cm。溫、濕度的影響使用過(guò)程中溫度升高會(huì)使材料的吸聲性能高頻向高頻方向移動(dòng)，溫度降低向低頻方向移動(dòng)。所以在使用時(shí)，應(yīng)注意該材料的溫度適用范圍。溫度增大會(huì)使孔隙內(nèi)吸水時(shí)增加，堵塞材料上的細(xì)孔，使吸聲系數(shù)上降，而且是先從高頻開(kāi)始，因此對(duì)于濕度較大的車(chē)間或地下建筑的吸聲處理，應(yīng)選用吸水量較小的耐潮多孔材料，如防潮超細(xì)玻璃棉氈與礦棉吸聲板等。氣流的影響當(dāng)將多孔吸聲材料用于通風(fēng)管道和消聲器內(nèi)時(shí)，氣流易吹散多孔材料，影響吸聲效果，甚至飛散的材料會(huì)堵塞管道，損壞風(fēng)機(jī)葉片，造成事故。應(yīng)根據(jù)氣流速度大小選擇一層或多層不同的護(hù)面層。(二)柔性吸聲材料柔性吸聲材料內(nèi)部一般具有許多微小而獨(dú)立的氣孔，基本上沒(méi)有通氣性能，但卻具有一定的彈性。柔性吸聲材料的吸聲機(jī)理是，當(dāng)聲波入射到柔性吸聲材料的表面時(shí)，很難透入到材料的內(nèi)部，柔性吸聲材料只作整體的振動(dòng)，因材料內(nèi)部存在一定的磨擦而消耗了聲能，引起聲波的衰減。(三)板狀與膜狀吸聲材料板狀材料是將膠合板、硬質(zhì)板、石膏板、石棉水泥板等板材固定在框架上，并在其背后設(shè)置空氣層。膜狀材料是指聚乙烯薄膜或幾乎沒(méi)有通氣性能的帆布等材料，由于它們的剛度很小，在受拉情況下處于張緊狀態(tài)且具有一定的彈性。兩種材料的吸聲機(jī)理很相似，當(dāng)入射聲波的頻率同材料的固有頻率一致時(shí)，兩種材料都會(huì)發(fā)生共振，并引起內(nèi)部磨擦而消耗聲能。板狀或膜狀材料所構(gòu)成的吸聲結(jié)構(gòu)可用于吸收低頻噪聲，其共振頻率為式中f0—共振頻率，Hz；D----板或膜后的空氣層厚度，cm。1.3吸聲結(jié)構(gòu)利用共振原理做成的吸聲結(jié)構(gòu)叫做共振吸聲結(jié)構(gòu)。它基本分為三種：薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)、微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。主要適用于對(duì)中、低頻噪聲的吸收。1.3.1薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)1.構(gòu)造將薄的塑料、金屬或膠合板等材料的周邊固定在框架(稱(chēng)為龍骨)上，并將框架牢牢地與剛性板壁相結(jié)合，這種由薄板與板后的封閉空氣層構(gòu)成的系統(tǒng)就稱(chēng)為薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。(圖見(jiàn)李家華66面)。2.吸聲機(jī)理薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)實(shí)際近似于一個(gè)彈簧和質(zhì)量塊振動(dòng)系統(tǒng)。薄板相當(dāng)于質(zhì)量塊，板后的空氣層相當(dāng)于彈簧，當(dāng)聲波入射到薄板上，使其受激振動(dòng)后，由于板后空氣層的彈性、板本身具有的勁度與質(zhì)量，薄板就產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)生彎曲變形，因?yàn)榘宓膬?nèi)阻及板與龍骨間的磨擦，便將振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而消耗聲能。當(dāng)入射聲波的頻率與板系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí)，便發(fā)生共振，板的彎曲變形量大，振動(dòng)最劇烈，聲能也就消耗最多。3.吸聲特性及其改善彈簧振子的固有頻率由下式計(jì)算：，式中f0為固有頻率，K為彈簧剛度，M為振動(dòng)物體的質(zhì)量。薄板振動(dòng)系統(tǒng)的勁度決定于板、空氣層以及安裝的狀況。由聲學(xué)原理可以導(dǎo)出薄板吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率的近似計(jì)算式：，式中c為聲速、ρ0空氣密度、m為板的面密度、h為板后空氣層厚度。單位面積板材所具有的質(zhì)量稱(chēng)作面密度：，式中t為板厚(m)，為板密度(kg/m3)。由上式可知，薄板共振結(jié)構(gòu)的共振頻率主要取決于板的面密度與背后空氣層的厚度，增大m或h，均可使f0下降。衫中，薄板厚度通常取3-6mm，空氣層厚度一般取3-10cm，共振頻率多在80-300Hz之間，故通常用于低頻吸聲。若在薄板與龍骨的交接處放置增加結(jié)構(gòu)阻尼的軟材料，如海棉條、毛毪等，或在空腔中適當(dāng)懸掛礦棉、玻璃棉毪筀袞聲材料，可使薄板共振結(jié)構(gòu)的吸聲性能得到明顯改善。1.3.2穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)在薄板上穿以小孔，在其后與剛性壁之間留一定深度的空腔所組成的吸聲結(jié)構(gòu)稱(chēng)為穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。按照薄板上穿孔的數(shù)目分為單孔和多孔共振吸聲結(jié)構(gòu)。1.單孔共振吸聲結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單孔共振吸聲結(jié)構(gòu)又稱(chēng)作“亥姆霍茲”共振吸聲器或單腔共振吸聲器。它是一個(gè)封閉的空腔，在腔壁上開(kāi)一個(gè)小孔與外部空氣相通的結(jié)構(gòu)（圖6-5（b）（c）），可用陶土、煤渣等燒制或水泥、石膏澆注而成。吸聲機(jī)理單孔共振吸聲結(jié)構(gòu)也可比擬為一個(gè)彈簧與質(zhì)量塊組成的簡(jiǎn)單振動(dòng)系統(tǒng)，開(kāi)孔孔頸中的空氣柱很短，可視為不可壓縮的流體，比擬為振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量M，聲學(xué)上稱(chēng)為聲質(zhì)量；有空氣的空腔比作彈簧K，能抗拒外來(lái)聲波的壓力，稱(chēng)為聲順；當(dāng)聲波入射時(shí)，孔頸中的氣柱體在聲波的作用下便象活塞一樣做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與頸壁發(fā)生磨擦使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗，這相當(dāng)于機(jī)械振動(dòng)的磨擦阻尼，聲學(xué)上稱(chēng)為聲阻。聲波傳到共振器時(shí)，在聲波的作用下激發(fā)頸中的空氣柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在共振器的固有頻率與外界聲波頻率一致時(shí)發(fā)生共振，這時(shí)頸中空氣柱的振幅最大并且振速達(dá)到最大值，因而阻尼最大，消耗聲能也就最多，從而得到有效的聲吸收。吸聲特性“亥姆霍茲”共振器的使用條件必須是空腔小孔的尺寸比空腔尺寸小得多，并且外來(lái)聲波波長(zhǎng)大于空腔尺寸。這種吸聲結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是吸收低頻噪聲并且吸收頻帶較窄(即頻率選擇強(qiáng))，因此多用在有明顯音調(diào)的低頻噪聲場(chǎng)合。若在頸口下放置一些諸如玻璃棉之類(lèi)的多孔材料，或加貼一薄層尼龍布等透聲織物，可以增加頸口部分的磨擦阻力，增寬吸聲頻帶。單腔共振體的共振頻率一般由下式求出：式中S為孔頸開(kāi)口面積，m2;c為聲速，一般取340m/s；V為空腔容積；lk為小孔有效頸長(zhǎng)，m;若小孔為圓形：，式中l(wèi)為頸的實(shí)際長(zhǎng)度（即板厚度）米，d為頸口的直徑米2.多孔穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)A）構(gòu)造與吸聲機(jī)理多孔穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)通常簡(jiǎn)稱(chēng)為穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，它是在板材上，以一定的孔徑和穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空氣層，圖見(jiàn)教材130面。這種吸聲結(jié)構(gòu)實(shí)際上可以看作是由單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)的并聯(lián)而成。穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率是：式中h為板后空氣層厚度，也是空腔的深度，P為穿孔率，即穿孔面積與總面積之比，圓孔正方形排列時(shí)，P=πd2/4B2;圓孔等邊三角形排列時(shí)，P=πd2/2,其中d為孔徑，B為孔中心距。當(dāng)空腔內(nèi)壁貼多孔材料時(shí)lk=l+1.2d。由上兩式可看出，板的穿孔面積越大，吸聲的頻率越高；空腔越深或板越厚，吸聲的頻率越低，一般穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)主要用于吸收低、中頻噪聲的峰值，吸聲系數(shù)約為0.4－0.7。設(shè)在f0處的最大吸聲系