第二章第四節(jié)(二)吸聲選編課件

環(huán)境噪聲控制工程Chapter7

吸聲降噪7.1概述7.2多孔吸聲材料7.3共振吸聲結(jié)構(gòu)7.4特殊吸聲結(jié)構(gòu)7.5吸聲設(shè)計(jì)7.1概述7.1.1吸聲與吸聲材料的概念7.1.2吸聲機(jī)理7.1.3吸聲材料的基本類型7.1.4表示材料吸聲性能的量7.1.5材料吸聲性能的測(cè)量7.1.1吸聲與吸聲材料的概念吸聲：聲波通過(guò)媒質(zhì)或入射到媒質(zhì)分解面上時(shí)聲能的減少過(guò)程，稱為吸聲或聲吸收。材料吸聲：當(dāng)媒質(zhì)的分界面為材料表面時(shí)，部分聲能被吸收的現(xiàn)象，稱為材料吸聲。吸聲材料：具有較大吸聲能力的材料，稱為吸聲材料。7.1.2吸聲機(jī)理粘滯性熱傳導(dǎo)效應(yīng)7.1.3吸聲材料的基本類型吸聲材料多孔性吸聲材料共振吸聲結(jié)構(gòu)特殊吸聲結(jié)構(gòu)纖維狀顆粒狀泡沫狀穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)單個(gè)共振器空間吸聲體吸聲尖劈薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)7.1.4表示材料吸聲性能的量1.吸聲系數(shù)2.吸聲量3.聲阻抗1.吸聲系數(shù)a.定義：材料吸收的聲能與入射到材料上的總聲能的比值。1.吸聲系數(shù)b.表示方法：考慮到入射方向的不同無(wú)規(guī)入射吸聲系數(shù)垂直入射吸聲系數(shù)數(shù)斜入射吸聲系數(shù)1.吸聲系數(shù)b.表示方法：考慮到頻率特性：平均吸聲系數(shù):材料在不同頻率的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。降噪系數(shù)：是指250、500、1000和2000Hz的頻率下測(cè)得的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。2.吸聲量表示方法：一個(gè)房間的總吸聲量：3.聲阻抗a.聲阻抗：媒質(zhì)在一定表面上聲阻抗是該表面上有效平均聲壓與通過(guò)該表面上的有效體積速度的比值。b.聲阻抗率：媒質(zhì)上某點(diǎn)的聲阻抗率是媒質(zhì)中某一點(diǎn)的有效聲壓與該點(diǎn)的有效質(zhì)點(diǎn)速度的比值。3.聲阻抗聲阻：反映材料阻性的影響。聲抗：反映材料慣性和彈性的影響，和頻率成一定的函數(shù)關(guān)系。*聲抗/聲阻：表示材料的頻率選擇性。3.聲阻抗c.聲學(xué)意義：對(duì)自由平面聲波：平面聲波從空氣中入射到材料表面時(shí)：7.1.5材料吸聲性能的測(cè)量測(cè)量方法用途優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)混響室法可測(cè)量聲波無(wú)規(guī)入射時(shí)的吸聲系數(shù)和單個(gè)物體吸聲量。所測(cè)量的吸聲系數(shù)和吸聲量可在聲學(xué)設(shè)計(jì)工程中應(yīng)用。試件面積大，安裝測(cè)量不方便。駐波管法可測(cè)量聲波法向入射時(shí)的吸聲系數(shù)和聲阻抗率。只能用于不同材料合同中材料在不同情況下的吸聲性能比較，不能測(cè)量共振吸聲結(jié)構(gòu)，亦不能在聲學(xué)設(shè)計(jì)工程中直接使用。試件面積小，安裝測(cè)量方便常用兩種測(cè)量方法的比較7.1.5材料吸聲性能的測(cè)量1.混響室法測(cè)吸聲系數(shù)的測(cè)試原理：混響時(shí)間：聲壓級(jí)衰減60分貝的時(shí)間。房間內(nèi)吸聲量與混響時(shí)間有關(guān)：1.混響室法測(cè)吸聲系數(shù)的測(cè)試原理安裝吸聲材料前后，房間的總吸聲量的變化可表示為：若兩次測(cè)量時(shí)間間隔短及室內(nèi)溫、濕度相差很小。可認(rèn)為：所以：1.混響室法測(cè)吸聲系數(shù)的測(cè)試原理整個(gè)房間的吸聲系數(shù)可表示為：2.駐波管法測(cè)吸聲系數(shù)的測(cè)試原理2.駐波管法測(cè)吸聲系數(shù)的測(cè)試原理3.混響室法測(cè)吸聲系數(shù)與駐波管法測(cè)吸聲系數(shù)的換算：駐波管法測(cè)吸聲系數(shù)0.100.200.300.400.500.600.700.80混響室法測(cè)吸聲系數(shù)0.250.400.500.600.750.850.900.987.2多孔吸聲材料7.2.1吸聲機(jī)理7.2.2吸聲材料構(gòu)造特性7.2.3多孔吸聲材料的吸聲特性幾種多孔性吸聲材料7.2.1吸聲機(jī)理7.2.2吸聲材料構(gòu)造特性材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多數(shù)達(dá)到90%左右；孔隙應(yīng)該盡可能細(xì)小，且均勻分布；微孔應(yīng)該是相互貫通，而不是封閉的；微孔要向外敞開(kāi)，使聲波易于進(jìn)入微孔內(nèi)部。7.2.3多孔吸聲材料的吸聲特性2.影響材料吸聲的因素a.材料的空氣流阻b.材料的密度或孔隙率c.材料厚度的影響d.材料后空氣層的影響e.材料裝飾面的影響f.溫度、濕度的影響a.材料的空氣流阻（Rf）定義：在穩(wěn)定氣流狀態(tài)下，吸聲材料中的壓力梯度與氣流線速度之比。比流阻：指單位厚度材料的流阻。過(guò)高空氣穿透力降低過(guò)低因摩擦力、粘滯力引起的聲能損耗降低吸聲性能下降a.材料的空氣流阻（Rf）b.材料的密度或孔隙率孔隙率：材料中的空氣體積與材料的總體積的比值。c.材料厚度的影響c.材料厚度的影響d.材料后空氣層的影響e.材料裝飾面的影響作用：保護(hù)吸聲材料，防止污染環(huán)境。種類：護(hù)面網(wǎng)罩、纖維布、塑料薄膜和穿孔板等。要求：要有良好的通氣性。f.溫度、濕度的影響主要種類常用材料實(shí)例使用情況纖維材料有機(jī)纖維材料動(dòng)物纖維：毛氈價(jià)格昂貴，使用較少。植物纖維：麻絨、海草、椰子絲防火、防潮性能差，原料來(lái)源廣，便宜。無(wú)機(jī)纖維材料玻璃纖維：中粗棉、超細(xì)棉、玻璃棉氈吸聲性能好，保溫隔熱，耐潮，但松散纖維易污染環(huán)境或難以加工成制品。礦渣棉：散棉、礦棉氈吸聲性能好，不燃、耐腐蝕，易斷成碎末，污染環(huán)境施工扎手。纖維材料制品軟質(zhì)木纖維板、礦棉吸聲磚、巖棉吸聲板、玻璃吸聲板、木絲板、甘蔗板等裝配式加工，多用于室內(nèi)吸聲。顆粒材料砌塊礦渣吸聲磚、膨脹珍珠巖吸聲磚、陶土吸聲磚多用于砌筑界面較大的消聲裝置。板材珍珠巖吸聲裝飾板質(zhì)輕、不燃、保溫、隔熱。泡沫材料泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸聲性能不穩(wěn)定，吸聲系數(shù)使用前需實(shí)測(cè)其他吸聲型泡沫玻璃強(qiáng)度高、防水、不燃、耐腐蝕加氣混凝土微孔不貫通，使用少常用吸聲材料的使用情況7.3共振吸聲結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：低頻吸收性能好；裝飾性強(qiáng)；強(qiáng)度足夠；聲學(xué)性能易于控制。7.3共振吸聲結(jié)構(gòu)7.3.1共振吸聲機(jī)理7.3.2常用共振吸聲結(jié)構(gòu)7.3.1共振吸聲機(jī)理7.3.1共振吸聲機(jī)理等效聲阻抗：共振頻率：7.3.2常用共振吸聲結(jié)構(gòu)1.空氣層共振吸聲結(jié)構(gòu)2.薄膜吸聲結(jié)構(gòu)3.薄板吸聲結(jié)構(gòu)4.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)5.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)1.空氣層共振吸聲結(jié)構(gòu)1空氣層厚度為0；2空氣層厚度為100mm；3空氣層厚度為300mm。2.薄膜吸聲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共振頻率：空氣層膜狀材料吸聲頻帶：200-1000Hz，吸聲系數(shù)：0.353.薄板吸聲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共振頻率：吸聲頻帶：80-300Hz，吸聲系數(shù)：0.2-0.5薄板厚度：3-6mm空氣層厚度：3-10mm4.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)單孔時(shí)系統(tǒng)共振頻率：多孔時(shí)系統(tǒng)共振頻率：4.穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)穿孔率（P）=穿孔面積/總面積穿孔面積越大，吸聲頻率越高。吸聲頻帶：低中頻噪聲，吸聲系數(shù)：0.4-0.7薄板厚度：2-5mm孔徑：2-4mm穿孔率：1%-10%5.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共振頻率：共振時(shí)最大吸聲系數(shù)：5.微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：吸聲頻帶較寬；可用于高溫、潮濕、腐蝕性氣體或高速氣流等其它材料及結(jié)構(gòu)不適合的環(huán)境中；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)理論成熟，吸聲結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算與實(shí)測(cè)值接近。7.4特殊吸聲結(jié)構(gòu)7.4.1空間吸聲體7.4.2吸聲尖劈7.4.1空間吸聲體特點(diǎn)：懸空懸掛，吸聲性能好，節(jié)約吸聲材料；便于安裝，裝拆靈活。7.4.2吸聲尖劈7.4.2吸聲尖劈7.5吸聲設(shè)計(jì)7.5.1吸聲設(shè)計(jì)原則7.5.2吸聲設(shè)計(jì)程序7.5.3吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算7.5.1吸聲設(shè)計(jì)原則總原則：應(yīng)先對(duì)聲源進(jìn)行隔聲、消聲等處理，當(dāng)噪聲源不宜采用隔聲措施，或采用了隔聲手段后仍不能達(dá)到噪聲的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用吸聲處理來(lái)作為輔助手段?；驹瓌t：1.單獨(dú)的風(fēng)機(jī)房、泵房、控制室等房間面積較小，所需降噪量較高時(shí)，可對(duì)天花板、墻面同時(shí)作吸聲處理；2.車間面積較大時(shí)．宜采用空間吸聲體，平頂吸聲處理；3.聲源集中在局部區(qū)域時(shí)，宜采用局部吸聲處理，并同時(shí)設(shè)置隔聲屏障；7.5.1吸聲設(shè)計(jì)原則4.噪聲源比較多而且較分散的生產(chǎn)車間宜作吸聲處理；

5.對(duì)于中、高頻噪聲，可采用20-50mm厚的常規(guī)成型吸聲板，當(dāng)吸聲要求較高時(shí)可采用50～80mm厚的超細(xì)玻璃棉等多孔吸聲材料，并加適當(dāng)?shù)淖o(hù)面層；6.對(duì)于寬頻帶噪聲，可在多孔材料后留50-100mm的空氣層，或采用80-150mm厚的吸聲層；對(duì)于低頻帶噪聲，可采用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，其板厚通常可取2-5mm，孔徑可取3-6mm，穿孔率小于5％；7.5.1吸聲設(shè)計(jì)原則7.對(duì)于濕度較高的環(huán)境，或有清潔要求的吸聲設(shè)計(jì)，可采用薄膜覆面的多孔材料或單、雙層微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，穿孔板的板厚及孔徑均不大于lmm，穿孔率可取0.5％-3％，空腔深度可取50一200mm。8.進(jìn)行吸聲處理時(shí)，應(yīng)滿足防火、防潮、防腐、防塵等工藝與安全衛(wèi)生要求，兼顧通風(fēng)、采光、照明及裝修要求，也要注意埋設(shè)件的布置。7.5.1吸聲設(shè)計(jì)程序根據(jù)聲源特性估算受聲點(diǎn)的各頻帶聲壓級(jí)確定各吸聲面的吸聲系數(shù)了解環(huán)境特點(diǎn)，選定噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各頻帶所需吸聲量計(jì)算室內(nèi)應(yīng)有的吸聲系數(shù)確定受聲點(diǎn)允許的噪聲級(jí)和各頻帶聲壓級(jí)選擇合適的吸聲材料7.5.1吸聲設(shè)計(jì)程序(1)確定吸聲處理前室內(nèi)的噪聲級(jí)和各倍頻帶的聲壓級(jí)并了解噪聲源的特性，選定相應(yīng)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)；(2)確定降噪地點(diǎn)的允許噪聲級(jí)和各倍頻帶的允許聲壓級(jí)，計(jì)算所需吸聲降噪量?Lp；(3)根據(jù)降噪量值，計(jì)算吸聲處理后應(yīng)有的室內(nèi)平均吸聲系數(shù)α2；(4)由室內(nèi)平均吸聲系數(shù)α2和房間可供設(shè)置吸聲材料的面積，確定吸聲面的吸聲系數(shù)；(5)由確定吸聲面的吸聲系數(shù)，選擇合適的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)、類型、材料厚度、安裝方式等。7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算1.房間平均吸聲系數(shù)的計(jì)算如果一個(gè)房間的墻面上布置有幾種不同的材料時(shí)，它們對(duì)應(yīng)的吸聲系數(shù)和面積分別為α1、α2、α3……和Sl、S2、S3……

，房間平均吸聲系數(shù)為：7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算2.吸聲量的計(jì)算若一個(gè)房間的墻面上布置有幾種不同的材料時(shí)，則房間的吸聲量為：7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算擴(kuò)散聲場(chǎng)：房間內(nèi)聲能密度處處相同，而且在任一受聲點(diǎn)上，聲波在各個(gè)傳播方向作無(wú)規(guī)分布的聲場(chǎng)叫擴(kuò)散聲場(chǎng)。室內(nèi)聲場(chǎng)直達(dá)聲場(chǎng)混響聲場(chǎng)3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算a.直達(dá)聲場(chǎng)的計(jì)算：距點(diǎn)聲源r處的聲強(qiáng)為Q---聲源的指向性因數(shù)點(diǎn)聲源位于自由場(chǎng)空間，Q=1;置于無(wú)窮大剛性平面上，Q=2;聲源置于兩個(gè)剛性平面的交線上，Q=4;聲源置于三個(gè)剛性反射面的交角上，Q=8）距點(diǎn)聲源r處的聲壓及聲能密度為：聲源的指向性因數(shù)3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算a.直達(dá)聲場(chǎng)的計(jì)算：距點(diǎn)聲源r處的聲強(qiáng)為Q---聲源的指向性因數(shù)點(diǎn)聲源位于自由場(chǎng)空間，Q=1;置于無(wú)窮大剛性平面上，Q=2;聲源置于兩個(gè)剛性平面的交線上，Q=4;聲源置于三個(gè)剛性反射面的交角上，Q=8）距點(diǎn)聲源r處的聲壓及聲能密度為：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算聲壓級(jí)的計(jì)算：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算b.混響聲場(chǎng)：自由程：聲波每相鄰兩次反射所經(jīng)過(guò)的路程稱作自由程。平均自由程：室內(nèi)自由程的平均值。聲速為c時(shí)，聲波傳播一個(gè)自由程所需的時(shí)間為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)平均反射次數(shù)為：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算b.混響聲場(chǎng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間聲源向室內(nèi)貢獻(xiàn)的混響聲為：混響聲的聲能為：反射一次，壁面吸收的聲能為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)壁面吸收的聲能為：穩(wěn)態(tài)時(shí)：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算b.混響聲場(chǎng)：室內(nèi)的混響聲能密度為：設(shè)：混響聲場(chǎng)中的聲壓為：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算相應(yīng)聲壓級(jí)為：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算c.總聲場(chǎng)：3.室內(nèi)聲壓級(jí)的計(jì)算混響半徑當(dāng)直達(dá)聲與混響聲的聲能相等時(shí)的距離稱為臨界半徑。Q=1時(shí)的混響半徑稱為混響半徑。意義：當(dāng)受聲點(diǎn)與聲源的距離小于臨界半徑時(shí)，吸聲處理的降噪效果不大；當(dāng)受聲點(diǎn)與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。7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算4.混響時(shí)間計(jì)算定義：當(dāng)聲源停止發(fā)聲后聲能密度衰減到原來(lái)的百萬(wàn)分之一，即聲壓級(jí)下降60dB所需的時(shí)間，叫做混響時(shí)間。Sabine公式：V—房間容積，m3A—室內(nèi)總吸聲量，m27.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算4.混響時(shí)間計(jì)算定義：當(dāng)聲源停止發(fā)聲后聲能密度衰減到原來(lái)的百萬(wàn)分之一，即聲壓級(jí)下降60dB所需的時(shí)間，叫做混響時(shí)間。Sabine公式：V—房間容積，m3A—室內(nèi)總吸聲量，m24.混響時(shí)間計(jì)算C.F.Eyring公式:Eyring-Millington公式:當(dāng)α<0.2時(shí)，7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算5.吸聲降噪量計(jì)算設(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r出相應(yīng)的聲壓級(jí)分別為:7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算5.吸聲降噪量計(jì)算吸聲前后的聲壓級(jí)之差，即吸聲降噪量為:7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算5.吸聲降噪量計(jì)算當(dāng)受聲點(diǎn)離聲源較近時(shí)，降噪量很小。當(dāng)受聲點(diǎn)離聲源較遠(yuǎn)時(shí)（混響半徑以外），降噪量可簡(jiǎn)化為：由于房間內(nèi)吸聲系數(shù)均較小，上式可簡(jiǎn)化為：7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算5.吸聲降噪量計(jì)算由于：7.5.1吸聲設(shè)計(jì)計(jì)算5.吸聲降噪量計(jì)算α2/α1或T2/T11234568102040降噪量（dB）0356789101316計(jì)算實(shí)例某廠控制室：房間尺寸為14m×10m×3m，房間在各個(gè)倍頻程中心