吸声与隔声讲解

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1、2019年11月10日星期日,1,第二章 吸声与隔声,第一节 吸声材料和吸声结构的作用与分类 第二节 常用吸声材料 第三节 常用吸声结构 第四节 建筑隔声 第五节 固体声隔绝的计量与评价,2019年11月10日星期日,2,一、材料的声学特性描述,声学材料的分类 反射材料、吸声材料与隔声材料 反射材料 反射系数r较大 主要用于需要声反射的场合 吸声材料 吸声系数较大 主要用于控制和改善声环境 以音质为主的厅堂中，可以控制反射声和噪声； 一般场所，也可以用于降低噪声 隔声材料 透射系数很小、传声损失（隔声量）很大 用于隔绝噪声,第一节 吸声材料和吸声结构的作用与分类,2019年11月10日星期日,

2、3,二、吸声系数和吸声量,1、吸声系数 材料的吸声能力常用吸声系数表示。 指吸收声能及透射声能与入射声能之比。其大小与材料的物理性质、声波频率和入射角度等有关。 对于全反射面， =0；对于全吸收面， =1；一般材料的在01之间。 2、吸声量A A=S,2019年11月10日星期日,4,3、吸声材料和吸声结构的主要用途,1）控制和调整室内的混响时间，消除回声，以改善室内的听闻条件； 2）用于降低喧闹场所的噪声，以改善生活环境和劳动条件（见吸声降噪）； 3）还广泛用于降低通风空调管道的噪声。,2019年11月10日星期日,5,4、吸声材料和吸声结构的分类,吸声材料依据吸声原理可分为： 多孔吸声材料

3、纤维状吸声材料、颗粒状吸声材料、泡沫状吸声材料； 共振吸声材料单个共振器、穿孔板共振吸声结构、薄板共振吸声结构、薄膜共振吸声结构。,2019年11月10日星期日,6,一、多孔吸声材料,多孔吸声材料是目前应用最广泛的材料，主要有有机纤维材料、无机纤维材料、泡沫材料和吸声建筑材料四大类。,第二节 常用吸声材料,2019年11月10日星期日,7,二、吸声材料的构造特性和吸声机理,多孔吸声材料内部具有大量互相连通的微孔或间隙，而且孔隙细小且在材料内部均匀分布。 吸声机理是当声波入射到材料表面时， 一部分在材料表面反射，另一部分则透人到材料内部向前传播，在传播过程中， 引起孔隙中的空气运动，与形成孔壁的

4、固体孔筋或孔壁发生摩擦， 由于粘滞性和热传导效应， 将声能转变为热能耗散掉。,2019年11月10日星期日,8,吸声频率：多孔吸声材料一般对中、高频声波具有良好的吸声能力。而共振吸声结构则主要吸收低频声能。 那种以为粗糙表面（如水泥拉毛）吸声好的概念是错误的。 具有大量微孔，但微孔之间相互封闭、不连通的材料，如泡沫塑料，吸声性能也不佳。,2019年11月10日星期日,9,三、影响多孔材料吸声性能的因素,1、空气流阻 空气流阻反映了空气质点通过材料空隙时的阻力。对于特定的多孔材料，存在最佳流阻。 2、孔隙率 孔隙率是指材料中连通的空隙体积和材料总体积之比。多孔材料的孔隙率一般在70以上，多数达9

5、0左右。对于一定厚度的多孔材料，存在最佳孔隙率。 3、厚度 增加多孔材料的厚度，可以增加对低频声的吸收，但对高频声的吸声性能影响则较小。厚度增加到一定程度时，对吸声系数的影响就不明显了。 4、表观密度（容重） 材料厚度不变，增加表观密度可提高中低频的吸声系数，但比增加厚度引起的变化相对较小。材料表观密度也存在最佳值。,2019年11月10日星期日,10,5、安装条件 多孔材料背后留有空腔，其中、低频的吸声系数会有所提高。 6、面层的影响 多孔材料饰面应具有良好的透气性，否则会降低材料的吸声系数。 7、温度和湿度的影响 常温条件下，温度对多孔材料的吸声系数几乎没有影响。 多孔材料吸湿后，中高频的

6、吸声系数将降低，并使材料变质。多孔材料不适合在高湿条件下使用。,2019年11月10日星期日,11,第三节 常用吸声结构 一、穿孔板吸声结构,由穿孔板构成的共振吸声结构被称做穿孔板共振吸声结构，是工程中常用的共振吸声结构，其结构如图所示。工程中有时按照板穿孔的多少将其分为单孔共振吸声结构和多孔共振吸声结构。对于单孔共振吸声结构，它本身就是最简单的赫姆霍兹共振吸声结构。同样，可以通过在小孔颈口部位加薄膜透声材料或多孔性吸声材料以改善穿孔板吸声结构的吸声特性，也可以通过加长小孔的有效颈长来改变其吸声特性等。,2019年11月10日星期日,12,共振吸声结构的吸声机理 当入射声波的频率和系统的共振频

7、率一致时，穿孔板颈的空气产生激烈振动摩擦，加强了吸收效应，形成了吸收峰，使声能显著衰减。远离共振频率时，则吸收作用减小。,对于多孔共振吸声结构，实际上可以看成单孔共振吸声结构的并联结构，因此，多孔共振吸声结构的吸声性能要比单孔共振吸声结构的吸声效果好，通过孔参数的优化设计可以有效改善其吸声频带等性能。,2019年11月10日星期日,13,通常，穿孔板主要用于吸收中、低频率的噪声，穿孔板的吸声系数在 0.6 左右。穿孔板的吸声带宽定义为吸声系数下降到共振时吸声系数的一半的频带宽度为吸声带宽，穿孔板的吸声带宽较窄，只有几十赫兹到几百赫兹，为了提高多孔穿孔板的吸声性能与吸声带宽，可以采用如下方法：

8、(1) 空腔内填充纤维状吸声材料； (2) 降低穿孔板孔径，提高孔口的振动速度和摩擦阻尼； (3) 在孔口覆盖透声薄膜，增加孔口的阻尼； (4) 组合不同孔径和穿孔率、不同板厚度、不同腔体深度的穿孔板结构。工程中，常采用板厚度为 25mm , 孔径 210mm ，穿孔率在 1%10% ，空腔厚度 100250mm 的穿孔板结构。,2019年11月10日星期日,14,二、微穿孔板吸声结构 微穿孔板吸声结构是一种板厚度和孔径都小的穿孔板结构，其穿孔率通常只有 1%3% ，其孔径一般小于 3mm 。微穿孔板吸声结构同样属于共振吸声结构，其吸声机理与穿孔板结构也基本相同。与普通穿孔板吸声结构相比，其特

9、点是吸声频带宽、吸声系数高，缺点是加工困难、成本高。微穿孔板吸声结构也可以组合成双层或多层结构使用，以进一步提高其吸声性能。,2019年11月10日星期日,15,三、薄膜、 薄板共振吸声结构,1、在噪声控制工程及声学系统音质设计中，为了改善系统的低频特性，常采用薄膜或薄板结构，板后预留一定的空间，形成共振声学空腔；有时为了改进系统的吸声性能，还在空腔中填充纤维状多孔吸声材料。这一类结构，统称为薄膜（薄板）共振吸声结构。,2019年11月10日星期日,16,2、原理 在该共振吸声结构中，薄膜的弹性和薄膜后空气层弹性共同构成了的共振结构的弹性，而质量由薄膜结构的质量确定，在低频时，可以将这种共振结

10、构理解为单自由度的振动系统，当膜受到声波激励且激励频率与薄膜结构的共振频率一致时，系统发生共振，薄膜产生较大变形，在变形的过程中，薄膜的变形将消耗能量，起到吸收声波能量的作用。由于薄膜的刚度较小，因而由此构成的共振吸声结构的主要作用在于低频吸声性能。,2019年11月10日星期日,17,3、通常，单纯使用薄膜空气层构成的共振吸声结构吸声频率较低，在 2001000Hz ，吸声系数在 0.35 左右，频带也很窄。为了提高其吸声带宽，常在空气层中填充吸声材料以提高吸声带宽和吸声系数,2019年11月10日星期日,18,四、吸声体和吸声尖劈,1、空间吸声体：是一种高效的、自成体系的吸声结构，它主要由

11、多孔性吸声材料加外包装构成，不需要壁板等结构一起形成共振空腔。其特点是吸声性能好（对中高频尤为明显）、便于安装，要求是质量轻、便于施工等。因此，空间吸声体常采用超细玻璃棉作为填充材料，采用木架或金属框等为支撑结构，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。,2019年11月10日星期日,19,空间吸声体和吸声尖劈示意图,2019年11月10日星期日,20,2、 吸声尖劈： 具有很高的吸声系数，可以达到 0.99 ，常用于有特殊用途的声学结构的构造。 吸声尖劈的吸声性能与吸声尖劈的总长度 L1+L2和L1/L2

12、以及空腔的深度 H 、填充的吸声材料的吸声特性等都有关系， L1+L2越长，其低频吸声性能越好。此外，上述参数之间有一个最佳协调关系，需要在使用时根据吸声的要求进行优化，必要时还需要通过实验加以修正。,2019年11月10日星期日,21,五、其它吸声体,1、洞口 2、人和家具 3、帘幕,2019年11月10日星期日,22,第四节 建筑隔声,一、声音在围护结构中的传播,基本的传播途径 1、经由空气直接传播 2、经由围护结构的振动传播 3、固体的撞击或振动的直接作用,空气声或空气传声,固体声或撞击声,2019年11月10日星期日,23,二、透声系数与隔声量 1、透声系数： 隔声构件透声能力的大小，

13、用透声系数或透射系数来表示。是一个无量纲量，它的值介于 0 和 1 之间。值越小，表示隔声性能越好。,2019年11月10日星期日,24,2、隔声量R 一般隔声构件的 值很小，约在 0.00001 0.1 之间，使用很不方便，故人们采用上式来表示构件本身的隔声能力，称为隔声量或透射损失、传声损失。 1）透声系数和隔声量是两个相反的概念。例如有两堵墙，透声系数分别为0.01和 0.001，则隔声量分别为20dB和30dB 。用隔声量来衡量构件的隔声性能比透声系数更直观、明确，便于隔声构件的比较和选择。 2）隔声量的大小与隔声构件的结构、性质有关，也与入射声波的频率有关。,2019年11月10日星

14、期日,25,三、单层匀质密实墙的空气声隔声 1、质量定律 1）对单层匀质墙，若假设：1）声波垂直入射到墙上；2）墙把空间分为两个半无限空间，而且墙的两侧均为通常状况下的空气；3）墙为无限大，即不考虑边界的影响；4）把墙看作一个质量系统，即不考虑墙的刚性、阻尼；5）墙上各点以相同的速度振动，则从透声系数的定义及平面声波理论，可以导出单层墙在声波垂直入射时的隔声量为： R=20lgm*f-43 =20lgm+20lgf-43 如果声波是无规入射（建筑实践），则墙的隔声量为：R=20lgm+ 20lgf-48 2）上面两个式子说明墙的单位面积质量（面密度）越大，隔声效果越好；面密度每增加一倍，隔声量

15、增加6dB，这一规律通常称为质量定律。,2019年11月10日星期日,26,3）同时还可以看出，入射声频率每增加一倍，隔声量也增加6dB。因此，以面密度 和频率的乘积作为横坐标（用对数刻度），隔声量为纵坐标（用线性刻度），按上式画出的隔声曲线是一个mf每增加一倍，隔声量上升6dB的直线，称为质量定律直线。 4）以上公式是在一系列假设条件下导出的理论公式。一般来说，实测值达不mf每增加一倍，隔声量上升6dB的结果，实际的情况通常是：m每增加一倍，隔声量上升45dB；f每增加一倍，隔声量上升35dB 。,2019年11月10日星期日,27,2、吻合效应,受迫弯曲波与自由弯曲波速度一致时产生吻合效应

16、，使材料隔声量大大下降。,产生吻合效应的最低频率称为临界频率； 材料越密实厚重，临界频率越低；弹性越好，频率越高； 同一种材料，临界频率与厚度成反比。,2019年11月10日星期日,28,谷的深度和材料的内损耗因子有关，内损耗因子越小（如钢、铝等材料），吻合谷越深。对钢板、铝板等可以涂刷阻尼材料（如沥青）来增加阻尼损耗，使吻合谷变浅，吻合谷如果落在主要声频范围（1502500Hz ）之内，将使墙的隔声性能大大降低，应该设法避免。薄、轻、柔的墙吻合频率高；厚、重、刚的墙，吻合频率低 。,2019年11月10日星期日,29,3、单层匀质墙的隔声性能 单层匀质墙板的隔声性能主要由墙板的面密度、刚度和内阻尼决定，在入射声波的不同频率范围，可能某一因素起主要作用，因而出现该区隔声性能上的某一特点。 频率从低端开始，板的隔声受刚度控制，隔声量随频率增加而降低；随着频率的增加，质量效应增大，在某些频率下，刚度和质量效应共同作用而产生共振现象，隔声量出现极小值，隔声量大小主要取决于构件的阻尼，称为阻尼控制；当频率继续增高，则质