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1、第七章 吸声和室内声场,第七章 吸声,(一) 吸声系数,(二) 吸声量,(二) 多孔吸声材料,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,(一) 吸声系数,【讨论】： 表示材料吸声能力的大小， 值在01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。,吸声系数的影响因素,材料的结构,使用条件,声波频率,【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、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz六个频率的吸
2、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。,【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，将 换算为无规入射吸声系数 。,的换算关系,表 与 的换算关系,混响室：声学实验室,混响室法吸声系数(无规入射吸声系数) ：,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。,驻波管法简便、精确，但与一
3、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),驻波管法吸声系数测试仪,(一) 吸声系数,(二) 吸声量,(二) 多孔吸声材料,定义：吸声系数与吸声面积的乘积 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）,【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。,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 式中 第i种材料组成的壁面的吸声量，m2； 第i种材料组成的壁面的面积，m2； 第i种材料在某频率下的吸声系数。,(二) 吸声量（等效吸声面积）,(一) 吸声系数,(
4、二) 吸声量,(三) 多孔吸声材料,(二) 多孔吸声材料,KTV软包阻燃吸声材料,多孔槽型木质吸声材料,木丝板吸声材料,木质穿孔吸声板,丝质吸声材料,混凝土复合吸声型声屏障,轻质复合吸声型声屏障,吸声门,吸声体,吸声材料构造特性,材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右； 孔隙应该尽可能细小，且均匀分布； 微孔应该是相互贯通，而不是封闭的； 微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。,2.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
5、常用于高中频噪声的吸收。,吸声性能的影响因素,厚度,空腔,使用环境,护面层,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25cm 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。,
6、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70%； 孔隙率增大，密度减小，反之密度增大； 孔隙尺寸越大，孔隙越通畅，流阻越小。,孔隙率与密度,在稳定气流状态下，吸声材料中的压力梯度与气流线速度之比。,过高,空气穿透力降低,过低,因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低,吸声性能下降,【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。,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。,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
7、； 空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。,空腔对吸声性能的影响,图 背后空气层厚度对吸声性能的影响,多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加，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波长或其奇数倍时，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510cm。 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。,空腔对吸声性能的影响,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
8、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,温度,湿度,气流,温度引起声速、波长 及空气粘滞性变化， 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。,外墙保温吸声层,保温吸声层,阻
9、燃吸声板,羊毛阻燃吸声板,注意特殊的使用条件，如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。,第七章 吸声,吸声处理中常采用吸声结构。,(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：共振吸声原理,常用的吸声结构,图 薄板共振吸声结构示意图,(一)薄板共振吸声结构,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,薄板共振吸声结构的共振频率 式中 板的面密
10、度，kgm2， ，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36mm，空气层厚度310mm，共振频率多在80300Hz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0.20.5。,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）填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。,吸声处理中常采用吸声
11、结构。 吸声结构机理：赫姆霍兹共振吸声原理。 常用的吸声结构,(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,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。,穿孔吸声板,(二)穿孔板共振吸声结构,特征：穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。,又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单孔共振吸声器,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 单腔共振吸声结构示意图,原理：入射声波激发孔颈
12、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。,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,【讨论】单腔共振吸声结构使用很少， 是其它穿孔板共振吸声结构的基础。,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。,简称穿孔板共振吸声结构。 结构：薄板上按一定排列
13、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 多孔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,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， = / 。,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。,【讨论】 穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。 工程设计中，穿孔率控制为1%10%，最高不超过2
14、0%，否则穿孔板就只起护面作用，吸声性能变差。 一般板厚213mm，孔径为210mm，孔间距为10100mm，板后空气层厚度为6100mm时，则共振频率为100400Hz，吸声系数为0.20.5。当产生共振时，吸声系数可达0.7以上。,吸声带宽：设在共振频率 处的最大吸声系数为 ，则在 左右能保持吸声系数为 /2的频带宽度。 穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十Hz到200、300Hz。 吸声系数0.5的频带宽度可按式估算 式中 共振频率，Hz； 共振频率对应的波长，cm； 空腔深度，m。,【讨论】多孔穿孔板共振吸声结构的吸声带宽和腔深有很大关系，而腔深又影响共振频率的大小，故需合理选择腔
15、深。,改善多孔穿孔板板共振吸声性能的措施：,为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法： 组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小 段频带，使总的吸声频带变宽； 在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材 料距板的距离视空腔深度而定； 穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼； 采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以 改善频谱特性； 在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增 加大孔颈摩擦。,吸声处理中常采用吸声结构。 吸声结构机理：赫姆霍兹共振吸声原理。 介绍常用的吸声结构,(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,结构特征：厚度小于1mm的金属薄板上
16、穿孔，孔径小于1mm、穿孔率1%5%，安装方法同薄板共振吸声结构,后部留有一定厚度的空气层，起到共振薄板的作用。空气层内不填任何吸声材料。常用的是单层或双层微穿孔板。,(三)微穿孔板吸声结构,薄板常用铝板或钢板制作，因板特别薄、孔特别小，为与一般穿孔板共振吸声结构相区别，故称作微穿孔板吸声结构。,图2-20 单层、双层微穿孔板吸声结构示意图,20世纪60年代我国著名 声学专家马大猷教授研制的。,优点： 克服了穿孔板共振吸声结构吸声频带较窄的缺点。 吸声系数大；吸声频带宽； 成本低、构造简单； 设计理论成熟。 耐高温、耐腐蚀，不怕潮湿和冲击，甚至可承受短暂的火焰，适用环境广泛，包括一般高速气流管道中。 缺点：孔径太小，易堵塞，宜用于清洁场所。,小结,第七章 吸声,(
