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1、噪声控制技术吸声、隔声、消声,噪声控制技术吸声,室内噪声的来源：,通过空气传来的直达声室内各墙壁面反射回来的混响声,室内混响声对环境的影响：,混响使室内噪声级增加，如一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出5-10dB;混响对听觉的干扰；,吸声是噪声污染控制的一种重要手段； 在噪声污染控制工程设计中，常利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声。,1）吸声系数：,当a0时，无吸声当a1时，完全吸收，无声能反射,声能传播图,1）吸声系数,a是频率的函数，为研究问题方便，常用中心频率为125，250，500，1000，2000，4000Hz的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数,常用吸声材料的
2、吸声系数及相关参数,常用建筑材料的吸声系数,2）吸声量：,A：材料的总吸声量Si：材料i的吸声表面积 (m2)吸声量A的单位是m2,（一）吸声材料,吸声机理： 声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生内摩擦（摩擦力来自空气的压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。材料特征： 内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有通气性。多孔性吸声材料（针对中、高频噪声控制）,多孔性吸声材料分类：,无机纤维（如玻璃棉、岩棉等）有机纤维（如植物纤维、木质纤维等）泡沫材料（如泡沫塑料、泡沫混凝土等）吸声建筑材料（如微孔吸声砖）,吸声材料,超细玻璃棉,玻璃棉毡,吸声材料,吸音波峰海
3、绵,吸声海绵,吸声材料,玻纤吸声板,聚酯纤维吸音板,吸声材料,聚酯纤维吸音板环保吸音棉,吸声材料,布艺软包吸音板槽木吸音板,吸声材料,复合材料类,浪形吸声墙,吸音砖,吸声材料,矿棉石膏板类,吸声材料珍珠岩吸声板,植草声障墙,巴黎植物墙,常春藤,（二）影响吸声性能的因素,材料的厚度材料的孔隙率与密度材料层与刚性面间的空气层护面层（多应用于多孔疏松材料）环境因素：温度、湿度、气流,A：材料厚度,多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高频区吸声系数较大；多孔材料对低频率声音吸声效果差，即在低频区吸声系数较小；随着材料厚度的增加，吸声最佳频率向低频方向移动；厚度每增加1倍，最大吸收频率向低频方向移动一
4、个倍频程；材料厚度（最佳吸收频率下的波长）,B：材料孔隙率与密度（容重）,随着材料密度的增大，最大吸声系数amax向低频方向移动.,C：空腔（空气层）,即：材料层与刚性壁间的空气层；当空气层厚度d=1/4时，吸声系数a最大；当空气层厚度d=1/2或其整数倍时，吸声系数a最小。,D：护面层,多孔材料疏松，无法固定，不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等；穿孔率（P），即穿孔总面积与未穿孔总面积的比值，穿孔率越大，对中高频率声音吸收效果越好，穿孔率越小，对低频吸收效果越好。,共振吸声结构（针对低频噪声控制） 材料特征：薄膜或薄板表面穿孔 吸声机理：应用共振原理 1）声音与薄板（薄膜）
5、固有频率产生共振 2）声音与板后空腔气室空气产生共振,二、吸声结构,吸声板,共振吸声结构的分类,薄板或薄膜吸声结构（材料本身产生共振）穿孔板共振吸声结构（共振腔结构）微穿孔板吸声结构（小于1mm微孔）薄塑料盒式吸声体,1、薄板（膜）共振吸声结构,共振频率,其中：M：薄板面密度, Kg/m2D: 空气层（空腔）厚度，cm,薄板共振吸声结构的应用范围：薄板吸声结构的共振频率通常在80-1000Hz范围，吸声系数约为0.2-0.5，一般作为中低频范围的吸声材料。,薄板共振吸声结构的吸声系数,2）穿孔板共振吸声结构,共振频率：,其中： S：孔面积，m2 V：空腔体积，m3 lk：小孔有效颈长，m,2.
6、1）单腔共振吸声结构,2.2）多孔共振吸声结构,假设：S：每各孔面积, m2 F：共振单元薄板面积, m2 h：空腔深度，m lk：小孔有效颈长，m 穿孔率PS/F 其共振频率为,3、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 。,吸声结构,金属微穿孔材料,空间吸声体,即：将吸声体悬挂在室内对声音进行多方位吸收；吸声体投影面积与悬挂平面投影面积的比值约等于40时，对声音的吸声效率最高；,吸声劈尖,消声室消声箱,四、吸声降噪计算,设吸声前的声压级为：,吸声后的声压级为：,则：,当某接受点远离声源时，即：,则：,一般情
7、况下，平均吸声系数都比1小得多，所以有：,由于平均吸声系数通常是按实测混响时间T60得到，如果T1和T2分别为吸声前后的混响时间，则：,吸声降噪设计,了解待处理房间的噪声级和频谱；根据噪声标准，确定各频程所需的降噪量；估算或进行实际测量要采取吸声处理的吸声系数；选取吸声材料的种类及吸声结构类型，确定吸声材料的厚度、容重、吸声系数，并计算吸声材料的面积和确定安装方式等。,第五次课作业,1、设在墙面与地面交线上有一声源，已知500Hz的声功率级为85dB，同频带下的房间常数为100m2， 求距声源5m处之声压级Lp。2、某房间尺寸为6m*7m*3m，墙壁、天花板、和地板在1KHz时的吸声系数分别为
8、0.06，0.07,0.07，若安装一个在1KHz倍频程内，吸声系数为0.08的吸声贴面天花板，求该频带在吸声处理前后的混响时间及处理后的吸声减噪量。,噪声控制技术隔声,1、透射系数,2、隔声量：入射声功率级与透射声功率级之差，也称传声损失。单位dB,一、常用隔声评价量,3、插入损失：隔声结构设置前后的声功率级的差(IL )。,二、声波透过单层匀质构件的传播,单层匀质墙的隔声频率特性曲线,单层匀质密实墙典型的隔声频率特性曲线如图 所示。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，这时板振动幅度很大
9、，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，则质量起主要控制作用，这时隔声量随频率增加而增加；而在吻合临界频率 处，隔声量有一个较大的降低，形成一个隔声量低谷，通常称为吻合效应。,第I区:刚度和阻尼控制区：刚度控制区的频率范围从零直到墙体的第一共振频率为止，此区域内，墙板的隔声量与墙板刚度和声波频率的比值成正比，墙板的隔声量随着入射声波频率的增加而以每倍频程6dB的斜率下降。当入射声波的频率和墙板固有频率相同时，引起共振，进入板共振区即阻尼控制区，此区隔声量最小，随着声波频率的增加，共振现象愈来愈弱，直至消失。,第II区:质量控制区：随着声波频率的提高，共
10、振影响逐渐消失，在声波作用下，墙板的隔声量受墙板惯性质量影响。该区域内，隔声量随入射声波频率的增加而以斜率为6dB/倍频程直线上升。,第III区:吻合效应区：在该区域内，随着入射声波频率的继续升高，隔声量反而下降，曲线上出现一个深深的低谷：吻合效应：由于构件本身具有一定的弹性，当声波以某一角度入射到构件上时，将激起构件的弯曲振动，当一定频率的声波以某一角度投射到构件上正好与其所激发的构件的弯曲振动产生吻合时，构件的弯曲振动及向另一面的声辐射都达到极大，相应隔声量为极小，这一现象称为“吻合效应”，相应的频率为“吻合频率”。越过低谷后，隔声量以每倍频程10 dB趋势上升，然后逐渐接近质量控制的隔声
11、量。,发生吻合效应的条件：,单层匀质墙的隔声量,隔声质量定律：,经验估算式（非垂直入射声波）：,当f在1003200Hz范围内，采用平均隔声量表示隔声性能，有：,常用单层隔声墙的隔声量,三、双层匀质构件的隔声量,1、隔声原理,双层间的空气层可看作与两板相连的弹簧，当声波入射到第一层墙透射到空气层时，空气的弹性形变具有减振作用，传递到第二层墙的振动减弱，从而提高墙体的总隔声量。其隔声量等于两单层墙的隔声量之和，再加上空气层的隔声量。,结论：双层墙隔声性能较单层墙优越的区域主要在共振频率 以后，故在设计中尽量将f0移往人们不敏感的频率区域。,隔声量计算的经验估算式:,平均隔声量的经验估算:,空气层
12、附加隔声量,常见双层墙结构隔声量,四、多层复合隔声结构,隔声量由声能透射系数决定，组合件的隔声量由组合件的平均声能透射系数决定。组合件的平均透声系数为：,例如：在一垛总面积为22米2的砖墙上有一扇2米2的普通木门，对中心频率为1000Hz的倍频带声能，其透声系数分别为10-5和10-2，即隔声量分别为50dB和20dB。求此时组合墙的平均透声系数和平均隔声量。,五、隔声间,（一）组合墙体隔声量的计算,因此，组合墙的总平均隔声量为：,(dB),隔声间,隔声间的降噪计算,1、隔墙的噪声衰减,噪声衰减(NR)：隔墙两边的声压级差。,隔声间的降噪量（墙壁有吸声性能的情况下）,其中，A为隔声间内表面的总
13、吸声量， S为隔声间内表面的总面积， 为隔声间的平均隔声量。,1、孔洞缝隙对墙板隔声的影响,孔洞对隔声的影响主要在高频段。隔声墙板越厚，孔隙对隔声性能的影响越小。,2、门窗的隔声和孔洞的处理,隔声门,隔声窗,孔洞的处理,（二）门窗和孔隙对墙体隔声的影响,隔声,通风隔声窗,隔声,隔声门,六、隔声罩,隔声罩的作用：将声源封闭在罩内，以减少向周围的声辐射。,隔声罩,隔声罩,1、隔声罩的插入损失（IL）,定义为隔声罩设置前后，同一接收点的声压级之差。,2、隔声罩的设计要点,七、隔声屏（声屏障）,声屏障：在声源与接收点之间设置挡板，阻断声波的直接传播。,声屏障的作用：将声源和保护目标隔开，使保护目标落在
14、屏障声影区内。,1、隔声屏的插入损失,A,B,2、隔声屏的设计要点,（1）隔声屏应有足够的高度。,（2）隔声屏必须配合吸声处理。,（4）声屏障周边与其他构件的连接处应注意密封。,（3）隔声屏本身须有足够的隔声量。,隔声,金属隔声屏障,吸隔声,高强水泥复合吸声隔声屏障,吸隔声,水泥木屑复合吸声隔声屏障,声屏障,第六次课作业,问答题：单层匀质墙隔声特性中共振控制区和吻合效应控制区分别有什么特点？他们有什么区别和联系？计算题1：某隔声间对噪声源一侧用一堵22m2的隔声墙相隔，该墙的传声损失(隔声量)为50dB，在墙上开一个面积为2m2的门，该门的传声损失为20dB，又开了一个面积为4m2的窗户，该窗
15、户的传声损失为30dB。求开了门窗之后使墙体的隔声量下降了多少？,噪声控制技术消声,风洞飞人,消声,消声百叶,消声,消声器,消声,消声室消声箱,概述,是一种既允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。,1、消声器,消声器只能用来降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，而不能降低空气动力设备本身所辐射的噪声。,消声器是消减气流噪声的装置，把它接在管道中或进、排气口上，能让气流通过，对噪声具有一定的消减作用。,第一节 消声器的分类、评价,对一个好的消声器要有五个方面的基本要求：,1）在消声性能上的要求。要求具有较高的消声值和较宽的消声频率，也就是说要在所需要的消声频率范围
16、有足够大的消声量；2）空气动力性能上的要求。消声器对气流的阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失要控制在实际容许的范围内；,3）机械结构性能上的要求。消声的体积要小，重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修,4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的需要，美观大方，表面装饰与设备相协调5）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长。,二、消声器的评价量,1）插入损失（LIL）,即系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声压级或声功率级之差。,2）传声损失（LTL）,即消声器进出口端声功率级之差。,3）减噪量（LNR）,即消声器进出口端测得的平均声压级之差。,消声器的分类,一、消声器的分类与适用范围,1）
17、阻性消声器,包括的形式：直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式等。,消声的频率特性：宽带，具有中、高频消声性能。,适用范围：消除风机、燃气轮机进气噪声（即气体流速不大的情况）。,消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定的方式在管道中排列起来，就构成了阻性消声器，与电学类比，吸声材料就相当于电阻，故称阻性消声器。,阻性消声器结构示意图,蜂窝消声器结构示意图,单通道直管式阻性消声器计算,常用的计算公式有很多，但就其起源而言只有两个：一是别洛夫公式，二是赛宾公式，其他公式大都是从这两个公式派生出来的。 别洛夫公式如下：,阻性消声器性能的影响因素(1)频率影响,高频失效：
18、,声波频率越高，传播方向性越强，方向性过强会形成“声束”，因而很少接触附在管壁的吸声材料而导致消声量明显下降。,上限失效频率：,高于失效频率时消声量的估算：,（2）气流的影响,气流再生噪声产生的原因：,气流速度较大、管壁的粗糙等原因引起的湍流噪声；,消声器在气流冲击下产生振动而辐射噪声。,再生噪声声功率级的计算：,消声器的设计不应使气流的流速过高。,2）抗性消声器,包括的形式：扩张室式、共振腔式、干涉型,消声的频率特性：窄带，具有低、中频消声性能。,适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（较高气速的情况）。,消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是在
19、管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗的改变，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，从而在消声器的外侧，达到了消声的目的。,扩张式消声器结构示意图,（2）消声量的计算,m 扩张比, 面积为S2扩张室的长度,k 波数,当kl为/2的奇数倍，即l= /4时传声损失为最大值；当kl为/2的偶数倍，即l= /2时传声损失趋近0，无消声效果；,（3）扩张室式消声器的截止频率,a、上限频率,当声波频率过低时，易与扩张室和连接管所构成的声振系统的固有频率接近，造成声音放大。因此，下限频率为：,b、下限频率,（1）消声原理和结构形式,3、共振式消声器,消声原理：与共振吸声结构原理相
20、同。,3）阻抗复合式消声器,消声的频率特性：具有低、中、高频消声性能。,适用范围：消除鼓风机、大型风洞、试车台噪声。,消声原理：把阻性与抗性两种消声原理通过适当结构复合起来而构成的。可定性地认为阻性和抗性在同一频带的消声值的叠加（并非简单的叠加关系）。,阻抗复合式消声器,阻抗复合式消声器原理：,阻性消声器,中高频噪声,抗性消声器,中低频噪声,阻抗复合式消声器,综合阻性和抗性消声器的原理。,常见形式：,阻性扩张室复合式、阻性共振腔复合式、阻性扩张室共振腔复合式,阻抗复合消声器示意图,4）微穿孔板消声器,包括的形式：单层微穿孔板、双层微穿孔板等。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：适于高
21、温、潮湿有水、有油雾及特别清洁卫生的场合。,消声原理：利用微穿孔板吸声结构制成的消声器。,微穿孔板消声器结构示意图,5）喷注耗散型消声器（也称扩散式消声器）,包括的形式：小孔喷注型、降压扩容型、多孔扩散型、引射掺冷型。,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：消除压力气体排放噪声，如锅炉排气、高炉放气、化工厂工艺气体放散。,原理：不是在声音发出后进行消除，而是从发生机理上使干扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径成反比，如果喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频，于是低频噪声被降低，而高频噪声反而升高，如果孔径小到一定值时，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。,6）喷雾消声器,消声
22、的频率特性：低频消声性能。,适用范围：消除高温蒸汽排放噪声。,7）电子消声器,消声的频率特性：宽频带消声性能。,适用范围：用于低频消声的一种辅助。,原 理：喷淋水雾改变介质的密度，即增加声阻抗。,原 理：人为地产生一个幅值相同而相位相反的声波，使两列声波在一定的空间区域相互干涉而抵消，达到降噪目的。,六、消声器的设计,1、消声器的设计程序和要求,（1）确定空气动力机械设备（或系统）的噪声级；,（2）选定消声器的装设位置；,（3）确定允许噪声级计算所需消声量；,（4）确定消声器的结构类型。,2、消声器的设计,（1）阻性消声器的设计,根据气流流量和流速计算所需要的截面；,选择适当的吸声材料；,选择适当的护面层；,验算消声效果。,（2）抗性消声器的设计,确定各节扩张室及插入管的长度；,根据所需消声量和气流速度确定扩张比m；,验算所设计的扩张室式消声器的上、下截止频率是否在内以及气流对消声量的影响，检查在给定的气流速度下，消声量是否还能满足要求。,扩张室式消声器的设计：,重点是确定共振频率和K值。,共振腔式消声器的设计：,噪声利用,（1）消除杂草 （2）利用噪声发电 （3）利用噪声来制冷 （4）噪声除尘 （5）噪声克敌,
