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1、环境噪声控制工程,Chapter 7 吸声降噪,7.1 概述7.2 多孔吸声材料7.3 共振吸声结构7.4 特殊吸声结构7.5 吸声设计,7.1 概述,7.1.1 吸声与吸声材料的概念7.1.2 吸声机理7.1.3 吸声材料的基本类型7.1.4 表示材料吸声性能的量7.1.5 材料吸声性能的测量,7.1.1 吸声与吸声材料的概念,吸声：声波通过媒质或入射到媒质分解面上时声能的减少过程，称为吸声或声吸收。材料吸声：当媒质的分界面为材料表面时，部分声能被吸收的现象，称为材料吸声。吸声材料：具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。,7.1.2 吸声机理,粘滞性热传导效应,7.1.3 吸声材料的基本类型
2、,吸声材料,多孔性吸声材料,共振吸声结构,特殊吸声结构,纤维状,颗粒状,泡沫状,穿孔板共振吸声结构,单个共振器,空间吸声体,吸声尖劈,薄膜共振吸声结构,薄板共振吸声结构,7.1.4 表示材料吸声性能的量,1.吸声系数2.吸声量3.声阻抗,1.吸声系数,a.定义：材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。,1.吸声系数,b.表示方法：考虑到入射方向的不同无规入射吸声系数垂直入射吸声系数数斜入射吸声系数,1.吸声系数,b.表示方法：考虑到频率特性：平均吸声系数:材料在不同频率的吸声系数的算术平均值。降噪系数：是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸声系数的算术平均值。,2.吸声
3、量,表示方法：,一个房间的总吸声量：,3.声阻抗,a.声阻抗：媒质在一定表面上声阻抗是该表面上有效平均声压与通过该表面上的有效体积速度的比值。,b.声阻抗率：媒质上某点的声阻抗率是媒质中某一点的有效声压与该点的有效质点速度的比值。,3.声阻抗,声阻：反映材料阻性的影响。声抗：反映材料惯性和弹性的影响，和频率成一定的函数关系。*声抗/声阻：表示材料的频率选择性。,3.声阻抗,c.声学意义：对自由平面声波：,平面声波从空气中入射到材料表面时：,7.1.5 材料吸声性能的测量,常用两种测量方法的比较,7.1.5 材料吸声性能的测量,1.混响室法测吸声系数的测试原理：混响时间：声压级衰减60分贝的时间
4、。房间内吸声量与混响时间有关：,1.混响室法测吸声系数的测试原理,安装吸声材料前后，房间的总吸声量的变化可表示为：,若两次测量时间间隔短及室内温、湿度相差很小。可认为：,所以：,1.混响室法测吸声系数的测试原理,整个房间的吸声系数可表示为：,2.驻波管法测吸声系数的测试原理,2.驻波管法测吸声系数的测试原理,3.混响室法测吸声系数与驻波管法测吸声系数的换算：,7.2 多孔吸声材料,7.2.1 吸声机理7.2.2 吸声材料构造特性7.2.3 多孔吸声材料的吸声特性,几种多孔性吸声材料,7.2.1 吸声机理,7.2.2 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
5、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。,7.2.3 多孔吸声材料的吸声特性,2.影响材料吸声的因素,a.材料的空气流阻b.材料的密度或孔隙率c.材料厚度的影响d.材料后空气层的影响e.材料装饰面的影响f.温度、湿度的影响,a.材料的空气流阻（Rf）,定义：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。,比流阻：指单位厚度材料的流阻。,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,a.材料的空气流阻（Rf）,b.材料的密度或孔隙率,孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。,c.材料厚度
6、的影响,c.材料厚度的影响,d.材料后空气层的影响,e.材料装饰面的影响,作用：保护吸声材料，防止污染环境。种类：护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。要求：要有良好的通气性。,f.温度、湿度的影响,常用吸声材料的使用情况,7.3 共振吸声结构,特点：低频吸收性能好；装饰性强；强度足够；声学性能易于控制。,7.3 共振吸声结构,7.3.1 共振吸声机理7.3.2 常用共振吸声结构,7.3.1 共振吸声机理,7.3.1 共振吸声机理,等效声阻抗：,共振频率：,7.3.2常用共振吸声结构,1.空气层共振吸声结构2.薄膜吸声结构3.薄板吸声结构4.穿孔板吸声结构5.微穿孔板吸声结构,1.空气层共振吸
7、声结构,1空气层厚度为0；2空气层厚度为100mm；3空气层厚度为300mm。,2.薄膜吸声结构,系统共振频率：,空气层,膜状材料,吸声频带：200-1000Hz，吸声系数：0.35,3.薄板吸声结构,系统共振频率：,吸声频带：80-300Hz，吸声系数：0.2-0.5薄板厚度：3-6mm空气层厚度：3-10mm,4.穿孔板吸声结构,单孔时系统共振频率：,多孔时系统共振频率：,4.穿孔板吸声结构,穿孔率（P）=穿孔面积/总面积穿孔面积越大，吸声频率越高。吸声频带：低中频噪声，吸声系数：0.4-0.7薄板厚度：2-5mm孔 径：2-4mm穿孔率：1%-10%,5.微穿孔板吸声结构,系统共振频率：
8、,共振时最大吸声系数：,5.微穿孔板吸声结构,特点：吸声频带较宽；可用于高温、潮湿、腐蚀性气体或高速气流等其它材料及结构不适合的环境中；结构简单，设计理论成熟，吸声结构的理论计算与实测值接近。,7.4 特殊吸声结构,7.4.1 空间吸声体7.4.2 吸声尖劈,7.4.1 空间吸声体,特点：悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料；便于安装，装拆灵活。,7.4.2 吸声尖劈,7.4.2 吸声尖劈,7.5 吸声设计,7.5.1 吸声设计原则7.5.2 吸声设计程序7.5.3 吸声设计计算,7.5.1 吸声设计原则,总原则：应先对声源进行隔声、消声等处理，当噪声源不宜采用隔声措施，或采用了隔声手段后仍不能
9、达到噪声的标准时，可采用吸声处理来作为辅助手段。基本原则：1.单独的风机房、泵房、控制室等房间面积较小，所需降噪量较高时，可对天花板、墙面同时作吸声处理；2.车间面积较大时宜采用空间吸声体，平顶吸声处理；3.声源集中在局部区域时，宜采用局部吸声处理，并同时设置隔声屏障；,7.5.1 吸声设计原则,4.噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理；5.对于中、高频噪声，可采用20-50mm厚的常规成型吸声板，当吸声要求较高时可采用5080mm厚的超细玻璃棉等多孔吸声材料，并加适当的护面层；6.对于宽频带噪声，可在多孔材料后留50-100mm的空气层，或采用80-150mm厚的吸声层；对于低频带噪
10、声，可采用穿孔板共振吸声结构，其板厚通常可取2-5mm，孔径可取3-6mm，穿孔率小于5；,7.5.1 吸声设计原则,7.对于湿度较高的环境，或有清洁要求的吸声设计，可采用薄膜覆面的多孔材料或单、双层微穿孔板共振吸声结构，穿孔板的板厚及孔径均不大于lmm，穿孔率可取0.5-3，空腔深度可取50一200mm。8.进行吸声处理时，应满足防火、防潮、防腐、防尘等工艺与安全卫生要求，兼顾通风、采光、照明及装修要求，也要注意埋设件的布置。,7.5.1 吸声设计程序,根据声源特性估算受声点的各频带声压级,确定各吸声面的吸声系数,了解环境特点，选定噪声控制标准,计算各频带所需吸声量,计算室内应有的吸声系数,
11、确定受声点允许的噪声级和各频带声压级,选择合适的吸声材料,7.5.1 吸声设计程序,(1)确定吸声处理前室内的噪声级和各倍频带的声压级并了解噪声源的特性，选定相应的噪声标准；(2)确定降噪地点的允许噪声级和各倍频带的允许声压级，计算所需吸声降噪量Lp；(3)根据降噪量值，计算吸声处理后应有的室内平均吸声系数2；(4)由室内平均吸声系数2和房间可供设置吸声材料的面积，确定吸声面的吸声系数；(5)由确定吸声面的吸声系数，选择合适的吸声材料或吸声结构、类型、材料厚度、安装方式等。,7.5.1 吸声设计计算,1.房间平均吸声系数的计算如果一个房间的墙面上布置有几种不同的材料时，它们对应的吸声系数和面积
12、分别为1、2、3和Sl、S2、S3，房间平均吸声系数为：,7.5.1 吸声设计计算,2.吸声量的计算,若一个房间的墙面上布置有几种不同的材料时，则房间的吸声量为：,7.5.1 吸声设计计算,3.室内声压级的计算,扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向作无规分布的声场叫扩散声场。,室内声场,直达声场,混响声场,3.室内声压级的计算,a.直达声场的计算：距点声源 r 处的声强为,Q-声源的指向性因数点声源位于自由场空间，Q=1;置于无穷大刚性平面上，Q=2;声源置于两个刚性平面的交线上，Q=4;声源置于三个刚性反射面的交角上，Q=8）,距点声源 r 处的声压及声能
13、密度为：,声源的指向性因数,3.室内声压级的计算,a.直达声场的计算：距点声源 r 处的声强为,Q-声源的指向性因数点声源位于自由场空间，Q=1;置于无穷大刚性平面上，Q=2;声源置于两个刚性平面的交线上，Q=4;声源置于三个刚性反射面的交角上，Q=8）,距点声源 r 处的声压及声能密度为：,3.室内声压级的计算,声压级的计算：,3.室内声压级的计算,b.混响声场：自由程：声波每相邻两次反射所经过的路程称作自由程。平均自由程：室内自由程的平均值。,声速为c时，声波传播一个自由程所需的时间为：,单位时间内平均反射次数为：,3.室内声压级的计算,b.混响声场：单位时间声源向室内贡献的混响声为：,混
14、响声的声能为：,反射一次，壁面吸收的声能为：,单位时间内壁面吸收的声能为：,稳态时：,3.室内声压级的计算,b.混响声场：,室内的混响声能密度为：,设：,混响声场中的声压为：,3.室内声压级的计算,相应声压级为：,3.室内声压级的计算,c.总声场：,3.室内声压级的计算,混响半径,当直达声与混响声的声能相等时的距离称为临界半径。,Q=1时的混响半径称为混响半径。意义：当受声点与声源的距离小于临界半径时，吸声处理的降噪效果不大；当受声点与声源的距离大大超过临界半径时，吸声处理才有明显的效果。,7.5.1 吸声设计计算,4.混响时间计算,定义：当声源停止发声后声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压
15、级下降60dB所需的时间，叫做混响时间。Sabine公式：,V房间容积，m3A室内总吸声量，m2,7.5.1 吸声设计计算,4.混响时间计算,定义：当声源停止发声后声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级下降60dB所需的时间，叫做混响时间。Sabine公式：,V房间容积，m3A室内总吸声量，m2,4.混响时间计算,C.F.Eyring 公式:,Eyring-Millington 公式:,当0.2时，,7.5.1 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,设R1、R2分别为室内设置吸声装置前后的房间常数，则距声源r出相应的声压级分别为:,7.5.1 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,吸声前后的声压级之
16、差，即吸声降噪量为:,7.5.1 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,当受声点离声源较近时，降噪量很小。当受声点离声源较远时（混响半径以外），降噪量可简化为：,由于房间内吸声系数均较小，上式可简化为：,7.5.1 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,由于：,7.5.1 吸声设计计算,5.吸声降噪量计算,计算实例,某厂控制室：房间尺寸为14m10m3m，房间在各个倍频程中心频率处的平均吸声系数列于下表中。噪声源为房间内的空调设备，位于10m3m墙壁的中心部位。控制要求：距该空调7m处符合NR-50曲线。,设计计算步骤为：,记录房间尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等事项；在表的第一行记录噪声的
17、倍频程声压级测量值；在表的第二行记录NR-50的各个倍频程声压级；对各个倍频程声压级由第一行减去第二行，当出现负值时记为0；混响时间的测量值记录在第四行，由此计算出平均吸声系数，并记录在第五行，根据降噪量公式计算出所需的吸声系数，记录在第六行参考各种材料的吸声系数，使平均吸声系数达到第六行所列的吸声系数以上，然后确定房间内各部分的装修。,设计计算步骤为：,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
