噪聲第七章-吸聲降噪技術2

1、 聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院李李 聰聰2013.11.25本章內容本章內容v7.1 吸聲材料的分類和吸聲性能評價量吸聲材料的分類和吸聲性能評價量v7.2 多孔性吸聲材料多孔性吸聲材料v7.3 共振吸聲結構共振吸聲結構v7.4 室內聲場和吸聲降噪室內聲場和吸聲降噪v多孔性吸聲材料的吸聲機理；多孔性吸聲材料的吸聲機理；v共振吸聲結構的吸聲機理；共振吸聲結構的吸聲機理；v室內聲場中聲能密度和聲壓級的計算；室內聲場中聲能密度和聲壓級的計算；本課的重點難點本課的重點難點第二節(jié)第二節(jié) 多孔性吸聲材料多孔性吸聲材料幾種多孔性吸聲材料幾種多孔性吸聲材料第二節(jié)第二節(jié) 多孔性吸聲材料多孔性吸聲材

2、料v一、多孔性吸聲材料的吸聲機理一、多孔性吸聲材料的吸聲機理v多孔性吸聲材料具備條件多孔性吸聲材料具備條件 內部有許多孔隙，且分布均勻而細小內部有許多孔隙，且分布均勻而細小 孔隙與材料表面相通，具有通氣性孔隙與材料表面相通，具有通氣性 孔隙相互連通，不是封閉的孔隙相互連通，不是封閉的壓縮、膨脹、摩擦、產熱壓縮、膨脹、摩擦、產熱降低聲音能量降低聲音能量二、影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素二、影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素v1 1、空氣流阻、空氣流阻 穩(wěn)定氣流通過多孔性吸聲材料時，材料兩面的靜壓差和氣穩(wěn)定氣流通過多孔性吸聲材料時，材料兩面的靜壓差和氣流線速度之比。反映空氣通過多孔材料時阻力大小。

3、流線速度之比。反映空氣通過多孔材料時阻力大小。過高過高空氣穿透力降低空氣穿透力降低過低過低因摩擦力、粘滯力引因摩擦力、粘滯力引起的聲能損耗降低起的聲能損耗降低吸聲性能下降吸聲性能下降1材料流阻較低；材料流阻較低；2材料流阻較大；材料流阻較大；3材料流阻很大。材料流阻很大。二、影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素二、影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素v2 2、孔隙率的影響、孔隙率的影響 材料內部空氣體積與材料總體積之比；材料內部空氣體積與材料總體積之比； 孔隙率又與材料的流阻有關；孔隙率又與材料的流阻有關； 相同孔隙率，孔隙尺寸越大，流阻越?。幌嗤紫堵?，孔隙尺寸越大，流阻越??；v3 3、材料厚度、材

4、料厚度 材料厚度的增加，吸聲材料厚度的增加，吸聲最佳頻率最佳頻率向低頻方向移動；向低頻方向移動； 厚度每增加厚度每增加1 1倍，最大吸收頻率向低頻方向移動一個倍頻倍，最大吸收頻率向低頻方向移動一個倍頻程；程；Dcfr41v4 4、材料平均、材料平均 密度密度 隨著材料密隨著材料密度的增大，度的增大，最大吸收系最大吸收系數向低頻方數向低頻方向移動。向移動。v5 5、背后空腔、背后空腔 吸聲材料背后具有一定厚度的空腔，其作用相吸聲材料背后具有一定厚度的空腔，其作用相當于加大材料的有效厚度，可改變低頻的吸聲當于加大材料的有效厚度，可改變低頻的吸聲性能。性能。 空腔厚度為垂直入射聲波空腔厚度為垂直入射

5、聲波1/41/4波長時，吸聲系波長時，吸聲系數最大，若為數最大，若為1/21/2波長，或是整數倍時，吸聲波長，或是整數倍時，吸聲系數最小。系數最小。v6、護面層、護面層 多孔材料疏松，無法固定，不美觀，需表面覆多孔材料疏松，無法固定，不美觀，需表面覆蓋護面層，如護面穿孔板，織物或網紗等蓋護面層，如護面穿孔板，織物或網紗等 穿孔板，穿孔率超過穿孔板，穿孔率超過 20% 薄膜，厚度小于薄膜，厚度小于0.05mmv7、溫度和濕度、溫度和濕度 溫度下降時，低頻吸聲性能增加；溫度上升時溫度下降時，低頻吸聲性能增加；溫度上升時，低頻吸聲性能下降，低頻吸聲性能下降 隨著孔隙內含水量的增大，孔隙被堵塞，吸聲隨

6、著孔隙內含水量的增大，孔隙被堵塞，吸聲材料中的空氣不再連通，空隙率下降，吸聲性材料中的空氣不再連通，空隙率下降，吸聲性能下降能下降第三節(jié)第三節(jié) 共振吸聲結構共振吸聲結構v一、概述一、概述 薄板或薄膜共振吸聲結構薄板或薄膜共振吸聲結構 單空腔共振吸聲結構單空腔共振吸聲結構 穿孔共振吸聲結構穿孔共振吸聲結構 微穿孔共振吸聲結構微穿孔共振吸聲結構第三節(jié)第三節(jié) 共振吸聲結構共振吸聲結構v二、薄板與薄膜共振吸聲結構二、薄板與薄膜共振吸聲結構 當薄板固定在剛性面骨架上時，薄板和板后的當薄板固定在剛性面骨架上時，薄板和板后的封閉空氣層，就構成了薄板共振吸聲結構封閉空氣層，就構成了薄板共振吸聲結構 聲波入射到

7、薄板激起板面振動使板發(fā)生彎曲變聲波入射到薄板激起板面振動使板發(fā)生彎曲變形，由于板和固定支點之間的磨擦，以及板本形，由于板和固定支點之間的磨擦，以及板本身內的耗損，于是聲能轉化為熱能，在共振頻身內的耗損，于是聲能轉化為熱能，在共振頻率處，消耗聲能最大，吸聲系數最大其它頻率率處，消耗聲能最大，吸聲系數最大其它頻率吸聲系數相對較小。吸聲系數相對較小。龍骨龍骨空氣層空氣層墊襯墊襯薄板薄板v薄板材料可用膠合板，纖維板，石膏板或薄板材料可用膠合板，纖維板，石膏板或水泥板。水泥板。v薄膜吸聲結構的共振頻率通常在薄膜吸聲結構的共振頻率通常在200Hz1000Hz范圍，最大吸聲系數約為范圍，最大吸聲系數約為0.

8、30.4，一般作為一般作為中頻中頻范圍的吸聲材料。范圍的吸聲材料。v薄板共振吸聲結構的共振頻率通常在薄板共振吸聲結構的共振頻率通常在80Hz300Hz范圍范圍三、穿孔板共振吸聲結構三、穿孔板共振吸聲結構v由穿孔板構成的共振吸聲結構被稱做穿孔由穿孔板構成的共振吸聲結構被稱做穿孔板共振吸聲結構，它也是工程中常用的共板共振吸聲結構，它也是工程中常用的共振吸聲結構。振吸聲結構。v對于多孔共振吸聲結構對于多孔共振吸聲結構，實際上可以看成，實際上可以看成單孔共振吸聲結構的并聯(lián)結構，因此，多單孔共振吸聲結構的并聯(lián)結構，因此，多孔共振吸聲結構的吸聲性能要比單孔共振孔共振吸聲結構的吸聲性能要比單孔共振吸聲結構的

9、吸聲效果好，通過孔參數的優(yōu)吸聲結構的吸聲效果好，通過孔參數的優(yōu)化設計可以有效改善其吸聲頻帶等性能?；O計可以有效改善其吸聲頻帶等性能。 v單孔共振吸聲結構單孔共振吸聲結構VtdtVdCfr4224d22maxAVtd剛性壁面D 穿孔板共振吸聲結構穿孔板共振吸聲結構tDPctADScfr22穿孔率的計算穿孔率的計算1 1）當圓孔為正方形排列時）當圓孔為正方形排列時2 2）當孔為等邊三角形排列時）當孔為等邊三角形排列時dB24BdPdB232BdPv一般穿孔率一般穿孔率P控制在控制在1% 10%，最高不超，最高不超過過20%，若超過，若超過20%不起共振吸聲作用，不起共振吸聲作用，變成護面板了。變

10、成護面板了。v孔徑孔徑d一般為一般為2mm4mm，空腔深度為，空腔深度為10cm25cm，板厚為，板厚為2mm5mm。為拓寬。為拓寬吸聲頻率范圍，也可在板內加上吸聲材料吸聲頻率范圍，也可在板內加上吸聲材料，為拓寬吸聲頻率范圍，也可在板內加上，為拓寬吸聲頻率范圍，也可在板內加上吸聲材料，添加吸聲材料要靠近穿孔板。吸聲材料，添加吸聲材料要靠近穿孔板。 吸聲帶寬吸聲帶寬 假設在假設在f0處的最大吸聲系數為處的最大吸聲系數為max，則在，則在f0附近附近能保持吸聲系數為能保持吸聲系數為max /2的頻帶寬度的頻帶寬度f為吸聲為吸聲帶寬。帶寬。 吸聲系數高于吸聲系數高于max /2的頻帶寬度：的頻帶寬度

11、：Dcffr24四、微穿孔板共振吸聲結構四、微穿孔板共振吸聲結構v由于穿孔板的聲阻很小，因此吸聲頻帶很窄。為由于穿孔板的聲阻很小，因此吸聲頻帶很窄。為使穿孔板結構在較寬的范圍內有效地吸聲，必須使穿孔板結構在較寬的范圍內有效地吸聲，必須在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上聲阻較在穿孔板背后填充大量的多孔材料或敷上聲阻較高的紡織物。但是，如果把穿孔直徑減小到高的紡織物。但是，如果把穿孔直徑減小到1mm以下，則不需另加多孔材料也可以使它的聲阻增以下，則不需另加多孔材料也可以使它的聲阻增大，這就是微穿孔板。大，這就是微穿孔板。v 微穿孔板吸聲結構的理論是我國著名聲學專家，微穿孔板吸聲結構的理論是我國著

12、名聲學專家，中科院院士馬大猷教授于中科院院士馬大猷教授于20世紀世紀70年代提出來的年代提出來的。v在板厚小于在板厚小于1.0mm薄板上穿以孔徑小于薄板上穿以孔徑小于1.0mm的的微孔，穿孔率在微孔，穿孔率在15之間，后部留有一定厚之間，后部留有一定厚度（如度（如520cm）的空氣層，空氣層內不填任何）的空氣層，空氣層內不填任何吸聲材料，這樣即構成了微穿孔吸聲結構，常用吸聲材料，這樣即構成了微穿孔吸聲結構，常用的多是單層或雙層微穿孔板結構形式。的多是單層或雙層微穿孔板結構形式。v 微穿孔板吸聲結構是一種低聲質量，高聲阻的共微穿孔板吸聲結構是一種低聲質量，高聲阻的共振吸聲結構，其性能介于多孔吸聲

13、材料和共振吸振吸聲結構，其性能介于多孔吸聲材料和共振吸聲結構之間，其吸聲頻率寬度可優(yōu)于常規(guī)的穿孔聲結構之間，其吸聲頻率寬度可優(yōu)于常規(guī)的穿孔板共振吸聲結構。板共振吸聲結構。第四節(jié)第四節(jié) 室內聲場和吸聲降噪室內聲場和吸聲降噪v擴散聲場擴散聲場 室內聲能密度處處相同，在任何一點上，室內聲能密度處處相同，在任何一點上，從各個方向傳來的聲波幾率相等，聲波相位從各個方向傳來的聲波幾率相等，聲波相位是無規(guī)則的，這樣的聲場稱作擴散聲場。是無規(guī)則的，這樣的聲場稱作擴散聲場。 直達直達聲場：從聲源直接到達聲場：從聲源直接到達接受點接受點的直達聲形成的直達聲形成的聲場。的聲場。 混響混響聲場：經過房間面壁一次和多次

14、聲場：經過房間面壁一次和多次反射反射后到達后到達接受點的反射聲形成的聲場。接受點的反射聲形成的聲場。一、室內聲場中的聲能密度和聲壓級一、室內聲場中的聲能密度和聲壓級所以直達聲聲能密度：所以直達聲聲能密度：crWRd24又由于：又由于：22cped所以直達聲聲壓級為：所以直達聲聲壓級為：24lg10rRLLwpd1 1、直達聲場、直達聲場2 2、混響聲場、混響聲場自由程自由程：在室內聲場中，聲波每相鄰兩次反射所：在室內聲場中，聲波每相鄰兩次反射所經過的路程。經過的路程。平均自由程平均自由程：聲波經過多次反射距離的平均值：聲波經過多次反射距離的平均值 （d d）。）。由理論和實驗均證實不論空間形狀

15、如何，均有：由理論和實驗均證實不論空間形狀如何，均有：SVd4其中：其中：V V為房間體積，為房間體積，S S為房間總表面積。為房間總表面積。設聲音在設聲音在1 1秒鐘內傳播的距離為秒鐘內傳播的距離為c c米，則米，則1 1秒鐘內的平均秒鐘內的平均反射次數為：反射次數為：VcSdcn4設聲源單位時間發(fā)出的聲功率為設聲源單位時間發(fā)出的聲功率為W W，則當聲波被房間，則當聲波被房間壁面部分吸收后剩余的聲能量為壁面部分吸收后剩余的聲能量為: :)1 (W設設混響聲混響聲平均聲能密度為平均聲能密度為 ，則，則單位時間單位時間被吸收被吸收的聲能量為：的聲能量為：亦即：聲源提供的混響聲能量。亦即：聲源提供

16、的混響聲能量。rVcSVr4當單位時間內聲源貢獻的混響聲能與被吸收的混當單位時間內聲源貢獻的混響聲能與被吸收的混響聲能相等時，體系達到穩(wěn)定狀態(tài)，即：響聲能相等時，體系達到穩(wěn)定狀態(tài)，即：所以，室內混響聲場平均聲能密度為：所以，室內混響聲場平均聲能密度為：設：設：1SRVcSVWr4)1 (cRWcSWr414R R：房間常數，：房間常數，m m2 2又由于直達聲聲能平均密度為：又由于直達聲聲能平均密度為： 當室內存在混響時，室內某點的平均聲能密當室內存在混響時，室內某點的平均聲能密度應等于直達聲和混響聲能密度之和，即：度應等于直達聲和混響聲能密度之和，即：RrRcWcRWcrWRrd444422

17、把直達聲場和混響聲場疊加形成總聲場。把直達聲場和混響聲場疊加形成總聲場。3、房間內總聲壓級、房間內總聲壓級crWRd24例例.在在7.62m6.09m3.66m的室內，其平均吸聲系數的室內，其平均吸聲系數為為0.2，求距離一個，求距離一個2W各向同性聲源各向同性聲源4.57m處的聲能處的聲能密度。密度。解：解： 例例.在在7.62m6.09m3.66m的室內，其平均吸聲系數的室內，其平均吸聲系數為為0.2，求距離一個，求距離一個2W各向同性聲源各向同性聲源4.57m處的聲能處的聲能密度。密度。解：解： 而而 C=344m/s CRWCrWrd4421SR23 .482 . 0117.1932

18、. 0mR342/1004. 53 .483442434457. 442mJ 217.193209. 666. 366. 362. 709. 662. 7mS又因為聲能密度與有效聲壓是平方正比關系，即：又因為聲能密度與有效聲壓是平方正比關系，即：則：則： RrRcWcRrRcWPe44442222所以混響聲壓級為：所以混響聲壓級為：RrRLPPLWep44lg10lg1022022cped例例.在一個在一個20157m3的房間內，平均吸聲系數為的房間內，平均吸聲系數為0.35，混響聲壓是，混響聲壓是1.5Pa，特性阻抗，特性阻抗408Pas/m，試求聲源，試求聲源的聲功率。的聲功率。解：解：例

19、例.在一個在一個20157m3的房間內，平均吸聲系數為的房間內，平均吸聲系數為0.35，混響聲壓是，混響聲壓是1.5Pa，特性阻抗，特性阻抗408Pas/m，試求聲源，試求聲源的聲功率。的聲功率。解：房間常數解：房間常數由公式由公式 和和 得得則則29 .586715272021520235. 0135. 01mSRRCWr422cpcpRW24WcpRWe81. 04085 . 149 .586422 從混響聲壓級公式可看出：公式中第一項從混響聲壓級公式可看出：公式中第一項Lw為直達為直達聲，第二項為混響聲。聲，第二項為混響聲。當當 時，即時，即 r 很小，聲場以直達聲為主；很小，聲場以直達

20、聲為主；當當 時時 ，即，即 r 很大，聲場以混響聲為主；很大，聲場以混響聲為主；當當 時，直達聲聲能密度與混響聲聲能密度時，直達聲聲能密度與混響聲聲能密度相等，這時相等，這時r稱為臨界半徑，即：稱為臨界半徑，即：當當R1時的臨界半徑又稱為混響半徑。時的臨界半徑又稱為混響半徑。R RR R1 14 4. .0 0 r rRrR442RrR442RrR4424、混響半徑、混響半徑v當接受點與聲源距離大于臨界半徑時，即混響當接受點與聲源距離大于臨界半徑時，即混響聲占主導地位，則吸聲降噪處理效果明顯；聲占主導地位，則吸聲降噪處理效果明顯；v當接受點與聲源距離小于臨界半徑時，即直達當接受點與聲源距離小

21、于臨界半徑時，即直達聲占主導地位，則吸聲降噪處理效果不明顯。聲占主導地位，則吸聲降噪處理效果不明顯。5、典型室內聲場、典型室內聲場v自由聲場和消聲室自由聲場和消聲室 房間內吸聲系數為房間內吸聲系數為1 1，房間常數為無窮大，形，房間常數為無窮大，形成無反射的自由聲場。成無反射的自由聲場。消聲室消聲室 全消聲室全消聲室 半消聲室半消聲室 用途：用途： 聲功率測量聲功率測量 聲源的識別和分析聲源的識別和分析 聲音設備的輻射特性聲音設備的輻射特性南南通通大大學學5、典型室內聲場、典型室內聲場v擴散聲場和混響室擴散聲場和混響室 房間內聲能密度處處相等，聲能量向各方向傳遞房間內聲能密度處處相等，聲能量向

22、各方向傳遞的概率相等，房間內聲波相位無規(guī)和不相干。的概率相等，房間內聲波相位無規(guī)和不相干。 混響室混響室南南通通大大學學二、室內聲衰減和混響時間二、室內聲衰減和混響時間v當聲源開始向室內輻射聲能時，聲波在室當聲源開始向室內輻射聲能時，聲波在室內空間傳播，當遇到壁面時，部分聲能被內空間傳播，當遇到壁面時，部分聲能被吸收，部分被反射；在聲波的繼續(xù)傳播中吸收，部分被反射；在聲波的繼續(xù)傳播中多次被吸收和反射，在空間就形成了一定多次被吸收和反射，在空間就形成了一定的聲能密度分布。隨著聲源不斷供給能量的聲能密度分布。隨著聲源不斷供給能量，室內聲能密度將隨時間而增加。，室內聲能密度將隨時間而增加。v最終單位

23、時間內被室內吸收的聲能與聲源最終單位時間內被室內吸收的聲能與聲源供給聲能相等，室內聲能密度不再增加，供給聲能相等，室內聲能密度不再增加，處于穩(wěn)定狀態(tài)。事實上，在一般情況下，處于穩(wěn)定狀態(tài)。事實上，在一般情況下，大約只需大約只需12s的時間，聲能密度的分布即的時間，聲能密度的分布即接近于穩(wěn)態(tài)。接近于穩(wěn)態(tài)。由于室內存在混響，聲源停止發(fā)聲后，室內由于室內存在混響，聲源停止發(fā)聲后，室內受聲點上的聲能量不會立即消失，要受聲點上的聲能量不會立即消失，要持續(xù)一持續(xù)一段時間段時間，這一段時間內持續(xù)的聲音成為，這一段時間內持續(xù)的聲音成為“混混響聲響聲”。這種現象稱作室內混響。這種現象稱作室內混響 當聲音經過當聲音

24、經過第第1次次反射后，反射后，平均聲能密度降低為：平均聲能密度降低為：101 當聲音經過當聲音經過第第2次次反射后，反射后，平均聲能密度降低為：平均聲能密度降低為： 當聲音經過當聲音經過第第n次次反射后，反射后，平均聲能密度降低為：平均聲能密度降低為：由于在由于在t秒內總反射次數為：秒內總反射次數為：tVcS42021nn10則則t t秒后的平均聲能密度為：秒后的平均聲能密度為：tVcSt401 又由于聲能密度與有效聲壓是平方正比關系，又由于聲能密度與有效聲壓是平方正比關系，所以有：所以有：tVcSeetPP42021 當聲能密度衰減到原來的當聲能密度衰減到原來的百萬分之一時百萬分之一時所需要

25、所需要的時間，即的時間，即聲壓級衰減聲壓級衰減60dB60dB所需要的時間，稱為所需要的時間，稱為混響時間混響時間所以有：所以有：1ln161. 01ln3 .5560SVcSVT 當聲音為高頻區(qū)聲音，聲音傳播過程中空氣當聲音為高頻區(qū)聲音，聲音傳播過程中空氣吸聲不能不考慮，吸聲不能不考慮，t秒內傳播距離為秒內傳播距離為ct，經空，經空氣吸收后聲能密度降為原來的氣吸收后聲能密度降為原來的e-mct，其中，其中m為為聲音衰減常數，單位為聲音衰減常數，單位為m-1，則，則t秒后平均聲能秒后平均聲能密度衰減為：密度衰減為：mcttVcSte401則：則：mVSVmVccSVT41ln161. 041ln2 .55601）當聲音頻率低于）當聲音頻率低于2000Hz時，時，m可忽略，也即：可忽略，也即：1ln161. 060SVT2）當聲音頻率低于）當聲音頻率低于2000Hz，且平均吸聲系數小于，且平均吸聲系數小于0.2時，有：時，有：1ln此時混響時間為：此時混響時間為：SVT16