環(huán)境聲學及其相關技術第次課

1、環(huán)境聲學及其相關技術第次課第1頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四噪聲污染控制的原則 隔 聲 吸聲 消聲 隔振 第2頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四 眾所周知，只有當噪聲源、傳播途徑、接受者三要素同時存在，噪聲才構成對環(huán)境的污染和對人的危害。因此控制噪聲必須從三方面著手:噪聲源的控制傳播途徑的控制接受者的防護第3頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四噪聲源的控制 ? 控制噪聲最積極的方法，就是在聲源上進行治理。如提高工藝水平、改進操作方法、提高零部件的加工精度等。具體可以從以下方面進行。振動控制技術。應用新材料、改進機械設備的

2、結構改革工藝和操作方法 提高零部件加工精度和裝配質量第4頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四傳播途徑的控制 利用區(qū)域分開的方法降低噪聲 利用地形和聲源的指向性降低噪聲利用綠化降低噪聲 123視頻第5頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四傳播途徑的控制 利用區(qū)域分開的方法降低噪聲 利用地形和聲源的指向性降低噪聲利用綠化降低噪聲 123視頻第6頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四傳播途徑的控制 第7頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四接受者的防護 常用的辦法有：佩戴隔音耳塞、耳罩、頭盔，采取輪班作業(yè)，縮短在噪聲環(huán)

3、境中的工作時間等。它們主要是利用隔聲的原理來阻擋噪聲傳入耳膜. 第8頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四噪聲污染控制的原則 隔 聲 吸聲 消聲 隔振 第9頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四 隔聲是噪聲控制工程中常用的措施之一。它是利用墻體、各種板材及構件使噪聲源和接收者分開，阻斷噪聲在空氣中的傳播，從而達到降低噪聲的目的。 當聲波在傳播過程中,遇到勻質屏障物,使一部分聲能被屏障物反射,一部分被屏障物吸收,一部分聲能透過屏障物輻射到另一空間,透射聲能僅是入射聲能的一小部分,具有隔聲能力的屏障物,稱為隔聲構件或隔聲設備. 隔聲 隔聲構件隔聲量的大小與隔

4、聲構件的材料、結構和聲波的頻率有關。 第10頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四 隔聲 雙層墻的隔聲性能 實踐與理論證明，單純依靠增加結構的重量來提高隔聲效果既浪費材料，隔聲效果也不理想。若在兩層墻間夾以一定厚度的空氣層，其隔聲效果會優(yōu)于單層實心結構，從而突破質量定律的限制。兩層勻質墻與中間所夾一定厚度的空氣層所組成的結構，稱為雙層墻。 一般情況下，雙層墻比單層勻質墻隔聲量大5-10dB；如果隔聲量相同，雙層墻的總重比單層墻減少2/3-3/4?？諝鈱拥淖饔锰岣吡烁袈曅Ч?其機理是當聲波透過第一層墻時，由于墻外及夾層中空氣與墻板特性阻抗的差異，造成聲波的兩次反射，形成衰減

5、，并且由于空氣層的彈性和附加吸收作用，使振動的能量衰減較大，然后再傳給第二層墻，又發(fā)生聲波的兩次反射，使透射聲能再次減少，因而總的透射損失更多。第11頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四常見的隔聲設備有：隔聲罩；隔聲間；隔聲屏等第12頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四噪聲污染控制的原則 隔 聲 吸聲 消聲 隔振 降噪措施中，吸聲是一種最有效的方法，因而在工程中被廣泛應用。采用吸聲手段改善噪聲環(huán)境時，通常有兩種處理方法：一是采用吸聲材料，二是采用吸聲結構。第13頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 在普通房間里，當室內(nèi)聲

6、源發(fā)出噪聲時，人們除了可以聽到由聲源傳來的直達聲以外，還會聽到由室內(nèi)各表面反射而形成的反射聲，使在室內(nèi)的人們受到更大的噪聲影響。 當聲波入射到物體表面時，一部分能量被反射，一部分能量被吸收，其余一部分聲能卻可以透過物體。這種情況下，吸聲材料和物體的吸聲結構就成為一種很重要的防止噪聲污染的方法。 第14頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 多孔性吸聲材料的吸聲機理 多孔性吸聲材料要具有吸聲性能，就必須具備兩個重要條件：一是具有大量的孔隙，二是孔與孔之間要連通。 當聲波入射到多孔性吸聲材料表面后，一部分聲波從多孔材料表面反射，另一部分聲波透射進入多孔材料，進入多孔材料

7、的這部分聲波，引起多孔性吸聲材料內(nèi)的空氣振動，由于多孔性材料中空氣與孔的摩擦和粘滯阻力等，將一部分聲能轉化為熱能。 此外，聲波在多孔性吸聲材料內(nèi)經(jīng)過多次反射進一步衰減，當進入多孔性吸聲材料內(nèi)的聲波再返回時，聲波能量已經(jīng)衰減很多，只剩下小部分的能量，大部分則被多孔性吸聲材料損耗吸收掉。 第15頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四 影響多孔性吸聲材料吸聲系數(shù)的因素 1 流阻 流阻Rl是評價吸聲材料或吸聲結構對空氣粘滯性能影響大小的參量。流阻的定義是：微量空氣流穩(wěn)定地流過材料時，材料兩邊的靜壓差和流速之比， 流阻與空氣的粘滯性、材料或結構的厚度、密度等都有關系。通常將吸聲材料或

8、吸聲結構的流阻控制在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)，吸聲系數(shù)大的材料或結構，其流阻也相對比較大，而過大的流阻將影響通風系統(tǒng)等結構的正常工作，因此在吸聲設計中必須兼顧流阻特性。 吸聲材料 2 材料的厚度 大量的試驗證明：吸聲材料的厚度決定了吸聲系數(shù)的大小和頻率范圍。增大厚度可以增大吸聲系數(shù)，尤其是增大中低頻吸聲系數(shù)。同一種材料，厚度不同，吸聲系數(shù)和吸聲頻率特性不同；不同的材料，吸聲系數(shù)和吸聲頻率特性差別也很大，具體選用時可以查閱相關聲學手冊。 第16頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 3 材料的容重或空隙率 材料的容重是指吸聲材料加工成型后單位體積的重量。有時，也用空隙率來描述

9、。空隙率是指多孔性吸聲材料中連通的空氣體積與材料總體積的比值，材料的容重或空隙率不同，對吸聲材料的吸聲系數(shù)和頻率特性有明顯影響。 一般情況下，密實、容重大的材料，其低頻吸聲性能好，高頻吸聲性能較差；相反，松軟、容重小的材料，其低頻吸聲性能差，而高頻吸聲性能較好。因此，在具體設計和選用時，應該結合待處理空間的聲學特性，合理地選用材料的容重。 4 濕度和溫度 濕度對多孔性材料的吸聲性能也有十分明顯的影響。隨著孔隙內(nèi)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，吸聲性能下降，吸聲頻率特性也將改變。因此，在一些含水量較大的區(qū)域，應合理選用具有防潮作用的超細玻璃棉氈等，以滿足南方潮濕氣

10、候和地下工程等使用的需要。 溫度對多孔性吸聲材料也有一定影響。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，因此在工程中，溫度因素的影響也應該引起注意。 第17頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 5 材料后空氣層的影響 在實際工程結構中，為了改善吸聲材料的低頻吸聲性能，通常在吸聲材料背后預留一定厚度的空氣層?？諝鈱拥拇嬖?，相當于在吸聲材料后又使用了一層空氣作為吸聲材料，或者說，相當于使用了吸聲結構。 6 材料飾面的影響 在實際工程中，為了保護多孔性吸聲材料不致變形以及污染環(huán)境，通常采用金屬網(wǎng)、玻璃絲布、及較大穿孔率的穿孔板等作為包裝護面；此外，有些

11、環(huán)境還需要對表面進行噴漆等，這些都將不同程度地影響吸聲材料的吸聲性能。但當護面材料的穿孔率（穿孔面積與護面總面積的比值）超過 20% 時，這種影響可以忽略不計。 第18頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 常用吸聲材料的吸聲系數(shù)及相關參數(shù) 材料名稱 容重 kg/m 3 厚度 (cm) 倍頻帶中心頻率 (Hz) 125 250 500 1k 2 2k 吸聲系數(shù) 超細玻璃棉 25 2.5 0.02 0.07 0.22 0.59 0.94 0.94 5 0.05 0.24 0.72 0.97 0.90 0.98 10 0.11 0.85 0.88 0.83 0.93 0

12、.97 礦棉 240 6 0.25 0.55 0.78 0.75 0.87 0.91 毛氈 370 5 0.11 0.30 0.50 0.50 0.50 0.52 微孔磚 450 620 4 0.09 0.29 0.64 0.72 0.72 0.86 5.5 0.20 0.40 0.60 0.52 0.65 0.62 膨脹珍珠巖 360 10 0.36 0.39 0.44 0.50 0.55 0.55 第19頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 常用建筑材料的吸聲系數(shù) 建筑材料 倍頻帶中心頻率 (Hz) 125 250 500 1k 2 2k 吸聲系數(shù)普通磚 0.

13、03 0.03 0.03 0.04 0.05 0.07 涂漆磚 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 混凝土塊 0.36 0.44 0.31 0.29 0.39 0.25 涂漆混凝土塊 0.10 0.05 0.06 0.07 0.09 0.08 混凝土 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 木料 0.15 0.11 0.10 0.07 0.06 0.07 灰泥 0.01 0.02 0.02 0.03 0.04 0.05 大理石 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 玻璃窗 0.15 0.10 0.08 0.08 0.07 0.0

14、5 第20頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲材料 一些常用建筑結構的吸聲系教及相關參數(shù) 材料名稱 材料 厚度 (cm) 空氣層厚度 (cm) 倍頻帶中心頻率 (Hz) 125 250 500 1k 2 2k 吸聲系數(shù) 刨花板 2.5 0 0.18 0.14 0.29 0.48 0.74 0.84 5 0.18 0.18 0.50 0.48 0.58 0.85 三合板 0.3 5 0.21 0.73 0.21 0.19 0.08 0.12 10 0.59 0.38 0.18 0.05 0.04 0.08 細木絲板 1.6 5 0 0.04 0.11 0.20 0.21

15、 0.60 0.68 5 0.29 0.77 0.73 0.68 0.81 0.83 甘蔗板 1.3 0 0.06 0.12 0.20 0.21 0.60 0.68 3 0.28 0.40 0.33 0.32 0.37 0.26 木質纖維板 1.1 0 0.06 0.15 0.28 0.30 0.33 0.31 5 0.22 0.30 0.34 0.32 0.41 0.42 泡沫水泥 5 0 0.32 0.39 0.48 0.49 0.47 0.54 5 0.42 0.40 0.43 0.48 0.49 0.55 第21頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四Unit of

16、measure纖維類材料 纖維類材料又分無機纖維和有機纖維兩類。無機纖維類主要有玻璃棉、玻璃絲、礦渣棉、巖棉及其制品。有機纖維類主要有棉麻下腳料、棉絮、稻草、海草及由甘蔗渣、麻絲等經(jīng)過加工而制成的各種軟質纖維板 第22頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四Unit of measure泡沫類材料 主要有脲醛泡沫塑料、氨基甲酸酯泡沫塑料等。這類材料的優(yōu)點是容積密度?。?014kg/m3）、導熱系數(shù)小、質地軟。缺點是易老化、耐火性差。目前用的最多的是聚氨酯泡沫塑料 第23頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四Unit of measure顆粒類材料 主要有膨

17、脹珍珠巖、多孔陶土磚、礦渣水泥等。它們具有保溫、防潮、不燃、耐熱、耐腐蝕、抗凍等優(yōu)點 第24頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲結構 吸聲處理中較常采用的另一措施就是采用吸聲結構。吸聲結構的吸聲機理，就是利用赫姆霍茲共振吸聲原理。 共振吸聲原理 當聲波入射到赫姆霍茲共振吸聲器的入口時，容器內(nèi)口的空氣受到激勵，將產(chǎn)生振動，容器內(nèi)的介質將產(chǎn)生壓縮或膨脹變形， 最簡單的赫姆霍茲共振吸聲器 赫姆霍茲共振吸聲器的共振頻率為 赫姆霍茲共振吸聲器達到共振時，其聲抗最小，振動速度達到最大，對聲的吸收也達到最大。 聲速， 入口管長度， 入口管面積 容器體積 第25頁，共44頁，2022

18、年，5月20日，15點46分，星期四吸聲結構 工程中常用的吸聲結構有空氣層吸聲結構、薄膜共振吸聲結構和板共振吸聲結構、穿孔板吸聲結構、微穿孔板吸聲結構、吸聲尖劈等，其中最簡單的吸聲結構就是吸聲材料后留空氣層的吸聲結構。 1 空氣層吸聲結構 1.空腔厚度 0 ，2.空腔厚度 100mm ， 3.空腔厚度 =300mm低頻的吸聲性能可得到大大改善 第26頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四TextText*資料來源：2.薄板共振吸聲結構 將薄的膠合板、塑料板、金屬板等材料的周邊固定在墻或頂棚的框架（稱龍骨）上，這種由薄板和板后的封閉空氣層構成的系統(tǒng)稱為薄板共振吸聲結構。 當聲

19、波入射到薄板上時，薄板就產(chǎn)生振動，發(fā)生彎曲變形，板因此而出現(xiàn)內(nèi)摩擦損耗，使振動的能量轉變?yōu)闊崃浚_到減噪的目的。當入射聲波的頻率與板系統(tǒng)的固有頻率相同時，便發(fā)生共振，板的彎曲變形最大，消耗聲能最多。工程中，薄板厚度一般為36mm，空氣層厚度為30100mm，其吸聲系數(shù)一般為0.20.5，共振頻率為100300Hz，屬低頻吸聲。若在薄板結構的邊緣放一些柔軟材料，如橡膠條、海綿條、毛氈等，可以明顯改善其吸聲效果。 吸聲結構 第27頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四3.單孔共振吸聲結構由腔體和頸口組成，腔體通過頸部與大氣相通，孔頸中的空氣柱很短，可視為不可壓縮的整體，當聲波入

20、射時，孔頸中的氣柱在聲波的作用下便像活塞一樣做往復運動，與頸壁發(fā)生摩擦使聲能轉變?yōu)闊崮芏鴵p耗。當系統(tǒng)的固有頻率與入射聲波頻率一致時，便發(fā)生共振，聲能得到最大吸收。這種結構對低頻吸聲作用明顯。是最簡單的赫姆霍茲共振吸聲結構. 吸聲結構 按照板穿孔的多少將其分為單孔共振吸聲結構和多孔共振吸聲結構 微穿孔板吸聲結構,穿孔率通常只有 1%3% ，其孔徑一般小于 3mm微穿孔板吸聲結構同樣屬于共振吸聲結構，其吸聲機理與穿孔板結構也基本相同。與普通穿孔板吸聲結構相比，其特點是吸聲頻帶寬、吸聲系數(shù)高，缺點是加工困難、成本高。 第28頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四Text*資料來源

21、：4.空間吸聲體和吸聲尖劈 空間吸聲體是由框架、吸聲材料和護面結構做成具有各種形狀的單元體。它們懸掛在有噪聲的空間，各個側面都能起到吸聲的作用，具有吸聲系數(shù)高、造價低、安裝方便等特點。 空間吸聲體常采用超細玻璃棉作為填充材料，采用木架或金屬框等為支撐結構，采用玻璃絲布作為外包裝材料，有時也采用穿孔率大于 20% 的穿孔板作為外包裝， 吸聲結構 第29頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四吸聲結構 4.空間吸聲體和吸聲尖劈 吸聲尖劈具有很高的吸聲系數(shù)，可以達到 0.99 ，常用于有特殊用途的聲學結構的構造。 吸聲尖劈的吸聲性能與吸聲尖劈的總長度 L和 以及空腔的深度 H 、填

22、充的吸聲材料的吸聲特性等都有關系， L越長，其低頻吸聲性能越好。此外，上述參數(shù)之間有一個最佳協(xié)調(diào)關系，需要在使用時根據(jù)吸聲的要求進行優(yōu)化，必要時還需要通過實驗加以修正。 第30頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四噪聲污染控制的原則 隔 聲 吸聲 消聲 隔振 第31頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四 消聲器是一種在允許氣流通過的同時，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。它主要用于機械設備的進、排氣管道或通風管道的噪聲控制。一個性能好的消聲器，可使氣流噪聲降低2040dB（A）。 消聲器類型很多，按其降噪原理主要有如下三種類型： 消聲 第32頁，共

23、44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四阻性消聲器 阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。把吸聲材料固定在氣流通道的內(nèi)壁上，或使之按一定的方式排列在管道中，就構成了阻性消聲器。當聲波進入消聲器后，由于摩擦力和粘滯阻力的作用，部分聲能轉化為熱能散失，起到了消聲作用。阻性消聲器結構簡單，能較好地消除中、高頻噪聲，但不適合在高溫、高濕環(huán)境中使用，對低頻噪聲消聲效果也較差。在實際應用中被廣泛用于消除風機、燃氣輪機等的進氣噪聲。 常見阻性消聲器的結構形式有直管式、折板式、片式、蜂窩式、迷宮式、聲流式、盤式及室式等。 第33頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四抗性

24、消聲器 抗性消聲器不使用吸聲材料，它是利用管道截面的突變或旁接共振腔，使聲波發(fā)生反射或干涉，從而使部分聲波不再沿管道繼續(xù)傳播、達到消聲的目的。 抗性消聲器耐高溫、耐氣流沖擊，適用于消除中低頻噪聲，實際應用中常用于消除空壓機、內(nèi)燃機和汽車排氣噪聲。常用的抗性消聲器主要有擴張室（也叫膨脹室）消聲器和共振腔消聲器。 擴張室消聲器的基本結構是擴張室和接管的組合。 第34頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四復式消聲器 阻性消聲器在中高頻范圍內(nèi)有較好的效果，而抗性消聲器可以有效地降低中低頻噪聲。兩者結合起來組成阻抗復合消聲器，便可在較寬的頻率范圍內(nèi)獲得良好的消聲效果。 復式消聲器 微

25、穿孔板消聲器是一種特殊的消聲結構，它利用微穿孔板吸聲結構而制成，是我國噪聲控制工作者研制成功的一種新型消聲器。通過選擇微穿孔板上的不同穿孔率與板后的不同腔深，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)獲得良好的消聲效果。因此，微穿孔板消聲器能起到阻抗復合式消聲器的消聲作用。 第35頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四微穿孔板消聲器 常見的阻抗復合式消聲器 第36頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四噪聲污染控制的原則 隔 聲 吸聲 消聲 隔振 第37頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四*資料來源：隔振概述 隔振器 阻尼減振 隔振就是將振源與基礎或其它物體間近似于剛性的聯(lián)接改成彈性聯(lián)接，以防止或減弱振動能量的傳遞，從而達到防振的目的。 隔振的分類： （1）積極隔振或主動隔振 對振動源采取隔振措施，防止它對周圍設備和建筑物的影響 （2）消極隔振或被動隔振 對怕振的儀器儀表等物品采取隔振措施，以防止和減弱其它振動源通過基礎向儀器設備傳遞振動 第38頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分，星期四隔振概述 隔振器 阻尼減振 盡管積極隔振和消極隔振在目標上有所不同，但依據(jù)的原理和采用的方法基本上是一致的。 常用的隔振器包括：金屬彈簧隔振器、橡膠隔振器空氣彈簧隔振器、隔振墊第39頁，共44頁，2022年，5月20日，15點46分