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6 吸声处理技术6 吸声处理技术吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。吸声材料一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二6 吸声处理技术吸声材料一室内吸声降噪三 吸声结构二6 吸声处理技术吸声材料一一 (一一)吸声系数吸声系数 (二二)吸声量吸声量 (三三)多孔吸声材料多孔吸声材料 吸声材料一(一)吸声系数 (二)吸声量 (三)【讨论讨论】：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(E)之比，即 (一一)吸声系数吸声系数 【讨论】：表示材料吸声能力的大小，值在01之间.n 吸声系数的影响因素 材料的结构使用条件使用条件声波频率声波频率吸声系数吸声系数影响因素影响因素2 25 53 34 41 1材料的性质声波入射角声波入射角度度 吸声系数的影响因素 材料的结构使用条件声波频率吸声系数25【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。【声波频率】【入射吸声系数】工程设计中常用的吸声系数有无规入射吸声系数（混响室法测量）无规入射吸声系数（混响室法测量）垂直入射吸声系数垂直入射吸声系数(驻波管法测量驻波管法测量)应用：测量材料的垂直入射吸声系数 ，按表6.1，将 换算为无规入射吸声系数 。表表表表6.1 6.1 与与与与 的换算关系的换算关系的换算关系的换算关系【入射吸声系数】工程设计中常用的吸声系数有表6.1 吸声材料一一 (一一)吸声系数吸声系数 (二二)吸声量吸声量 (二二)多孔吸声材料多孔吸声材料 吸声材料一(一)吸声系数 (二)吸声量 (二)定义：吸声系数与吸声面积的乘积 (6.2)(6.2)式中 吸声量，m2；某频率声波的吸声系数；吸声面积，m2。(二二)吸声量（吸声量（等效吸声面积等效吸声面积）【注注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。定义：吸声系数与吸声面积的乘积(二)吸声量（等效吸声面总吸声量：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 (6.3)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。(二二)吸声量（吸声量（等效吸声面积等效吸声面积）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吸声材料一一 (一一)吸声系数吸声系数 (二二)吸声量吸声量 (三三)多孔吸声材料多孔吸声材料 吸声材料一(一)吸声系数 (二)吸声量 (三)(二二)多孔吸声材料多孔吸声材料 KTV软包阻燃吸声材料软包阻燃吸声材料多孔槽型木质吸声材料多孔槽型木质吸声材料木丝板吸声材料木丝板吸声材料(二)多孔吸声材料 KTV软包阻燃吸声材料多孔槽型木质木质穿孔吸声板木质穿孔吸声板木质穿孔吸声板丝质吸声材料丝质吸声材料丝质吸声材料混凝土复合吸声型声屏障混凝土复合吸声型声屏障混凝土复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障吸声门吸声门吸声门吸声体吸声体吸声体吸声罩吸声罩吸声罩多孔吸声材料多孔吸声材料 n多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。n最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主；甘蔗渣等天然动植物纤维为主；n目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。n吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或粘结成毡状或板状。絮状或粘结成毡状或板状。多孔吸声材料 多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。1 1 吸声原理吸声原理 n声波入射到多孔吸声材料的表面时，部声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波反射，部分声波透入材料内部微孔分声波反射，部分声波透入材料内部微孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的与筋络之间的摩擦阻力摩擦阻力使声能不断转化为使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热能而消耗；空气与筋络之间的热交换热交换也也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。消耗部分声能，从而达到吸声的目的。1 吸声原理 声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波反射2.2.吸声特性及影响因素吸声特性及影响因素 特性特性:高频声吸收效果好，低频声吸收效高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。果差。原因原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的：低频声波激发微孔内空气与筋络的相对运动少，摩擦损小，声能损失少，而相对运动少，摩擦损小，声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以多。所以多孔吸收材料常用于高中频噪声多孔吸收材料常用于高中频噪声的吸收。的吸收。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n 吸声性能的影响因素 厚度吸声性能吸声性能 影响因素影响因素 2 25 53 34 41 1孔隙率与密度空腔空腔 使用环境使用环境护面层护面层 吸声性能的影响因素 厚度吸声性能 25341 厚度对吸声性能的影响 图图 6.3 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数理论证明，若吸声材料层背后理论证明，若吸声材料层背后为刚性壁面，最佳吸声频率出为刚性壁面，最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声现在材料的厚度等于该频率声波波长的波波长的1/41/4处。使用中，考虑处。使用中，考虑经济及制作的方便，对于中、经济及制作的方便，对于中、高频噪声，一般可采用高频噪声，一般可采用2 25cm5cm厚的成形吸声板；对低频吸声厚的成形吸声板；对低频吸声要求较高时，则采用厚度为要求较高时，则采用厚度为5 510cm10cm的吸声板。的吸声板。同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频同种材料，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率向低频方向近似移动一个倍频程 由实验测试可知：由实验测试可知：厚度越大，低频时吸声系数越大；厚度越大，低频时吸声系数越大；2000Hz2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；，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，增加厚度，可提高低频声的吸收效果，对高频声效果不大。对高频声效果不大。1 厚度对吸声性能的影响 图 6.3 不同厚度的超细玻璃棉孔隙率：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50%；孔隙率增大，密度减小，反之密度增大；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。2孔隙率与密度【讨论讨论】密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。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。吸收会有所下降。孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。2孔隙率与密空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层；空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层；吸声系数随腔深吸声系数随腔深D D（空气层）增加而增加；（空气层）增加而增加；空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。3空腔对吸声性能的影响 图图6.5 背后空气层厚度对吸声性能的影响背后空气层厚度对吸声性能的影响 空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层；3空腔对吸声性能的多多孔孔材材料料的的吸吸声声系系数数随随空空气气层层厚厚度度增增加加而而增增加加，但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。当当腔腔深深D D近近似似等等于于入入射射声声波波的的1/41/4波波长长时时，吸吸声声系系数数最大最大。当腔深为当腔深为1/21/2波长或其整倍数时，吸声系数波长或其整倍数时，吸声系数最小最小。一般推荐取腔深为一般推荐取腔深为5 510cm10cm。天天花花板板上上的的腔腔深深可可视视实实际际需需要要及及空空间间大大小小选选取取较较大的距离。大的距离。3空腔对吸声性能的影响 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：n良好的透气性；n微穿孔护面板穿孔率应大于20%，否则会影响高频吸声效果；n透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。n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护面层护面层对吸声性能的影响对吸声性能的影响 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温度温度湿度湿度气流气流 5 使用环境使用环境对吸声性能的影响对吸声性能的影响 l温度引起声速、波长温度引起声速、波长及空气粘滞性变化，及空气粘滞性变化，影响材料吸声性能。影响材料吸声性能。l温度升高，吸声性能温度升高，吸声性能向高频方向移动；向高频方向移动；l温度降低则向低频方温度降低则向低频方向移动。向移动。l通风管道和消声器内通风管道和消声器内 气流易吹散多孔材料，气流易吹散多孔材料，吸声效果下降；吸声效果下降；l飞散的材料会堵塞管飞散的材料会堵塞管 道，损坏风机叶片；道，损坏风机叶片；l应根据气流速度大小应根据气流速度大小选择一层或多层不同选择一层或多层不同的护面层。的护面层。l空气湿度引起多孔材空气湿度引起多孔材料含水率变化。料含水率变化。l湿度增大，孔隙吸水量湿度增大，孔隙吸水量增加，堵塞细孔，吸声系增加，堵塞细孔，吸声系数下降，数下降，先从高频开始。先从高频开始。l湿度较大环境应选用耐湿度较大环境应选用耐潮吸声材料。潮吸声材料。温度湿度气流 5 使用环境对吸声性能的影响 温度引起声速外墙保温吸声层外墙保温吸声层 保温吸声层保温吸声层 阻燃吸声板阻燃吸声板 羊毛阻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。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。外墙保温吸声层 保温吸声层 阻燃吸声板 羊毛阻燃吸声板 注意多多孔孔吸吸声声材材料料的的种种类类无机纤维材料：无机纤维材料：玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品；玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品；有机纤维材料：有机纤维材料：棉麻、棉絮、稻草、海草、麻衣、棕丝、甘蔗渣、纸浆棉麻、棉絮、稻草、海草、麻衣、棕丝、甘蔗渣、纸浆等软质纤维板；等软质纤维板；泡沫塑料材料：泡沫塑料材料：各种树脂；各种树脂；颗粒类吸声材料：颗粒类吸声材料：陶土砖、矿渣水泥、木屑石灰水泥等。陶土砖、矿渣水泥、木屑石灰水泥等。多孔吸声材料的种类无机纤维材料：6 吸声处理技术吸声材料一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二6 吸声处理技术吸声材料一室内吸声降噪三 吸声结构二吸声处理中常采用吸声结构。吸声处理中常采用吸声结构。吸声结构二二 (一一)薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 (二二)穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 (三三)微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 吸声结构机理：吸声结构机理：赫姆霍兹共振吸声原理赫姆霍兹共振吸声原理常用的吸声结构常用的吸声结构吸声处理中常采用吸声结构。吸声结构二(一)薄板共振吸图图6.6 6.6 薄板共振吸声结构示意图薄板共振吸声结构示意图 (一一)薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 空气层空气层龙龙骨骨龙龙骨骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁刚性壁面面机理：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、薄金属板、胶合板、硬质纤维板、石膏板等硬质纤维板、石膏板等 图6.6 薄板共振吸声结构示意图(一)薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构的共振频率式中式中 板的面密度，板的面密度，kgkgm m2 2，其中，其中m m为板密为板密 度，度，kg/mkg/m3 3，t t为板厚为板厚,m,m；板后空气层厚度，。板后空气层厚度，。【讨论讨论】增大或增大或 增加，共振频率下降。增加，共振频率下降。通常取薄板厚度通常取薄板厚度3 36mm6mm，空气层厚度，空气层厚度3030100mm100mm，共振，共振频率多在频率多在1010300Hz300Hz之间，故一般用于低频吸声；之间，故一般用于低频吸声；吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.20.20.50.5。(6.4)薄板共振吸声结构的共振频率【讨论】增大或 增空气层空气层龙龙骨骨龙龙骨骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁刚性壁面面在薄板结构边缘（板在薄板结构边缘（板-龙骨龙骨交接处）填置能增加结构阻交接处）填置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。增大吸声系数。在空腔中，沿框架四周放在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如矿棉、置多孔吸声材料，如矿棉、玻璃棉等。玻璃棉等。采用组合不同单元或不同腔采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频高频声的板材，拓宽吸声频带。带。空气层龙骨龙骨3阻尼材料4薄板1刚性壁面改善薄板共振吸 (二二)穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 单个空腔共振吸声结构：多孔穿孔板共振吸声结构：单个空腔共振吸声结构：亥姆赫兹共振器。单个空腔共振吸声结构：亥姆赫兹共振器。固有频率为：固有频率为：(二)穿孔板共振吸声结构 单个空腔共振吸声结构：单个空 (二二)穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 单个空腔共振吸声结构：多孔穿孔板共振吸声结构：多孔穿孔板共振吸声结构：多个亥姆赫兹共振器并多孔穿孔板共振吸声结构：多个亥姆赫兹共振器并联的共振吸声结构。联的共振吸声结构。固有频率为：固有频率为：(二)穿孔板共振吸声结构 单个空腔共振吸声结构：多孔穿6.3 吸吸声声减减噪噪量量的的计计算算1.室内声场：室内声场：自由声场：声源直接到达听者的声场；自由声场：声源直接到达听者的声场；混响声场：经过壁面一次或多次反射声场。混响声场：经过壁面一次或多次反射声场。2.房间平均吸声系数：房间平均吸声系数：6.3 吸声减噪量的计算1.室内声场：3.吸声量的计算：吸声量的计算：4.室内声级的计算；室内声级的计算；Lp室内声压级，室内声压级，dB；Lw声功率级，声功率级，dB；Q声源的指向性因素，分别为声源的指向性因素，分别为1，2，4，8。r声源到受点的距离；声源到受点的距离；R房间常数，定义式为房间常数，定义式为3.吸声量的计算：Lp室内声压级，dB；5.混响时间计算混响时间计算 混响时间（混响时间（T）：）：在总体积为在总体积为V的扩散声场中，当声源停止发声后的扩散声场中，当声源停止发声后声能密度下降为原有数值的百万分之一所需要的声能密度下降为原有数值的百万分之一所需要的时间时间或或房间内声压级下降房间内声压级下降60dB所需要的时间。所需要的时间。5.混响时间计算6.吸声降噪量的计算吸声降噪量的计算 处理前房间平均系数处理前房间平均系数 ，声压级为，声压级为LP1，吸声处理后平均，吸声处理后平均系数为系数为 ,声压级为声压级为LP2。吸声处理前后的声压级差。吸声处理前后的声压级差LP即为降即为降噪量。噪量。在噪声源附近，直达声占主要地位，即在噪声源附近，直达声占主要地位，即在离噪声源足够远处，混响声占主要地位，即；在离噪声源足够远处，混响声占主要地位，即；6.吸声降噪量的计算在噪声源附近，直达声占主要地位，即
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