资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节 噪声的,控制技术,吸声,吸声降噪,是控制室内噪声,常用,的技术措施。,通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技,术称为,吸声,。,一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低,约,3,5dBA,，使噪声严重的车间降噪,6,10,dBA,。,吸声系数：,材料吸收的声能（,E,a,）与入射到材料上的总声能（,E,i,）之比，即：,表示材料吸声能力的大小，,值在,0,1,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。,一、吸声系数、吸声量,表征吸声材料或吸声结构,吸声特性,的物理量有,吸声系数,、,吸声量,和,声阻抗,物理量,吸声系数的影响因素,（,1,）频率,（,2,）入射角度,（,3,）吸声材料特有属性（结构、性质等）,（,4,）使用条件,一、吸声系数、吸声量,【,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。,【,入射吸声系数,】,工程设计中常用的吸声系数有,混响室法吸声系数,（无规入射吸声系数）,s,；,驻波管法吸声系数,（垂直入射吸声系数）,0,；,应用：测量材料的垂直入射吸声系数,0,，按表将,0,换算为无规入射吸声系数,T,的换算关系。,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,T,0.25,0.40,0.50,0.60,0.75,0.85,0.90,0.98,1,0,与,s,的换算关系,s,更接近于室内声场实际情况和材料的实际适用条件，因此工程上普遍采用,s,。,0,的测定简单，常用作吸声材料和吸声结构的吸声能力指标,一、吸声系数、吸声量,吸声量,定义：吸声系数与吸声面积的乘积。,A =,S,其中：,A,吸声量，,m,2,；,某频率声波的吸声系数；,S,吸声面积，,m,2,。,工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。,如果室内各壁面的材料不同，则壁面在某频率下的总吸声量,A,二、吸声材料,吸声材料：,能吸收消耗一定声能的材料。,吸声材料的种类：,无机纤维材料,玻璃丝、玻璃棉、岩棉和矿渣棉及其制品,有机纤维材料,软质纤维板、木丝板、棉絮稻草等制品,泡沫材料,泡沫塑料和泡沫玻璃,吸声建筑材料,微孔泡沫吸声转、膨胀珍珠岩、泡沫混凝土,多孔吸声材料,KTV,软包阻燃吸声材料,多孔槽型木质吸声材料,木丝板吸声材料,二、吸声材料,结构特征,多孔材料内部具有无数的微孔和间隙，孔隙间彼此贯通，且通过表面与外界羡桐。只有材料的孔隙对表面开口、孔孔相连且孔隙深入材料内部，才能有效吸收声能。,二、吸声材料,吸声特性,典型多孔吸声材料的频谱特性曲线,吸声材料的频谱特性曲线是一条,多峰曲线,。,由图可知，在,低频,段吸声系数一般较低，当声波频率,提高,时，吸声系数相应,增大,，并有不同程度的变化。,二、吸声材料,吸声特性,典型多孔吸声材料的频谱特性曲线,在第一共振频率,f,r,上出现第一个共振吸收峰，,r,称为,峰值吸声系数,。,随着频率的升高，吸声系数曲线与一个随频率变化不明显的数值,m,，称为,高频吸声系数,。,f,a,为第一反共振频率，,a,为为第一谷值,吸声系数,。,二、吸声材料,吸声特性,典型多孔吸声材料的频谱特性曲线,取吸声系数降低至,r,/2,的频率,f,2,作为,吸声下限频率,，,f,2,与,f,r,之间的倍频程,2,称为,下半频带宽度；,f,r,与,f,a,之间的倍频程,1,称为,上,半频带宽度。,二、吸声材料,吸声机理,主导机制：声能入射到多孔材料上，进入通气性的孔中引起空气与材料振动，由于材料,内摩擦,和,粘滞力,的作用使声振动能转化热能而散耗掉。,次要机制：声能入射到多孔材料上，进入通气性的孔中引起空气和材料振动，由于媒质振动时各处质点疏密不同，这种压缩与膨胀引起它们温度的不同，从而产生温度梯度，通过,热传导作用,将热能散失掉。,二、吸声材料,吸声材料吸声性能的影响因素,空气流阻,材料层厚度,材料密度,吸声材料背后空腔,护面层,温度和湿度,1,2,3,4,5,6,空气流阻,1,当声波引起空气振动时，有微量的空气在多孔材料的空隙流过。这时，多孔材料两面的静压差与气流线速度之比即为,材料的流阻,。,R,f,=,p,/,v,(,pas/m,),单位材料厚度的流阻成为流阻率（比流阻）。,R,s,=,R,f,/,d,（,pas/m,2,）,流阻是表征气流通过多孔材料难易程度的一个物理量。,多孔材料存在一个最佳的流阻值。,当流阻接近空气的特性阻抗（即,407Pas/m,）时，可获得较高的吸声系数，因此，一般希望吸声材料的流阻介于,100,1000,Pas/m,之间。,通过控制材料的流阻可以,调整材料的吸声特性。,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；,材料层的厚度,2,不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数,通常情况下， 多孔材料的第一共振频率,f,r,与吸声材料的厚度,满足：,f,r,=,常数（约为,c,/4,）,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个倍频程；,理论证明，若吸声材料层背后为刚性壁面，最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声波波长的,1/4,处。使用中，考虑经济及制作的方便，对于中、高频噪声，一般可采用,2,5cm,厚的成形吸声板；对低频吸声要求较高时，则采用厚度为,5,10cm,的吸声板。,材料孔隙率和密度,3,多孔材料中通气的孔洞容积与材料总体积之比为孔隙率，它是衡量材料多孔性的 一个重要指标，一般多孔材料的孔隙率在,70,以上，矿渣棉为,80,、玻璃棉为,95,以上。,随着材料容重的增大，材料内部的孔隙率会相应降低，因此可改变低频吸收效果，但高频吸声性能可能下降。即最大吸收系数向低频方向移动。,吸声材料背后空腔,4,材料层与刚性面间的空气层；,当腔深,D,=/4,时，吸声系数,a,最大,；,当腔深,D,为,1/2,波长或其整倍数时，吸声系数,最小,。,对于低频率声音来说，,较大，空气层厚度也要加大，在工程上增加空气层厚度不太合适（对于房顶可适当增加空气层的厚度），一般,510cm,。,背后空气层厚度对吸声性能的影响,护面层,5,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：,良好的透气性；,微穿孔护面板穿孔率（,穿孔总面积与未穿孔总面积的比值,）应大于,20%,，否则会影响高频吸声效果；,透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。,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。,常用的护面层有各种网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。,温度和湿度,6,通风管道和消声器内气流易吹散多孔材料， 吸,声效果下降；飞散的材料会堵塞管 道，损坏风机,叶片；应根据气流速度大小选择一层或多层不同,的护面层。,空气湿度引起多孔材料含水率变化。湿度增大，,孔隙吸水量增加，堵塞细孔，吸声系数下降，,先,从高频开始。湿度较大环境应选用耐潮吸声材料。,温度引起声速、波长及空气粘滞性变化，影响,材料吸声性能。,温度升高，吸声性能向高频方向,移动；温度降低则向低频方向移动。,二、吸声材料,多孔吸声材料的使用方式,为了施工方便，一般将松散的各种多孔吸声材料加工成板、毡或砖等形状。使用时直接将整块成型板材直接吊装在天花板下或附贴在墙壁上即可。,多孔吸声材料在使用时一般需要护面层保护，防止失散。护面层材料可以是玻璃丝布、金属丝网、纤维板等透声材料，内填充松散的厚度为,510cm,的多孔吸声材料；为防止松散的多孔材料下沉，常用透声织物将多孔材料包裹后缝制成袋。,为防止变形和机械损伤，在材料间要用木筋条（龙骨）加固，材料外表面加穿孔罩面板加以保护。,第四节 噪声的,控制技术,吸声,吸声系数、吸声量,吸声材料,吸声结构,室内吸声降噪,多孔吸声材料对低频噪声的吸声性能差。,利用共振吸声原理设计成共振吸声构造，可以改善对低频噪声的吸收性能。,三 、吸声结构,(,一,),薄板共振吸声结构,(,二,),穿孔板共振吸声结构,(,三,),微穿孔板吸声结构,吸声结构机理：,亥母霍兹共振吸声原理,常用的吸声结构,（一）薄板共振吸声机构,空气层,龙骨,龙骨,3,阻尼材料,4,薄板,1,刚性壁面,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、,硬质纤维板、石膏板等,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：,M,0,板的面密度，,kg/m,2,;,m,板密度，,kg/m,3,；,t,板厚,m,D,板后空气层厚度，。,M,0,增大或,D,增加，共振频率下降。,通常取薄板厚度,3,6mm,，空气层厚度,3,10mm,，共振频率多在,80,300Hz,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,0.2,0.5,。,（一）薄板共振吸声结构,薄板共振吸声结构的吸声系数,实验测定,空气层,龙骨,龙骨,3,阻尼材料,4,薄板,1,刚性壁面,改善薄板共振吸声性能的措施：,在薄板结构边缘（板,-,龙骨交接处）填置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。,在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如矿物棉、玻璃棉等。,采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频带。,（一）薄板共振吸声机构,分类：,按薄板穿孔数分为,单腔共振吸声结构,多孔穿孔板共振吸声结构,材料：,轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏板等。,穿孔吸声板,（二）穿孔板共振吸声结构,特征：,穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。,又称,“,亥姆霍兹”共振吸声器,或,单孔共振吸声器,结构,：,1,、吸声原理,单腔共振吸声结构示意图,一个中间封闭有一定体积的空腔，封闭空腔壁上开一个小孔与外部空气相通。当孔的深度,l,和孔径,d,比声波波长小的多时，腔体中空气（具有弹性）相当于弹簧；孔颈中空气柱具有一定质量（相当于质量块）,亥姆霍兹共振器。,原理：,入射声波激发孔颈中空气柱往复运动，与颈壁,摩擦,，部分声能转化为热能而耗损，从而达到吸声目的。当入射声波的频率,f,与共振器的固有频率,f,0,相同时，引起孔径中空气柱的共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也最大，消耗声能最多，吸声性能最好。,1,、吸声原理,单腔共振体的共振频率（,当孔的深度,l,和孔径,d,比声波波长小,）,式中：,c,声波速度，,m/s,；,S ,小孔截面积，,m,2,；,V,空腔体积，,m,3,；,l,k,小孔有效颈长，,m,。,若小孔为圆形则有,式中 ：,l,颈实际长度，,m,；,d,颈口直径，,m,。,空腔内壁贴多孔材料时，有,1,、吸声原理,吸声特性：,（,1,）只有在共振频率,f,r,处才有最大吸声系数；,（,2,）上半频带宽,1,和下半频带宽,2,之和称为共振吸声结构的吸声频带宽度,，反映吸声结构有效的吸声频率范围：,=,1,+,2,；,（,3,）在颈内填充一些多孔吸声材料或在颈口蒙贴透声织物，可以增加声阻，提高吸声频带宽度。,1,、吸声原理,由穿孔板构成的共振吸声结构被称做穿孔板共振吸声结构，它也是工程中常用的共振吸声结构，其结构如图所示。,工程中按照板穿孔的多少将其分为,单孔共振吸声结构,和,多孔共振吸声结构,。,2,、,穿孔板共振吸声结构：,简称,穿孔板共振吸声结构,。,结构：,薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将穿孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板后留有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔（孔）共振器并联而成。,多孔穿孔板共振吸声结构,小孔或狭缝,空气层,刚性壁,框架,2.,多孔穿孔板共振吸声结构,h,多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率,式中,c,声波速度，,m/s,；,S,小孔截面积，,m,2,；,F,每一共振单元所分占薄板的面积，,m,2,；,h,空腔深度，,m,；,l,k,小孔有效颈长，,m,；,P,穿孔率，,P,=,S,/,F,。,2.,多孔穿孔板共振吸声结构,穿孔率的计算,：,1,）当圆孔为正方形排列时,2,）当孔为等边三角形排列时,3,）当,孔为,平行狭缝时,【,讨论,】,穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。,工程设计中，穿孔率控制为,1%,10%,，最高不超过,20%,，否则穿孔板就只起护面作用，吸声性能变差。,一般板厚,2,13mm,，孔径为,2,10mm,，孔间距为,10,100mm,，板后空气层厚度为,6,100mm,时，则共振频率为,100,400Hz,，吸声系数为,0.2,0.5,。当产生共振时，吸声系数可达,0.7,以上。,吸声带宽,：设在共振频率,f,r,处的最大吸声系数为,r,，则在,f,r,左右能保持吸声系数为,r,/2,的频带宽度,f=f,1,-f,2,。,穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十到二三百,Hz,。,吸声系数,0.5,的频带宽度可按式估算,式中,:,f,r,共振频率，,Hz,；,r,共振频率对应的波长，,cm,；,h,空腔深度，,m,。,多孔穿孔板共振吸声结构的吸声带宽和腔深有很大关系，而腔深又影响共振频率的大小，故需合理选择腔深。,工程上一般取板厚,25mm,，孔径,24mm,，穿孔率,110%,，腔深,1025cm,。,2.,多孔穿孔板共振吸声结构,改善多孔穿孔板板共振吸声性能的措施：,2.,多孔穿孔板共振吸声结构,组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小 段频带，使总的吸声频带变宽；,在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材 料距板的距离视空腔深度而定；,穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；,采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以 改善频谱特性；,在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增 加大孔颈摩擦。,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,设计穿孔板共振吸声结构是，工程参数的选用和确定方法有：,公式计算法,和,使用列线图进行估算,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,列线图进行估算：,在有效颈深,l,k,、穿孔率,P,、共振频率,f,0,和腔深,h,4,个参数轴与一个参数轴,J,之中，已知,3,个参数时，可以通过参考轴求得第四个参数；,运用列线图进行估算时，一般应对噪声的频谱进行分析，确定出需要的共振频率，并根据可供选用的材料、现场空间条件，再根据经验竖直选定孔径、腔深、最后求取穿孔率、孔距，又是要经过多次的选择才能得到合适的参数；,工程上一般选择板厚,25mm,，孔径为,210mm,，穿孔率为,110%,，腔深,100250mm,。,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,例题：,某车间内，设备噪声频率为,360Hz,，为降低该频率噪声，现拟用,4mm,厚的三合板作穿孔板共振吸声结构，空腔厚度,10cm,。试设计该结构的其他参数。,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,例题：,某车间内，设备噪声频率为,360Hz,，为降低该频率噪声，现拟用,4mm,厚的三合板作穿孔板共振吸声结构，空腔厚度,10cm,。试设计该结构的其他参数。,解：,（,1,）在列线图的腔深线中找到腔深,h,=10cm,的点，在共振频率线上找到,360Hz,的点，两点的连线相交,J,轴于,Z,点。,（,2,）由于板材厚度（,l,0,）为,4cm,，选取小圆孔穿孔，孔径,d,为,0.5cm,，则根据有效颈长计算公式，即,l,e,=,l,0,+0.8,d,=0.4+0.80.5=0.8cm,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,例题：,某车间内，设备噪声频率为,360Hz,，为降低该频率噪声，现拟用,4mm,厚的三合板作穿孔板共振吸声结构，空腔厚度,10cm,。试设计该结构的其他参数。,解：,（,3,）有效颈长线上找到,0.8cm,的点，过,Z,点交,P,轴于,0.035,处，即可得穿孔率,3.5%,，与工程穿孔率经验值,110%,比较后，说明计算可行。,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,例题：,某车间内，设备噪声频率为,360Hz,，为降低该频率噪声，现拟用,4mm,厚的三合板作穿孔板共振吸声结构，空腔厚度,10cm,。试设计该结构的其他参数。,解：,（,4,）计算空间距,如选定孔道按照正三角形排列，孔间距的计算公式为,验算穿孔率：,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,例题：,某车间内，设备噪声频率为,360Hz,，为降低该频率噪声，现拟用,4mm,厚的三合板作穿孔板共振吸声结构，空腔厚度,10cm,。试设计该结构的其他参数。,解：,（,4,）计算孔间距,如选定孔道按照正方形排列，孔间距的计算公式为,验算穿孔率：,3.,多孔穿孔板共振吸声结构的设计,例题：,某车间内，设备噪声频率为,360Hz,，为降低该频率噪声，现拟用,4mm,厚的三合板作穿孔板共振吸声结构，空腔厚度,10cm,。试设计该结构的其他参数。,解：,（,4,）计算孔间距,采用表格数据,
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