环境噪声控制工程吸声降噪材料和结构课件.ppt

1、环境噪声控制工程吸声降噪材料和结构7.1 吸声材料的分类和吸声性能评价量7.2 多孔吸声材料7.3 共振吸声结构7.4 室内声场和吸声降噪7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量F 7.1.1 吸声材料的分类F 7.1.2 吸声性能的评价量吸声吸声是噪声污染控制的一种重要手段；是噪声污染控制的一种重要手段； 在噪声污染控制工程设计中，常利用在噪声污染控制工程设计中，常利用吸吸声材料声材料吸收声能量来降低吸收声能量来降低室内噪声室内噪声。室内噪声的来源：通过空气传来的通过空气传来的直达声直达声室内各墙壁面反射回来的室内各墙壁面反射回来的混响声混响声7.1吸声材料的分类和吸声性能评价量7.1.1 吸声

2、材料的分类N 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。N 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。N 吸声材料：具有较大吸声能力的材料，称为吸声材料。1.多孔性吸声材料o 多孔性吸声材料（针对高频噪声控制）多孔性吸声材料（针对高频噪声控制）o 材料特征材料特征： 内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有通气性。通气性。o 吸声机理吸声机理： 声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生波与纤维或颗粒表面产生内摩擦内摩擦（摩擦力来自空（摩擦

3、力来自空气的气的压缩、膨胀压缩、膨胀），部分声能转变成热能，从而），部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。使声音的能量减小。 共振吸声结构（针对共振吸声结构（针对低频噪声低频噪声控制）控制） 材料特征材料特征：薄膜或薄板表面穿孔：薄膜或薄板表面穿孔 吸声机理吸声机理：应用共振原理：应用共振原理 1 1）声音与）声音与薄板（薄膜）薄板（薄膜）固有频率产生共振固有频率产生共振 2 2）声音与板后空腔）声音与板后空腔气室空气气室空气产生共振产生共振7.1.1 吸声材料的分类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

4、构薄板共振吸声结构7.1.2 表示材料吸声性能的量1. 吸声系数2. 吸声系数的分类和测量3. 吸声性能的单值评价量1. 吸声系数a.定义：材料吸收的声能量与入射到材料上的总声能的比值。1iriiEEEEE 当a0时，无吸声当a1时，完全吸收，无声能反射2 吸声系数的分类测量声波入射到材料表面的方向包括：正入射、斜入射、无规则入射。1). 驻波比法测吸声系数的测试原理基于振幅合成基于振幅合成, 产生产生驻波驻波时时:riPPPmaxriPPPmin波腹：波腹：波节：波节：1). 驻波管法测吸声系数的测试原理max0(1)pprmin0(1)ppr1). 驻波管法测吸声系数的测试原理20241(

5、1)srs 驻波比驻波比 nmaxmin11pprPsPr11psrs2)传递函数法垂直入射吸声系数测量2121( )( )( )pfHfpf21212jksjkljksHeeeH201 3）.混响室法无规入射吸声系数测量3）.混响室法无规入射吸声系数测量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。房间内吸声量与混响时间有关：VmcTVA43 .55m:衰减系数)43 .55(43 .5511122212VmTcVVmTcVAAA1.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：,21c

6、cc)(4)11(3 .55121212mmVTTcVAAA所以：)(4)11(3 .551212mmSVTTcSVSAS1.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：S:试件的面积测量方法用途优点缺点混响室法可测量声波无规入射时的吸声系数和单个物体吸声量。所测量的吸声系数和吸声量可在声学设计工程中应用。试件面积大，安装测量不方便。驻波比法可测量声波法向入射时的吸声系数和声阻抗率。只能用于不同材料合同中材料在不同情况下的吸声性能比较，不能测量共振吸声结构，亦不能在声学设计工程中直接使用。试件面积小，安装测量方便常用两种测量方法的比较混响室法测吸声系数与驻波比法测吸声系数的换算：驻

7、波比法测吸声系数0.10 0.20 0.30 0.400.50 0.60 0.70 0.80混响室法测吸声系数0.25 0.40 0.50 0.600.75 0.85 0.90 0.98比较两种吸声测量方法比较两种吸声测量方法可知：可知： 基于声音传播方向的无规则性，混响室法测得的吸声系数更接近材料的实际应用环境；但测定吸声系数较困难，两种方法测定的吸声系数可以进行换算。垂直入射系数与无规则入射系数的关系3.吸声性能的单值评价量（1）平均吸声系数 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。（2）降噪系数：是指250、500、1000和2000Hz的频率下测得的吸声系数

8、的算术平均值。3.吸声性能的单值评价量（3）吸声量：SA一个房间的总吸声量：iiiSAA：材料的总吸声量Si：材料i的吸声表面积 (m2)可推知，吸声量A的单位是m27.2 多孔吸声材料F 7.2.1 吸声机理F 7.2.2 影响因素几种多孔性吸声材料7.2.1 吸声机理7.2.1 吸声机理由于2222222Z111ccZccccrsmsmp 当当Zsm（材料声阻抗率）与（材料声阻抗率）与c相等时，相等时，a1，说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可能。能。理想吸声材料理想吸声材料要求其声阻抗率要求其声阻抗率接近于接近于空气的空气的特性阻抗率。特性

9、阻抗率。压缩、膨胀、摩擦、产热压缩、膨胀、摩擦、产热降低声音能量降低声音能量 吸声材料构造特性F 材料的孔隙率要高，一般在70%以上，多数达到90%左右；F 孔隙应该尽可能细小，且均匀分布；F 微孔应该是相互贯通，而不是封闭的；F 微孔要向外敞开，使声波易于进入微孔内部。频率影响7.2.2 影响多孔性吸声材料吸声性能的因素 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。uPRf比流阻：指单位厚度材料的流阻。过高空气穿透力降

10、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。 孔隙率又与材料的流阻有关，具有相同孔隙率的材料，孔隙尺寸越大，流阻就越小；反之孔隙尺寸越小，流阻越大。 孔隙率还与孔隙的组织结构有关，孔隙比较通畅的材料流阻小，孔隙比较“迂回曲折”的材料流阻大。c.材料厚度的影响d.材料平均密度的影响e.材料后空气层的影响e.材料后空气层的影响f.护面层（材料装饰面）的影响o 作用：保护吸声材料，防止污染环境。o 种类：护面网罩、纤维布、塑料薄膜和穿孔板等。o 要求：要有良好的通气性。f. 温度、湿度的影响f. 温

11、度、湿度的影响主要种类主要种类常用材料实例常用材料实例使用情况使用情况纤纤维维材材料料有机有机纤维纤维材料材料动物纤维：毛毡动物纤维：毛毡价格昂贵，使用较少。价格昂贵，使用较少。植物纤维：麻绒、海草、椰子丝植物纤维：麻绒、海草、椰子丝防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。防火、防潮性能差，原料来源广，便宜。无机无机纤维纤维材料材料玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡玻璃纤维：中粗棉、超细棉、玻璃棉毡吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤维易污染环境或纤维易污染环境或 难以加工成制品。难以加工成制品。矿渣棉：散棉、矿棉毡矿渣棉：散棉、矿棉毡吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易

12、断成碎吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，污染环境施工扎手。末，污染环境施工扎手。纤维材纤维材料制品料制品软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、软质木纤维板、矿棉吸声砖、岩棉吸声板、玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等玻璃吸声板、木丝板、甘蔗板等装配式加工，多用于室内吸声。装配式加工，多用于室内吸声。颗颗粒粒材材料料砌块砌块矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖声砖多用于砌筑界面较大的消声装置。多用于砌筑界面较大的消声装置。板材板材珍珠岩吸声装饰板珍珠岩吸声装饰板质轻、不燃、保温、隔热。质轻、不燃、保温、隔热。泡泡沫沫材材料料泡沫泡沫塑料塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛

13、泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛泡沫塑料吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实测测其他其他吸声型泡沫玻璃吸声型泡沫玻璃强度高强度高 、防水、不燃、耐腐蚀、防水、不燃、耐腐蚀加气混凝土加气混凝土微孔不贯通，使用少微孔不贯通，使用少常用吸声材料的使用情况7.3常用共振吸声结构F 1.概述F 2.薄膜与薄板共振吸声结构F 3.穿孔板共振吸声结构F 4.微穿孔板吸声结构7.3.1.概述F 在室内生源所发出的声波的激励下，房间壁、顶、地面等围护结构，以及房间中的其他物体也将发生振动。F 振动的结构或物体由于自身的内摩擦和与空气的摩擦，会把一部分振动能量转变成热能而消耗掉，根据能

14、量守恒定律，这些消耗掉的能量必定来源于激励结构或物体振动的声源的声能量。F 主要有薄板共振吸声结构、亥姆霍兹共振吸声结构、穿孔共振吸声结构以及微穿孔共振吸声结构等F 共振吸声结构对中、低频噪声有很好的吸声性能，而多孔性吸声材料的吸声频率范围主要在中、高频率。7.3.1 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。7.3.2.薄膜吸声结构o 系统共振频率：空气层膜状材料2001602AAAcKfDDo 吸声频带： 200-1000Hz，o 吸声系数：0.30.4o 吸声机理：薄膜振动7.3.2.薄膜吸声结构7.3.2.薄膜吸声结构薄板吸声结构o 系统共振频率：0020

15、021MKLMcfo 吸声频带： 80-300Hz，o 吸声系数：0.2-0.5o 薄板厚度：3-6mmo 空气层厚度：3-10mm例题o 采用胶合板为共振吸声结构，其厚度为4mm，面密度为3.2kg/m2，空气层厚度h=6cm，求其共振频率f0。200001606013723.2 0.06cfHzM LM L3.穿孔板吸声结构分类：单孔和多孔结构：封闭的空腔上开有小孔，与外部相通。吸声机理：亥姆霍兹共振器单孔时系统共振频率：)(4220tVdcf3.穿孔板吸声结构单腔共振吸声结构处于共振频率时的最大吸声量22max222rcAf 亥姆赫兹共振器的特点是吸收低频噪声并且频率选择性强。可在口颈处

16、做适当加强。3.穿孔板吸声结构2()rcPfD t多孔时系统共振频率： 板的穿孔面积越大，多孔系统吸声频率就越高。空腔越深或板越厚，吸声频率就越低。 一般穿孔板吸声结构主要用于吸收低中频噪声的峰值。3.穿孔板吸声结构o 穿孔率（P）=穿孔面积/总面积穿孔面积越大，吸声频率越高。o 吸声频带：低中频噪声，o 吸声系数：0.4-0.7o 薄板厚度：2-5mmo 孔 径：2-4mmo 穿孔率：1%-10%2()rcPfD t3.穿孔板吸声结构224dPB222 3dPB3.穿孔板吸声结构2r4Dffc 频带宽度： 由于穿孔板自身的声阻很小，吸声频带较窄，可在穿孔板后填充一些多孔的材料或敷上声阻较大的

17、纺织物等材料，便可改进其吸声特性。是否填满均可。 3.穿孔板吸声结构4.微穿孔板吸声结构o 结构：o 吸声机理与吸声特征o 厚度小于1mm孔径小于1mm的小孔，穿孔率为1%5%的金属微穿孔板与板后的空腔所组成的吸声结构。o 吸声机理与穿孔板相通。利用空气在小孔中的来回摩擦消耗声能，用腔深来控制吸声峰值的共振频率，腔越深，共振频率越低。o 由于板薄、孔小而密，声阻比普通穿孔板大得多，因而在吸声系数和带宽方面都有很大改善。4.微穿孔板吸声结构20)1 (4rr)(3(210cDcDmfo 系统共振频率：o 共振时最大吸声系数：4.微穿孔板吸声结构4.微穿孔板吸声结构4.微穿孔板吸声结构特点：o 吸

18、声频带较宽；o 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；o 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。o 孔小、易堵塞o 成本较高特殊吸声结构o 1 空间吸声体o 2 吸声尖劈1 空间吸声体o 特点：o 悬空悬挂，吸声性能好，节约吸声材料；o 便于安装，装拆灵活。2 吸声尖劈2 吸声尖劈7.4 室内声场和吸声降噪F 7.4.1 室内声场的声能密度和声压级F 7.4.2 室内声衰减和混响时间F 7.4.3 吸声降噪F 7.4.4 室内简正模式7.4.1 室内声场的声能密度和声压级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

19、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1.直达声场a.直达声场的计算：距点声源 r 处的声强为R-声源的指向性因数点声源位于自由场空间，R=1;置于无穷大刚性平面上，R=2;声源置于两个刚性平面的交线上，R=4;声源置于三个刚性反射面的交角上，R=8）224ddcR WpcIr24dR WIr距点声源 r 处的声压及声能密度为：24dR Wr c1.直达声场声压级的计算：22220010lg10lg4pddpcR WLpr pcIp2002220000010lg10lg10lg10lg444dpR WR WWR WWLr Ir I WWr I210lg4dpWRL

20、Lr2.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。SVd4cSVcd4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：VcSn412.混响声场单位时间声源向室内贡献的混响声为：)1 (WrVrV混响声的声能为：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：4rrcSVnVV稳态时：(1)4rcSWVV2.混响声场1SR室内的混响声能密度为：设：混响声场中的声压为：4(1)rWcS4rWcRRcWpr422.混响声场相应声压级为：0202024lg104lg10lg10RIWRpcWppLdprRWWWRIWWRIW

21、Lrp4lg10lg104lg104lg1000000RLLWpr4lg103.室内总声压级的计算c.总声场：244drWRWDDDr ccR222244drRpppcWrR2410lg4pWRLLrR3.室内声压级的计算Lw=100dBR=2R=100m2问10m处，声压级？4.混响半径0.14crR R当直达声与混响声的声能相等时的距离称为临界半径。244RrRR=1时的临界距离称为混响半径。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。7.4.2 室内声衰减和混响时间当声源开始辐射声能量时，声波在室内传播

22、，部分被吸收，逐渐在空间形成了声能密度分布。当单位时间内被吸收的声能量和供给的声能量达到平衡，室内声能量不再增加而达到稳态。声源突然停止，室内声能量不是立即消失。首先直达声小时，反射声继续反射，每反射一次，能量减少，直至完全消失。7.4.2 室内声衰减和混响时间混响时间计算定义：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：SVAVT161. 0161. 060V房间容积，m3A室内总吸声量，m27.4.2 室内声衰减和混响时间mVSVT4)1ln(161. 060C.F. Eyring 公式:)1ln(161. 060SVTE

23、yring-Millington 公式:当0.2时，mVSVT4161. 0607.4.3 吸声降噪7.4.3 吸声降噪1.吸声降噪效果的估算设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:121410lg()4pwRLLrR222410lg()4pwRLLrR7.4.3 吸声降噪1.吸声降噪效果的估算吸声前后的声压级之差，即吸声降噪量为:2122214410lg44pppRrRLLLRrR7.4.3 吸声降噪1.吸声降噪效果的估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：122112)1 ()1 (lg10lg1

24、012RRLLLppp由于房间内吸声系数均较小，上式可简化为：12lg10pL7.4.3 吸声降噪1.吸声降噪效果的估算由于：2112lg10lg10TTLpSVAVT161. 0161. 0607.4.3 吸声降噪1.吸声降噪效果的估算2/1或T2/T11234568102040降噪量（dB）03567891013162. 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

25、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；2. 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；2. 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

26、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。2. 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2. 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

27、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。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。倍频程中心频率/Hz说明125250500100020004000距空调7m处倍频带声压级/dB606263595754处理前房间混响时

28、间/s2.62.42.01.81.61.2处理前房间平均吸声系数0.060.070.080.090.10.3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：作业o 吸声材料按照吸声机理可以分为哪些类别？o 共振吸声材料按照吸声机理可以分为哪些类别？其吸声机理分别是什么？o P197 第7题