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第第6章章 吸声和室内声吸声和室内声场（1）10/20/第1页吸声材料（结构）在噪声控制工程中主要应用（P66）吸声材料（吸声材料（结构）被广泛构）被广泛应用于用于噪声控制工程噪声控制工程和和建筑声学建筑声学厅堂音堂音质控制控制中。在噪声控制工程中主要中。在噪声控制工程中主要应用用为：1.缩短和调整室内混响时间，消除回声，以改进室内听缩短和调整室内混响时间，消除回声，以改进室内听闻条件闻条件；2.降低室内噪声声降低室内噪声声级；3.作作为管道管道衬垫或消声器件原材料，以降低通或消声器件原材料，以降低通风系系统噪声；噪声；4.在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以提升构件隔声量。提升构件隔声量。2第2页3第3页4第4页5第5页6第6页7第7页8第8页9第9页一、一、吸声性能吸声性能评价量（价量（P66）1.吸声系数吸声系数 吸声系数是表征吸声性能最吸声系数是表征吸声性能最惯用参数，它表征材料（用参数，它表征材料（结构）吸收声能（包含透射声能）和入射到材料（构）吸收声能（包含透射声能）和入射到材料（结构）声能构）声能比比值。其定。其定义为：结论：当完全反射当完全反射时，EiEr，则 0，无吸声作用；，无吸声作用；当没有反射当没有反射时，Er0，则1，表示完全吸收；，表示完全吸收；普通材料普通材料01，越大越大则吸声性能越好。吸声性能越好。10第10页吸声系数吸声系数测量：量：吸声系数和声波入射方向有很大关系，声波吸声系数和声波入射方向有很大关系，声波入射方向不一入射方向不一样，对应采采样吸收系数吸收系数测量方法也量方法也不一不一样。普通将声波入射分普通将声波入射分为垂直入射、斜入射和无垂直入射、斜入射和无规入射三种情况。入射三种情况。惯用是垂直入射吸声系数和无用是垂直入射吸声系数和无规入射吸声系数。入射吸声系数。11第11页 测量原理：声量原理：声频信号信号发生器生器带动扬声器，在声器，在驻波波管内管内辐射平面波，当平面波在管中前射平面波，当平面波在管中前进碰到端面反碰到端面反射射时会会产生一反射平面波，形成生一反射平面波，形成驻波，存在固定波波，存在固定波腹和波腹和波节。测出声出声压极大极大值和极小和极小值，就能，就能够按下按下式式进行行计算。算。12第12页（1）垂直入射吸声系数）垂直入射吸声系数驻波管法（波管法（P53）该法和法和实际情况有一定差距，但情况有一定差距，但这种方法种方法简单、测量量样品小，速度快，故有一定品小，速度快，故有一定应用价用价值和和应用范用范围。应用主要范用主要范围是：材料吸声性能判定和研究等。是：材料吸声性能判定和研究等。13第13页注意：注意：(1).这种方法要确保在管内形成平面波，种方法要确保在管内形成平面波，测试最高最高频率率应和管径相适和管径相适应，即存在一个上限，即存在一个上限频率。率。其上限其上限频率率为：式中：式中：c空气中声速，空气中声速，m/s D圆管直径，管直径，m L方管方管边长，m 圆管：圆管：方管：方管：14第14页(2).无无规入射吸声系数入射吸声系数s s（P P5151）无无规入射是指声波从全部方向以相同概率入射入射是指声波从全部方向以相同概率入射到材料表面，和到材料表面，和大多数大多数实际情况比情况比较靠近靠近。应用范用范围：噪声控制工程和室内声学噪声控制工程和室内声学设计中作中作为设计依据。依据。无无规入射吸声系数入射吸声系数测量采取混响室法。量采取混响室法。主要原主要原理是依据混响室内放理是依据混响室内放进吸声材料（或吸声吸声材料（或吸声结构）前构）前后混响后混响时间改改变来确定其吸收特征。来确定其吸收特征。按按测试规范要求，混响室体范要求，混响室体积普通普通应大于大于200m200m3 315第15页（3）0和和关系关系 0：测量量简单，省，省时，经济，可准确，可准确测量；量；：试件安装能件安装能够模模拟现场条件，能条件，能够较为准准确反确反应试件在房件在房间内吸声性能。但内吸声性能。但该法需要法需要较大大试件，精密件，精密测量装置，一定容量装置，一定容积混响室。且混响室。且测量量数据偏差数据偏差较大。大。0和和关系复关系复杂，通常，通常 0对于惯用多孔吸声材料，它们近似换算可查表。对于惯用多孔吸声材料，它们近似换算可查表。16第16页（二）（二）.平均吸声系数（平均吸声系数（P67）吸吸声声系系数数和和声声波波入入射射条条件件、声声波波频率率等等原原因因相相关关。通通常常采采取取频率率为125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、Hz、4000Hz这六六个个频率率吸吸声声系系数数算算术平平均均值来来表表示示材材料料或或结构构吸吸声声性性能能。当当吸吸声声系系数数平平均均值大于大于0.2时，称，称为吸声材料。吸声材料。（三）（三）.降噪系数降噪系数 在在噪噪声声控控制制设计中中，惯用用250Hz、500Hz、1000Hz、Hz四四个个频率率吸吸声声系系数数平平均均值做做计算算。这个数个数值称称为吸声材料（吸声材料（结构）构）降噪系数（降噪系数（NRC）。）。17第17页（四）（四）.吸声量（吸声量（P67）吸吸声声量量是是吸吸声声系系数数乘乘以以对应材材料料表表面面积，符符号号为A，单位位为m2。A=.S.S 若若一一个个房房间内内布布置置有有几几个个不不一一样吸吸声声系系数数，不不一一样面面积材材料料时，常常采采取取平平均均系系数数系系数数来来评价价整整个个房房间系系数特征。数特征。吸声量：以吸声系数乘以吸声量：以吸声系数乘以对应面面积，即，即为该材料吸声量材料吸声量18第18页空间吸声体空间吸声体（P75）空空间吸吸声声体体是是一一个个悬挂挂式式吸吸声声结构构。它它不不是是和和墙面面等等刚性性壁壁面面组合合而而成成吸吸声声结构构，而而是是自自成成系系统，用用于于降降低低室室内内噪噪声声或或改改进室室内音内音质条件。条件。空空间吸吸声声体体形形式式和和安安装装方方式式应视房房间和和面面积大小、使用性大小、使用性质、声源特征及装、声源特征及装饰要求等原因而定。要求等原因而定。19第19页 空间吸收体通常由框架、护面层、吸声材料空间吸收体通常由框架、护面层、吸声材料组成。以板状吸声体结构最简单，使用最广泛。组成。以板状吸声体结构最简单，使用最广泛。20第20页 空空间吸声体通常由框架、吸声体通常由框架、护面面层、吸声材料等、吸声材料等组成。成。1）.框架：木材、角框架：木材、角钢、金属型材料制成。、金属型材料制成。2）.护面面层：P20穿孔板、穿孔板、钢板网、塑料窗板网、塑料窗纱等。等。3）.吸声材料：超吸声材料：超细玻璃棉、岩棉、玻璃棉、岩棉、矿渣棉等多孔吸声材料。渣棉等多孔吸声材料。空空间吸吸声声体体吸吸声声特特征征用用有有效效吸吸声声量量A来来表表示示。研研究究表表明明，在在板板状状吸吸声声体体总面面积占占房房间平平顶面面积30-40时吸吸声声效效率率最最高。在高。在实际工程中，普通取工程中，普通取40-60。在在设计和和安安装装吸吸声声体体时，应综合合考考虑采采光光、照照明明、通通风和和建建筑装筑装饰等多方面功效要求。等多方面功效要求。21第21页22第22页 吊挂吸声体时应注意以下标准：吊挂吸声体时应注意以下标准：悬悬挂挂面面积积为为厂厂房房平平顶顶面面积积25%左左右右，实实际际为为3040%水水平平悬悬吊吊与与垂垂直直悬悬吊吊降降噪噪效效果果相相差差不不大大，可可灵灵活利用；活利用；悬挂高度宜控制在厂房净高悬挂高度宜控制在厂房净高1/71/5处；处；依依据据1/4波波长长原原理理，可可改改进进一一些些频频率率峰峰值值吸吸收收效果；效果；分散悬挂比集中悬挂效果好。分散悬挂比集中悬挂效果好。23第23页二、吸声材料分类及性质二、吸声材料分类及性质 当声波入射到材料表面当声波入射到材料表面时，有一部分能量被材料吸收，有一部分能量被材料吸收，从而引从而引发声能量降低，声能量降低，这种种现象称象称为材料吸声。大多数材料吸声。大多数材料（材料（结构）都多少有一定吸声作用，不构）都多少有一定吸声作用，不过通常通常仅对含有含有较高吸声性能材料（高吸声性能材料（结构）（构）（0.2），可称），可称为吸声材料（吸声材料（结构）。构）。吸声材料（吸声材料（结构）即使形式众多，但假如按其吸声机理构）即使形式众多，但假如按其吸声机理来分来分类，能，能够分分为多孔性吸声材料和共振吸声多孔性吸声材料和共振吸声结构。构。24第24页1.多孔吸声材料（1）机理 进入多孔吸声材料声波使材料筋络和气泡等微观结构振动和相互作用，经过介质粘滞性和热传导作用，使声能转化为热能。25第25页（2）按照材料物理性能和吸声方式,吸声材料分为:无机纤维材料:玻璃丝、玻璃棉、岩棉和矿渣棉等；有机纤维材料：棉、麻等植物纤维及木质纤维制品，如软质纤维板、木丝板、棉絮、稻草等；泡沫材料：泡沫塑料、泡沫玻璃；吸声建筑材料：各种含有微孔泡沫吸声砖、泡沫混凝土等材料。26第26页玻璃棉泡沫玻璃泡沫混凝土木丝板27第27页28第28页（3）多孔吸声材料必）多孔吸声材料必须具具备条件（条件（67）吸声材料特点：吸声材料特点：松、散、松、散、软多孔吸声材料物理特征：多孔吸声材料物理特征：(a)材料孔隙材料孔隙对着表面开口；着表面开口；（b）孔孔相）孔孔相连；（c）孔隙深入材料内部。）孔隙深入材料内部。29第29页（4）.定量判定定量判定 0.2（5）.影响原因影响原因空气流阻、孔隙率影响（空气流阻、孔隙率影响（P68）材料厚度材料厚度d材料密度材料密度材料背后空气材料背后空气层材料材料护面面层温度和湿度温度和湿度30第30页31第31页大多数多孔吸声材料吸收系数是伴随大多数多孔吸声材料吸收系数是伴随频率增加而增加，中、高率增加而增加，中、高频区域吸收性能普通要区域吸收性能普通要优于低于低频区域。增加材料厚度能区域。增加材料厚度能够有有效改效改进中、低中、低频区域吸收特征。区域吸收特征。32第32页在中低在中低频范范围，容重大，吸声系数要稍高一些；而在高，容重大，吸声系数要稍高一些；而在高频区域区域其其结果相反。每种材料都有一个最正确容重。果相反。每种材料都有一个最正确容重。单就厚度和容重就厚度和容重两个原因比两个原因比较，厚度，厚度对材料吸声性能影响要大于容重影响。材料吸声性能影响要大于容重影响。33第33页 增加材料背后空气增加材料背后空气层厚度能厚度能够有效改有效改进中、低中、低频区域吸收特征，区域吸收特征，其作用其作用类似于增加材料厚度。当空腔增加到一定深度后，吸声系似于增加材料厚度。当空腔增加到一定深度后，吸声系数不再数不再显著改著改变。当材料背后空腔深度等于。当材料背后空腔深度等于1/4波波长奇数倍奇数倍时，对应频率可取得最大吸声系数。当材料背后空腔深度等于率可取得最大吸声系数。当材料背后空腔深度等于1/2波波长奇数倍奇数倍时，对应频率吸声系数最小。率吸声系数最小。34第34页35第35页 多孔吸声材料吸声特点多孔吸声材料吸声特点1.宽频带吸声；吸声；2.中、高中、高频吸声效果很好。吸声效果很好。36第36页 2.共振吸声共振吸声结构（构（P71）与多孔吸声材料相比，共振吸声与多孔吸声材料相比，共振吸声结构普通吸声构普通吸声频率范率范围较窄，含有峰窄，含有峰值吸声特征吸声特征，但它，但它优点是含有点是含有很好低很好低频吸声效果吸声效果，吸声吸声频率率轻易控制易控制，从而能，从而能够填填补多孔吸收多孔吸收材料在低材料在低频区域吸声性能不足。区域吸声性能不足。（1）板共振吸声）板共振吸声结构；构；（2）膜共振吸声）膜共振吸声结构；构；（3）穿孔板吸声）穿孔板吸声结构；构；（4）微穿孔板吸声）微穿孔板吸声结构。构。37第37页板共振结构板共振结构膜共振结构膜共振结构38第38页（1）薄板共振吸声结构 将不透气薄板固定在将不透气薄板固定在刚性壁前一定距离性壁前一定距离处，就，就组成了板共振吸声成了板共振吸声结构。构。吸声机理：吸声机理：薄板和空气薄板和空气层组成系成系统能能够视为一个由一个由质量量块和和弹簧簧组成振成振动系系统。当入射声波。当入射声波频率和系率和系统固有固有频率靠近率靠近时，板就，板就产生共振，由此引生共振，由此引发内部内部摩擦将声能摩擦将声能转换为热能耗散掉。其主要吸声范能耗散掉。其主要吸声范围在共振在共振频率附近区域。率附近区域。39第39页 板共振吸声板共振吸声结构吸声效果与共振构吸声效果与共振频率和板密度、材料率和板密度、材料弹性系数、空气性系数、空气层厚度、厚度、结构尺寸及安装方法等原因构尺寸及安装方法等原因相关相关。可由下式。可由下式进行行计算：算：其中：空气密度；M0薄板面密度；D薄板后空腔深度；c空气中声速K结构刚度原因。40第40页结论：1.增加板面密度和空气层厚度，能够使结构共振频率向低频移动。在工程中，普通惯用板共振结构共振频率处于80-300Hz频率范围，吸声系数可到达0.2-0.52.薄板共振吸声频率范围很窄，只能作为以共振频率附近频域为主要吸声范围结构。处理方法：方法1：采取密度很小薄板进行多层组合；方法2：在空腔中填充多孔材料。41第41页（2）薄膜共振吸声结构（）薄膜共振吸声结构（P71）机理：同板共振吸声结构机理：同板共振吸声结构 材料：吸声结构中所用到膜状材料，是指刚性很材料：吸声结构中所用到膜状材料，是指刚性很小、没有透气性、受力拉张后含有小、没有透气性、受力拉张后含有弹性弹性材料。如材料。如塑料膜、帆布等。塑料膜、帆布等。影响原因：系统共振频率和膜密度、空气层厚度影响原因：系统共振频率和膜密度、空气层厚度及膜所受张力相关。当膜处于松弛状态下时，其及膜所受张力相关。当膜处于松弛状态下时，其共振频率为：共振频率为：42第42页 特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围吸声，特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围吸声，共振频率普通在共振频率普通在200-1000Hz范围内。吸声系范围内。吸声系数普通为数普通为0.3-0.4。非常薄膜共振结构吸声频率。非常薄膜共振结构吸声频率可处于高频范围。可处于高频范围。在实用中，为改进吸声性能，在实用中，为改进吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材料。可在其背后空气层内充填多孔材料。43第43页（3）单腔共振吸声结构）单腔共振吸声结构 单腔共振吸声结单腔共振吸声结构由一个刚性容构由一个刚性容器和一个连通外器和一个连通外界颈口组成。界颈口组成。44第44页 特点：该结构吸声频率较窄，含有较强频率选特点：该结构吸声频率较窄，含有较强频率选择性。多用于低频噪声吸收。普通情况下，是择性。多用于低频噪声吸收。普通情况下，是多个共振腔组合使用，经过调整各腔结构尺寸多个共振腔组合使用，经过调整各腔结构尺寸来适应不一样频率吸收。来适应不一样频率吸收。45第45页（4）穿孔板共振吸声结构）穿孔板共振吸声结构(P72)在板材上，以一定孔径和穿在板材上，以一定孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定厚孔率打上孔，背后留有一定厚度空气层，即为穿孔板共振吸度空气层，即为穿孔板共振吸声结构。声结构。穿孔板共振吸声结构吸声特穿孔板共振吸声结构吸声特征取决于穿孔板厚度、孔径、征取决于穿孔板厚度、孔径、穿孔率、板后空气层厚度等。穿孔率、板后空气层厚度等。其共振频率为其共振频率为46第46页47第47页穿孔率穿孔率P/%板厚板厚t/mm孔半径孔半径r/mm板后空气板后空气层厚度厚度D/mm1-102-52-4100-250惯用穿孔板共振用穿孔板共振结构参数构参数48第48页其中：其中：d孔径；孔径；B孔中心距孔中心距49第49页穿孔板结构拓展穿孔板结构拓展1.该结构吸声频率该结构吸声频率较窄，可在穿孔较窄，可在穿孔板背后填充一些板背后填充一些多孔材料可改进多孔材料可改进吸声特征。吸声特征。2.采取多层穿孔板采取多层穿孔板吸声组合结构。吸声组合结构。50第50页例题：例题：1：在在1.5mm板板上上以以正正方方形形排排列列穿穿孔孔，孔孔径径、孔孔间间距距分分别别为为8mm和和24mm，板板后后空空气气层层厚厚度度为为100mm。求共振频率。求共振频率。51第51页52第52页53第53页54第54页（5）微穿孔板共振吸声结构）微穿孔板共振吸声结构 由由板板厚厚和和孔孔径径在在1mm以以下下，穿穿孔孔率率为1%-3%微微穿穿孔孔板板和和板板后后空空腔腔组成成结构构称称为微微穿穿孔孔板板共共振振吸吸声声结构。构。单层微穿孔板吸收微穿孔板吸收结构共振构共振频率率为：因因为微微穿穿孔孔板板孔孔径径小小且且穿穿孔孔率率低低，同同普普通通穿穿孔孔板板相相比比，声声阻阻要要大大多多，而而声声质量量要要小小多多。所所以以在在吸吸声声系系数数和和有有效效吸吸声声频带宽度度方方面面都都要要优于于穿穿孔孔板板吸吸声声结构。构。55第55页56第56页