噪声控制技术——吸声081104案例.pptx

第二章 噪声污染及其控制第一节 概述第二节 声学基础第三节 噪声的评价和标准第四节 噪声控制技术吸声第五节 噪声控制技术隔声第六节 噪声控制技术消声 第七节 有源噪声控制简介 第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第四节 噪声控制技术吸声n吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。n通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技 术称为吸声。术称为吸声。n一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低 约约3 35dB5dB（A A），使噪声严重的车间降噪），使噪声严重的车间降噪6 6 10dB10dB（A A）。）。第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第四节 噪声控制技术吸声吸声材料一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二吸声材料一一(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 n吸声材料：能吸收消耗一定声能的材料。n吸声系数：材料吸收的声能（）与入射到材料上的总声能()之比，即 (2-107)(一一)吸声系数吸声系数 【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。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度声波入射角度【声波频率】n同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系数。n平均吸声系数：工程中通常采用125Hz、250 Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz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。n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n 混响室法吸声系数混响室法吸声系数(无规入射吸声系数无规入射吸声系数)n 驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数)n 应用：测量材料的垂直入射吸声系数 ，按表2-11，将 换算为无规入射吸声系数 。0.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.70.80.80.90.90.250.250.400.400.500.500.600.600.750.750.850.850.900.900.980.981 1表表2-11 与与 的换算关系的换算关系n在混响室中，使不同频率的声波以相等几率在混响室中，使不同频率的声波以相等几率从各个角度入射到材料表面，测得的吸声系从各个角度入射到材料表面，测得的吸声系数。数。n测试较复杂，对仪器设备要求高，且数值往测试较复杂，对仪器设备要求高，且数值往往偏差较大，但比较接近实际情况。往偏差较大，但比较接近实际情况。n在吸声减噪设计中采用。在吸声减噪设计中采用。混响室法吸声系数混响室法吸声系数(无规入射吸声系数无规入射吸声系数)n驻波管法简便、精确，但与一般实际声场驻波管法简便、精确，但与一般实际声场不符。不符。n用于测试材料的声学性质和鉴定。用于测试材料的声学性质和鉴定。n设计消声器。设计消声器。驻波管法吸声系数驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数垂直入射吸声系数)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 n 定义：吸声系数与吸声面积的乘积 (2-108)(2-108)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。n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 (2-109)式中：第 种材料组成的壁面的吸声量，m2；第 种材料组成的壁面的面积，m2；第 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）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 多孔吸声材料多孔吸声材料 n多孔吸声材料是目前应用最广泛的吸声材料。多孔吸声材料是目前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、甘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；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，也可以加工成棉絮状吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或黏结成毡状或板状。或黏结成毡状或板状。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，部分声波被反射，部分声波透入材料内部微分声波被反射，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，空孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的气与筋络之间的摩擦阻力摩擦阻力使声能不断转化使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的为热能而消耗；空气与筋络之间的热交换热交换也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。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，相对运动少，摩擦损小，摩擦损小，因而声能损失因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以声能较多。所以多孔吸收材料常用于高、多孔吸收材料常用于高、中频噪声的吸收。中频噪声的吸收。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1 厚度对吸声性能的影响 图图2-15 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。n孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。n一般多孔吸声材料的孔隙率50%。n孔隙率增大，密度减小，反之密度增大。n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。频吸收会有所下降。n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；n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；n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2-16 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 0.60.6n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的的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。n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。n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。n一般推荐取腔深为一般推荐取腔深为5 510cm10cm。n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 n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。n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 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、波长及空气黏滞性变化，及空气黏滞性变化，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。第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第四节 噪声控制技术吸声吸声材料一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二n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 n吸声结构机理：吸声结构机理：亥姆霍兹亥姆霍兹共振吸声原理共振吸声原理n常用的吸声结构常用的吸声结构图图2-17 2-17 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 空气层空气层龙骨龙骨龙骨龙骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁面刚性壁面n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。n结构入射声波薄金属板、胶合板、硬质纤维板、石膏板等 n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。n 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3 310mm10mm，共振，共振频率多在频率多在8080300Hz300Hz之间，故一般用于低频吸声。之间，故一般用于低频吸声。n 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。(2-110)空气层空气层龙骨龙骨龙骨龙骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁面刚性壁面n改善薄板共振吸声性能的措施：改善薄板共振吸声性能的措施：在薄板结构边缘（板在薄板结构边缘（板-龙骨龙骨交接处）放置能增加结构阻交接处）放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，沿框架四周在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如放置多孔吸声材料，如矿棉、玻璃棉等。矿棉、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。n吸声处理中常采用吸声结构。吸声处理中常采用吸声结构。n吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理。吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理。n常用的吸声结构常用的吸声结构 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 n分类：按薄板穿孔数分为n单腔共振吸声结构n多孔穿孔板共振吸声结构n材料：轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏板等。(二二)穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 n特征：穿孔薄板与刚性壁面之间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。n又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单腔共振吸声器入射声波入射声波n结构：1.1.单腔共振吸声结构单腔共振吸声结构l封封闭闭空空腔腔壁壁上上开开一一个个小小孔孔与与外外部部空空气气相相通通；l腔腔体体中中空空气气具具有有弹弹性性，相相当当于于弹弹簧簧；l孔孔颈颈中中空空气气柱柱具具有有一一定定质质量量，相相当当于于质质量量块块。图图2-18 单腔共振吸声结构示意图单腔共振吸声结构示意图 n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，达到吸声目的。当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生共振，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。n单腔共振体的共振频率单腔共振体的共振频率 式中式中 声波速度，声波速度，m/sm/s；小孔截面积，小孔截面积，m m2 2；空腔体积，空腔体积，m m3 3；小孔有效颈长，小孔有效颈长，m m，n若小孔为圆形则有若小孔为圆形则有 式中式中 颈的实际长度颈的实际长度(即板厚度即板厚度)，m m；颈口的直径，颈口的直径，m m。n空腔内壁贴多孔材料时，有空腔内壁贴多孔材料时，有(2-121)【讨论讨论】单腔共振吸声结构使用很少，单腔共振吸声结构使用很少，是其他穿孔板共振吸声结构的基础。是其他穿孔板共振吸声结构的基础。改改变变孔孔颈颈尺尺寸寸或或空空腔腔体体积积，可可得得不不同同共共振振频频率率的的共共振振器器，而而与与小小孔孔和和空空腔腔的的形形状状无无关关。n简称穿孔板共振吸声结构。n结构：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将穿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。振器并联而成。图图2-19 2-19 穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构小孔或狭缝小孔或狭缝空气层空气层刚性壁刚性壁框架框架2.2.多孔穿孔板共振吸声结构多孔穿孔板共振吸声结构 n多孔穿孔板共振吸声结构多孔穿孔板共振吸声结构的共振频率的共振频率 式中：式中：声波速度，声波速度，m/sm/s；小孔截面积，小孔截面积，m m2 2；每一共振单元所分占薄板的面积，每一共振单元所分占薄板的面积，m m2 2；空腔深度，空腔深度，m m；小孔有效颈长，小孔有效颈长，m m；穿孔率，穿孔率，=/=/。(2-112)(2-112)n穿孔率n正方形排列：n三角形排列：n平行狭缝：以上各式中，为孔间距，为孔径。【讨论】n穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。或板越厚，吸声的频率越低。n工程设计中，穿孔率控制为工程设计中，穿孔率控制为1%1%10%10%，最高不，最高不超过超过20%20%，否则穿孔板就只起护面作用，吸声，否则穿孔板就只起护面作用，吸声性能变差。性能变差。n一般板厚一般板厚2 213mm13mm，孔径为，孔径为2 210mm10mm，孔间距，孔间距为为1010100mm100mm，板后空气层厚度为，板后空气层厚度为6 6100mm100mm时，时，则共振频率为则共振频率为100100400Hz400Hz，吸声系数为，吸声系数为0.20.20.50.5。当产生共振时，吸声系数可达。当产生共振时，吸声系数可达0.70.7以上。以上。n吸声带宽：设在共振频率设在共振频率 处的最大吸声系数为处的最大吸声系数为 ，则在则在 左右能保持吸声系数为左右能保持吸声系数为 /2/2的频带宽度。的频带宽度。l穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十赫兹到穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十赫兹到200200、300Hz300Hz。l吸声系数吸声系数0.50.5的频带宽度可按式估算的频带宽度可按式估算 （2-1132-113）式中：式中：共振频率，共振频率，HzHz；共振频率对应的波长，共振频率对应的波长，cmcm；空腔深度，空腔深度，m m。【讨论讨论】由式（由式（2-1132-113）知，多孔穿孔板共振吸声结构的吸）知，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。需合理选择腔深。n改善多孔穿孔板共振吸声性能的措施：改善多孔穿孔板共振吸声性能的措施：为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法：为增大吸声系数与提高吸声带宽，可采取的办法：n组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小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；段频带，使总的吸声频带变宽；n在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材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；料距板的距离视空腔深度而定；n穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；n采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以 改善频谱特性；改善频谱特性；n在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增 加孔颈摩擦。加孔颈摩擦。n吸声处理中常采用吸声结构。吸声处理中常采用吸声结构。n吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理。吸声结构机理：亥姆霍兹共振吸声原理。n介绍常用的吸声结构介绍常用的吸声结构 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 n结构特征：结构特征：厚度小于厚度小于1mm1mm的金属薄板上穿孔，孔径小的金属薄板上穿孔，孔径小于于1mm1mm、穿孔率、穿孔率1%1%5%5%，安装方法同薄板共振吸声结，安装方法同薄板共振吸声结构构,后部留有一定厚度的空气层，起到共振薄板的作后部留有一定厚度的空气层，起到共振薄板的作用。空气层内不填任何吸声材料。常用的是单层或用。空气层内不填任何吸声材料。常用的是单层或双层微穿孔板。双层微穿孔板。(三三)微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 n薄板常用铝板或钢板制薄板常用铝板或钢板制作，因板特别薄、孔特作，因板特别薄、孔特别小，为与一般穿孔板别小，为与一般穿孔板共振吸声结构相区别，共振吸声结构相区别，故称为微穿孔板吸声结故称为微穿孔板吸声结构。构。图图2-20 2-20 单层、双层微穿孔板吸声结构示意图单层、双层微穿孔板吸声结构示意图 2020世纪世纪6060年代我国著名年代我国著名声学专家马大猷教授研制。声学专家马大猷教授研制。n优点优点：n克服了穿孔板共振吸声结构吸声频带较窄的缺点。克服了穿孔板共振吸声结构吸声频带较窄的缺点。n吸声系数大；吸声频带宽；吸声系数大；吸声频带宽；n成本低、构造简单；成本低、构造简单；n设计计算理论成熟。设计计算理论成熟。n耐高温、耐腐蚀，不怕潮湿和冲击，甚至可承受耐高温、耐腐蚀，不怕潮湿和冲击，甚至可承受短暂的火焰，适用环境广泛，包括一般高速气流短暂的火焰，适用环境广泛，包括一般高速气流管道中。管道中。n缺点缺点：孔径太小，易堵塞，宜用于清洁场所。：孔径太小，易堵塞，宜用于清洁场所。讨 论1n设计要求设计要求：n利用空腔深度控制共振频率，腔愈深，共振频率愈利用空腔深度控制共振频率，腔愈深，共振频率愈低。低。n吸声系数可达吸声系数可达0.90.9以上；吸声频带宽可达以上；吸声频带宽可达4 45 5个倍频个倍频程以上。程以上。n采用双层与多层微孔板、或减小微穿孔板孔径，或采用双层与多层微孔板、或减小微穿孔板孔径，或提高穿孔率可增大吸声系数，展宽吸声带宽，孔径提高穿孔率可增大吸声系数，展宽吸声带宽，孔径多选多选0.50.51.0mm1.0mm，穿孔率多以，穿孔率多以1%1%3%3%为好。为好。n双层微穿孔板的间距：吸收低频声波，距离要大些，双层微穿孔板的间距：吸收低频声波，距离要大些，一般控制在一般控制在202030mm30mm范围内；吸收中、高频声波，范围内；吸收中、高频声波，距离可减小到距离可减小到10mm10mm甚至更小。甚至更小。讨 论2SJ-TVSJ-TV型微穿孔板消声器结构示意图型微穿孔板消声器结构示意图第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第四节 噪声控制技术吸声吸声材料一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二室内吸声降噪三三(一一)室内声场室内声场 (二二)室内声压级室内声压级 (三三)吸声降噪量的计算吸声降噪量的计算 n室内声场按声场性质分为：室内声场按声场性质分为：n直达声场：直达声场：由声源直接到达听者，是自由声场；由声源直接到达听者，是自由声场；n混响声场：混响声场：经过壁面一次或多次反射。经过壁面一次或多次反射。n扩散声场：扩散声场：声能密度处处相等，声波在任一受声声能密度处处相等，声波在任一受声点上各个传播方向做无规分布的声场。点上各个传播方向做无规分布的声场。是一种理是一种理想声场，为简化讨论，以下的基本概念和公式都想声场，为简化讨论，以下的基本概念和公式都建立在室内扩散声场的基础上。建立在室内扩散声场的基础上。(一一)室内声场室内声场 n 1.1.室内声场的衰减室内声场的衰减n 2.2.混响时间混响时间n 1.1.室内声场的衰减室内声场的衰减平均自由程平均自由程单位时间内，室内声波经单位时间内，室内声波经相邻两次反射间的路程的相邻两次反射间的路程的平均值平均值 （2-1152-115）式中：式中：平均自由程，平均自由程，m m；房间容积，房间容积，m m3 3；室内总表面积，室内总表面积，m m2 2声音在空气中的声速为声音在空气中的声速为c c，则声，则声波每秒平均反射次数波每秒平均反射次数n=c/dn=c/d，即，即 (2-116)(2-116)平均吸声系数平均吸声系数 设室内各反射面面积分别设室内各反射面面积分别为为 S S1 1、S S2 2、S Sn n，吸声吸声系数为系数为1 1、2 2、n n ，则室内表面的平均，则室内表面的平均吸声系数吸声系数 为为 （2-1142-114）n 室内声场经室内声场经1 12s2s即接近稳态（图即接近稳态（图2-212-21左侧曲线）左侧曲线）n 若声源停止，声音消失需要一个过程：首先直达声若声源停止，声音消失需要一个过程：首先直达声消失，混响声逐渐减弱，直到完全消失（图消失，混响声逐渐减弱，直到完全消失（图2-212-21右侧右侧曲线）。曲线）。图图2-21 室内吸收不同对声音衰减的影响室内吸收不同对声音衰减的影响增长增长稳态稳态衰减（混响过程）衰减（混响过程）a-吸声差吸声差b-吸声中等吸声中等c-吸声好吸声好n假设只考虑室内壁面与空气的吸收，则经假设只考虑室内壁面与空气的吸收，则经t t秒秒后，后，室内声能密度室内声能密度 为为 式中：式中：初始声能密度，初始声能密度，(w(ws)s)m m3 3 ；吸声系数；吸声系数；房间容积，房间容积，m m3 3；室内总表面积，室内总表面积，m m2 2；声速，声速，s/ms/m；经过时间，经过时间，s s；声波经声波经t t时间传播的距离，时间传播的距离，m m；空气衰减系数，空气衰减系数，m m-1-1；为声波在空气中每传播为声波在空气中每传播100m100m衰减的分贝数。衰减的分贝数。(2-119)(2-119)n定义：室内声场达到稳态后，声源立即停止发声，室内声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级衰减60dB所需要的时间，记作 ，单位秒（s）。n计算公式赛宾（W.C.Sabine）公式n意义：表示由于室内混响现象，室内声场的声能在声源停止发声后衰减的快慢。(2-131)n 2.2.混响时间混响时间n房间房间 一定，一定，吸声量吸声量 ,愈大，愈大，愈小。愈小。n通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的最最佳佳 ，使室内音质达到良好。，使室内音质达到良好。【讨论讨论】室内吸声降噪三三(一一)室内声场室内声场 (二二)室内声压级室内声压级 (三三)吸声降噪量计算吸声降噪量计算 (二二)室内声压级室内声压级 1.1.直达声场直达声场p在室内，当声源的声功率恒定时，单位时间内在在室内，当声源的声功率恒定时，单位时间内在 某接收点处获得的直达声能是恒定的。某接收点处获得的直达声能是恒定的。p一个各向发射均匀的点声源，声强一个各向发射均匀的点声源，声强I=W/4I=W/4rr2 2，声能密度与声强的关系为声能密度与声强的关系为 p所以对于指向性因数为所以对于指向性因数为 的声源，在距声源中心的声源，在距声源中心 r r处的直达声声能密度为处的直达声声能密度为(2-122)(2-122)(二二)室内声压级室内声压级 2.2.混响声场混响声场p声源辐射的声能经第一次吸收后，剩者为混响声，单位时间内声源向声源辐射的声能经第一次吸收后，剩者为混响声，单位时间内声源向 室内提供的混响声能为室内提供的混响声能为 。因声功率恒定，故混响声能也恒定。因声功率恒定，故混响声能也恒定。p壁面吸声仅吸收混响声，设室内声场达稳态时，平均混响声能密度为壁面吸声仅吸收混响声，设室内声场达稳态时，平均混响声能密度为 ，声波每碰撞壁面一次，吸收的混响声能则为，声波每碰撞壁面一次，吸收的混响声能则为 ，每秒钟内碰，每秒钟内碰 撞撞n n次，吸收的则为次，吸收的则为 。因室内声场达稳态时，每秒钟由声源。因室内声场达稳态时，每秒钟由声源 提供的混响声能等于被吸收的混响声能，所以提供的混响声能等于被吸收的混响声能，所以 即即 令令p 平均声能密度平均声能密度(2-124)(2-124)房间常数，房间常数，m m2 2。室内吸声状况愈好，值愈大。室内吸声状况愈好，值愈大。(二二)室内声压级室内声压级 3.3.室内总声场室内总声场p室内某点的声压级为室内某点的声压级为(2-128)p指向性因数取决于声源的指向性和在室内的位置指向性因数取决于声源的指向性和在室内的位置p Q=1Q=1，点声源放置在房间中心；，点声源放置在房间中心；p Q=2Q=2，声源放在地面或墙面中间；，声源放在地面或墙面中间；p Q=4Q=4，声源放在两墙面或墙面与地面的交线上；，声源放在两墙面或墙面与地面的交线上；p Q=8Q=8，在三面墙的交点上。，在三面墙的交点上。(二二)室内声压级室内声压级 3.3.室内总声场室内总声场p室内某点的声压级为室内某点的声压级为(2-128)【讨论讨论】p括号内第一项来自直达声。表达了直达声场对该点声压级的影响，括号内第一项来自直达声。表达了直达声场对该点声压级的影响，r r愈大，愈大，该项值愈小，即距声源愈远，直达声愈小；该项值愈小，即距声源愈远，直达声愈小；p第二项来自混响声。当第二项来自混响声。当r r较小，即接受点离声源很近时，较小，即接受点离声源很近时，室内声，室内声 场以直达声为主，混响声可忽略；反之场以直达声为主，混响声可忽略；反之,则以混响声为主，直达声忽略不计，则以混响声为主，直达声忽略不计，此时声压此时声压 与与r r无关。无关。p当当 时，直达声与混响声声能密度相等，时，直达声与混响声声能密度相等，r r称为临界半径称为临界半径(Q=1(Q=1时的时的临界半径又称为混响半径临界半径又称为混响半径)，记为，记为 。(二二)室内声压级室内声压级 3.3.室内总声场室内总声场p临界半径为临界半径为(2-129)p临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。p房房间间内内吸吸声声状状况况愈愈好好，声声源源指指向向性性愈愈强强，临临界界半半径径则则愈愈大大，在在声声源源周周围围较较大大范范围围内内可可近近似似地地视视为为自自由由声声场场；反反之之房房间间内内大部分范围可视为混响声场。大部分范围可视为混响声场。【讨论讨论】将式（将式（2-2-128128）中各参）中各参量绘制成图量绘制成图2-222-22，可以，可以简便地确定简便地确定出室内距声出室内距声源源r r处的某点处的某点稳态声压级稳态声压级 L Lp p。图图2-22 室内声压级计算图室内声压级计算图AB-11【例例2-62-6】设在室内地面中心处有一声源，已知设在室内地面中心处有一声源，已知500Hz500Hz的声功率级为的声功率级为90dB90dB，同频带下的房间常数为，同频带下的房间常数为50m50m2 2，求距声源求距声源10m10m处之声压级处之声压级LpLp。解：解：(1)(1)由声源位置可得其室内指向性因数由声源位置可得其室内指向性因数Q=2Q=2。(2)(2)由图由图2-222-22下部下部Q Q2 2与与r r10m10m两线的交点两线的交点A A作垂作垂线线(虚线虚线)，与，与 50m50m2 2的曲线交于的曲线交于B B点，由点，由B B向左向左方作水平线与纵轴相交，从而确定相对声压级方作水平线与纵轴相交，从而确定相对声压级 ，即，即 -11dB-11dB。(3)(3)计算距声源计算距声源10m10m处之声压级为处之声压级为 室内吸声降噪三三(一一)室内声场室内声场 (二二)室内声压级室内声压级 (三三)吸声降噪量的计算吸声降噪量的计算 n设吸声降噪前后室内设吸声降噪前后室内平均吸声系数平均吸声系数分别为分别为 和和 ；吸声量分别为；吸声量分别为 和和 ；混响时间分；混响时间分别为别为 和和 ，则吸声降噪效果为则吸声降噪效果为 或(2-133)(2-133)(三三)吸声降噪量计算吸声降噪量计算 混混响响时时间间可可测测，式式（2 2-1 13 33 3）计计算算吸吸声声降降噪噪量量，免免除除了了计计算算吸吸声声系系数数的的麻麻烦烦和和不不准准确确(2-132)(2-132)(2-142)越越大大，噪噪声声级级降降低低越越多多；但但大大到到一一定定程程度度时时，不不再再 变变化化，因因此此应应取取适适当当值值【例例2-72-7】尺寸为尺寸为14m10m3m14m10m3m，体积为，体积为420420m m3 3，面积为，面积为424424m m2 2的控制室内有一台空调，安装在的控制室内有一台空调，安装在10m3m10m3m墙壁的中心部位，试墙壁的中心部位，试通过设计计算使距噪声源通过设计计算使距噪声源7m7m处符合处符合NR-50NR-50曲线。曲线。次次序序项目项目倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz说明说明125125250250500500100010002000200040004000距噪声源距噪声源7m7m处倍频程声压级处倍频程声压级/dB/dB606062626363595957575454测量测量噪声容许值噪声容许值/dB/dB（NR-50NR-50）（图（图2-142-14）676758585454505047474545设计目标值设计目标值需要减噪量需要减噪量Lp 0 04 49 99 910109 9-处理前房间混响时间处理前房间混响时间/s/s2.62.62.42.42.02.01.81.81.61.61.21.2测量测量处理前平均吸声系数处理前平均吸声系数 0.060.060.070.070.080.080.090.090.10.10.130.13由式（由式（2-2-121121）计算）计算 所需平均吸声系数所需平均吸声系数 0.060.060.160.160.410.410.470.470.530.530.540.54由式（由式（2-2-132132）计算）计算解：设计计算步骤见表解：设计计算步骤见表2-12表表2-12 2-12 设计计算步骤设计计算步骤n计算步骤说明如下：计算步骤说明如下：记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种记录控制室尺寸、体积、总表面积、噪声源的种类和位置等；类和位置等；在表的第一行记录噪声的倍频程声压级测量值；在表的第一行记录噪声的倍频程声压级测量值；在表的第二行记录在表的第二行记录NR-50NR-50的各个倍频程声压级；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，出现对各个倍频程声压级由第一行减去第二行，出现负值时记负值时记0 0；混响时间的测量值记录在第四行，并由式（混响时间的测量值记录在第四行，并由式（2-2-121121）计算出平均吸声系数计算出平均吸声系数 ，并记录，并记录在第五行；在第五行；用式（用式（2-1322-132）计算出）计算出 ，记录在第六行；，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第六行所列的 以上，然后选材确定控制室各部分以上，然后选材确定控制室各部分的装修。的装修。【例例2-82-8】某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构，槽形混凝土某厂冲床车间为钢筋混凝土砖混结构，槽形混凝土板平顶，混凝土地面，墙面为水泥石灰粉刷砖墙。车间内配置板平顶，混凝土地面，墙面为水泥石灰粉刷砖墙。车间内配置有有8 860t60t冲床冲床4040台，台，80t80t和和160t160t冲床各冲床各1 1台。在车间内中央一点台。在车间内中央一点测定的噪声频率特性如图测定的噪声频率特性如图2-232-23中曲线中曲线A A所示，噪声频带较宽广所示，噪声频带较宽广，车间内总声压级达到车间内总声压级达到95dB95dB，干扰严重，试设计降噪方案。，干扰严重，试设计降噪方案。图图2-23 冲床车间噪声频谱特性冲床车间噪声频谱特性【分析分析】：冲床噪声是断续脉冲床噪声是断续脉冲声，车间内冲床台数较多，冲声，车间内冲床台数较多，操作人员相互受其他冲床的操作人员相互受其他冲床的干扰，采用吸声处理降低混干扰，采用吸声处理降低混响声，可大大减少人员每天响声，可大大减少人员每天的噪声暴露强度。的噪声暴露强度。n（1 1）由图）由图2-232-23可知，可知，200Hz 200Hz 以上的频带噪声超过以上的频带噪声超过允许标准允许标准NR-85NR-85曲线，其中以曲线，其中以250Hz250Hz、500Hz500Hz、1000Hz1000Hz最为严重，因此，这些频带的噪声为吸声处理的重点，最为严重，因此，这些频带的噪声为吸声处理的重点，并取吸声峰值在并取吸声峰值在500Hz500Hz附近。附近。n（2 2）经测量，穿孔板共振吸声结构的吸声峰值位）经测量，穿孔板共振吸声结构的吸声峰值位于于500Hz500Hz附近，与设计要求基本相符。附近，与设计要求基本相符。n（3 3）采用穿孔板共振吸声结构，吸声材料布置方）采用穿孔板共振吸声结构，吸声材料布置方式和结构如图式和结构如图2-242-24所示所示 解：解：图图2-24 吸声材料的布置和结构吸声材料的布置和结构 n n护面层为孔径护面层为孔径护面层为孔径护面层