吸声评价方法吸声材料与吸声结构.ppt

噪声与振动控制技术噪声与振动控制技术噪声与振动控制技术噪声与振动控制技术主讲：盛美萍Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 西北工业大学精品课程专业核心课程振动与噪声控制技术振动与噪声控制技术振动与噪声控制技术振动与噪声控制技术本讲内容Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声评价方法吸声材料与吸声结构Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声评价方法评价参数吸声系数吸声量Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声系数垂直入射的吸声系数混响吸声系数Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 请你思考垂直入射吸声系数与混响吸声系数孰大孰小？为什么？Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 什么样的材料可以作吸声材料？工程中通常采用125、250、500、1000、2000、4000Hz六个倍频程中心频率处的吸声系数，来衡量某一材料或结构的吸声频率特性，并且只有在这六个倍频程中心频率处的吸声系数的算术平均值都大于的材料，才作为吸声材料或吸声结构使用。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声量Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声量计算举例一个房间总面积为100平方米，其中窗户面积为10平方米，门的面积为5平方米，已知墙体的吸声系数为，玻璃窗的吸声系数为，门的吸声系数为，试求该房间总的吸声量。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声量计算举例 平方米Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声降噪原理噪声源接收处吸声处理直达声混响声Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 室内噪声特性壁面材料的吸声系数越小，对声音的反射能力越大，混响声相应越强，噪声源产生的噪声级就提高得越多。一般的工厂车间，壁面往往是坚硬的，对声音反射能力很强，如混凝土壁面、抹灰的砖墙、背面贴实的硬木板等。由于混响作用，噪声源在车间内所产生的噪声级比在露天广场所产生的要提高近十分贝。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声降噪常用措施及效果措施1，安装吸声材料饰面2，悬挂空间吸声体效果只能减弱来自吸声面或吸声体的反射声，即混响声；对于直达声没有降噪效果。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声降噪效果预估降噪量Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声材料与吸声结构吸声材料（一般为多孔性材料）按成型分：制品类、沙浆类按材料分：玻璃棉、岩棉、矿棉等按多孔形成机理及结构状况分：纤维状、颗粒状、泡沫塑料等Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 多孔性材料吸声机理和吸声特性条件：大量孔隙、孔孔连通机理：多次反射损耗能量特性：主要吸收中高频噪声 适当增加厚度和容重可以改善低频吸声性能Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 多孔性材料吸声性能影响因素1，流阻2，材料厚度3，材料容重4，湿度和温度5，空气层6，装饰面Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 流阻对吸声性能的影响流阻对吸声性能的影响流阻是评价吸声材料或吸声结构对空气粘滞性能影响大小的参量。通常将吸声材料或吸声结构的流阻控制在一个适当的范围内，吸声系数大的材料或结构，其流阻也相对比较大，而过大的流阻将影响通风系统等结构的正常工作，因此在吸声设计中必须兼顾流阻特性。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 厚度对吸声性能的影响厚度对吸声性能的影响吸声材料的厚度决定了吸声系数的大小和频率范围。增大厚度可以增大吸声系数，尤其是增大中低频吸声系数。同一种材料，厚度不同，吸声系数和吸声频率特性不同。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 容重对吸声性能的影响容重对吸声性能的影响材料的容重是指吸声材料加工成型后单位体积的重量。有时，也用空隙率来描述。材料的容重或空隙率不同，对吸声材料的吸声系数和频率特性有明显影响。一般情况下，密实、容重大的材料，其低频吸声性能好，高频吸声性能较差；相反，松软、容重小的材料，其低频吸声性能差，而高频吸声性能较好。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 温湿条件对吸声性能的影响温湿条件对吸声性能的影响 湿度对吸声性能影响十分明显。随着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声性能下降，吸声频率特性也将改变。温度对吸声性能有一定影响。温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时，低频吸声性能下降。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 空气层对吸声性能的影响空气层对吸声性能的影响在实际工程结构中，为了改善吸声材料的低频吸声性能，通常在吸声材料背后预留一定厚度的空气层。空气层的存在，相当于在吸声材料后又使用了一层空气作为吸声材料。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 装饰面对吸声性能的影响装饰面对吸声性能的影响不同的装饰面将不同程度地影响吸声材料的吸声性能。但当护面材料的穿孔率（穿孔面积与护面总面积的比值）超过20%时，这种影响可以忽略不计。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 常用吸声材料的吸声特性常用吸声材料的吸声特性Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 常用建筑材料的吸声特性Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 常用建筑材料的吸声特性Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声结构共振吸声机理赫姆霍兹共振吸声器Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 赫姆霍兹共振吸声器特性赫姆霍兹共振吸声器特性KMFProf.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 赫姆霍兹共振吸声器特性赫姆霍兹共振吸声器特性Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 等效刚度等效刚度等效绝热过程近似地因此等效分析等效分析赫姆霍兹共振吸声器的固有频率赫姆霍兹共振吸声器的固有频率赫姆霍兹共振器吸声机理赫姆霍兹共振器吸声机理赫姆霍兹共振吸声器达到共振时，声抗最小（为零），振动速度最大，相当于吸收入射声波的能力最强。如果考虑赫姆霍兹共振器的阻尼，则共振时声能量的消耗也最大。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 常用吸声结构常用吸声结构空气层吸声结构薄膜共振吸声结构、板共振吸声结构穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构吸声尖劈Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 空气层吸声结构在多孔材料后留一定厚度的空气层，形成空腔，可有效改善低频的吸声性能。优点是：在不增加材料厚度的条件下，提高低频的吸声性能，节省吸声材料的使用，通常推荐空气层厚度为50300mm。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 空气层吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构为了改善低频特性，常采用薄膜或薄板结构，板后预留一定的空间，形成共振声学空腔；有时为了改进系统的吸声性能，还在空腔中填充纤维状多孔吸声材料。这一类结构，统称为薄膜（薄板）共振吸声结构。空气层膜状材料薄膜、薄板共振吸声机理薄膜的弹性和薄膜后空气层弹性共同构成了共振结构的弹性，而质量由薄膜结构的质量确定，在低频时，可以将这种共振结构理解为单自由度的振动系统，当膜受到声波激励且激励频率与薄膜结构的共振频率一致时，系统发生共振，薄膜产生较大变形，在变形的过程中，薄膜的变形将消耗能量，起到吸收声波能量的作用。因薄膜的刚度小，因而系统的固有频率低，由此构成的共振吸声结构的主要作用在于低频吸声性能。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 薄膜、薄板共振吸声结构膜状材料空气层吸声材料填充前填充后频率吸声系数穿孔板吸声结构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。工程中有时也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。可以通过在小孔颈口部位加薄膜透声材料或多孔性吸声材料以改善穿孔板吸声结构的吸声特性，也可以通过加长小孔的有效颈长来改变其吸声特性等。穿孔板吸声结构多孔共振吸声结构可看成单孔共振吸声结构的并联结构。多孔共振吸声结构的吸声性能比单孔共振吸声结构好，通过孔参数的优化设计可以有效改善其吸声频带等性能。多孔共振吸声结构共振频率与单孔相同，需要注意的是，式中的体积应该用每个孔单元实际分得的体积，也可用穿孔板的穿孔率表示成，穿孔板结构吸声特性穿孔面积越大，吸声频率就越高；空腔或板的厚度越大，吸声频率就越低。吸声带宽定义为吸声系数下降到共振时吸声系数的一半的频带宽度，穿孔板的吸声带宽通常只有几十赫兹到几百赫兹，为了提高其吸声性能与吸声带宽，可采用的方法有(1)空腔内填充纤维状吸声材料；(2)降低穿孔板孔径，提高孔口的振动速度和摩擦阻尼；(3)在孔口覆盖透声薄膜，增加孔口的阻尼；(4)组合不同孔径和穿孔率、不同板厚度、不同腔体深度的穿孔板结构。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构是一种板厚度和孔径都小的穿孔板结构，其穿孔率通常只有1%3%，其孔径一般小于3mm。微穿孔板吸声结构同样属于共振吸声结构，其吸声机理与穿孔板结构也基本相同。与普通穿孔板吸声结构相比，其特点是吸声频带宽、吸声系数高，缺点是加工困难、成本高。微穿孔板吸声结构也可以组合成双层或多层结构使用，以进一步提高其吸声性能。空间吸声体空间吸声体是一种高效的、自成体系的吸声结构，它主要由多孔性吸声材料加外包装构成，不需要壁板等结构一起形成共振空腔。其特点是吸声性能好、便于安装，要求是质量轻、便于施工等。因此，空间吸声体常采用超细玻璃棉作为填充材料，采用木架或金属框等为支撑结构，采用玻璃丝布作为外包装材料，有时也采用穿孔率大于20%的穿孔板作为外包装，但采用此包装时相对重量和价格比采用玻璃丝布要高。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 空间吸声体框架超细玻璃棉玻璃布穿孔板Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 吸声尖劈吸声尖劈具有很高的吸声系数，可以达到，常用于有特殊用途的声学结构的构造。吸声尖劈的吸声性能与吸声尖劈的总长度和尖劈的长度比以及空腔的深度、填充的吸声材料的吸声特性等都有关系，总长度越长，其低频吸声性能越好。此外，上述参数之间有一个最佳协调关系，需要在使用时根据吸声的要求进行优化，必要时还需要通过实验加以修正。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University h L1 L2Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 本章要点吸声评价方法、主要参数及其计算；房间内噪声与自由声场噪声的区别；降噪量计算；影响材料吸声性能的主要因素；主要吸声结构及其吸声原理；主要吸声结构的吸声特性；穿孔板结构固有频率的计算。Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 工程分析预告现场吸声设计与分析Prof.Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University