《物理污染控制》PPT课件.ppt

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1、第第6章章 吸声和室内声吸声和室内声场（1）10/20/2007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建筑声学的学的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，以改善室内的缩短和调整室内混响时间，消除回声，以改善室内的听闻条件听闻条件；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的原材料，以降低通或消声器件的原材料，以降低通风系系统的噪声；的噪声；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

2、隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以提高构件的隔声量。提高构件的隔声量。23456789一、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常用的参数，它表征材料吸声系数是表征吸声性能最常用的参数，它表征材料（结构）吸收的声能（包括透射的声能）和入射到材料构）吸收的声能（包括透射的声能）和入射到材料（结构）声能的比构）声能的比值。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；一般材料一般材料01，越大越大则吸声性能越好。吸声性能越好。10吸

3、声系数的吸声系数的测量：量：吸声系数和声波的入射方向有很大的关系，吸声系数和声波的入射方向有很大的关系，声波的入射方向不同，相声波的入射方向不同，相应采采样的吸收系数的的吸收系数的测量方法也不同。量方法也不同。一般将声波的入射分一般将声波的入射分为垂直入射、斜入射和垂直入射、斜入射和无无规入射三种情况。入射三种情况。常用的是垂直入射吸声系数常用的是垂直入射吸声系数和无和无规入射吸声系数。入射吸声系数。11 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遇到端面反遇到端面反射射时会会产生一反射的平面波，形成生

4、一反射的平面波，形成驻波，存在固定波，存在固定的波腹和波的波腹和波节。测出声出声压极大极大值和极小和极小值，就可以，就可以按下式按下式进行行计算。算。12（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的差距，但情况有一定的差距，但这种方法种方法简单、测量量样品小，速度快，故有一定的品小，速度快，故有一定的应用价用价值和和应用范用范围。应用的主要范用的主要范围是：材料吸声性能的是：材料吸声性能的鉴定和研究等。定和研究等。13注意：注意：(1).这种方法要保种方法要保证在管内形成平面波，在管内形成平面波，测试的最的最高高频率率应和管径相适和管径相适应，即

5、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(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所有方向以相同的概率入入射是指声波从所有方向以相同的概率入射到材料的表面，和射到材料的表面，和大多数大多数实际情况比情况比较接近接近。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的入射吸声系数的测量采用混响室法。量采用混响室法。主要主要原理是根据混响室内放原理是根据混响室内放进

6、吸声材料（或吸声吸声材料（或吸声结构）构）前后混响前后混响时间的的变化来确定其吸收特性。化来确定其吸收特性。按按测试规范要求，混响室的体范要求，混响室的体积一般一般应大于大于200m200m3 315（3）0和和的关系的关系 0：测量量简单，省，省时，经济，可精确，可精确测量；量；：试件的安装可以模件的安装可以模拟现场条件，能条件，能够较为准确的反映准确的反映试件在房件在房间内的吸声性能。但内的吸声性能。但该法需法需要要较大的大的试件，精密的件，精密的测量装置，一定容量装置，一定容积的混的混响室。且响室。且测量数据偏差量数据偏差较大。大。0和和的关系复的关系复杂，通常，通常 0对于常用的多孔吸

7、声材料，它们的近似换算可对于常用的多孔吸声材料，它们的近似换算可查表。查表。16（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的的入入射射条条件件、声声波波频率率等等因因素素有有关关。通通常常采采用用频率率为125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz的的这六六个个频率率吸吸声声系系数数的的算算术平平均均值来来表表示示材材料料或或结构构的的吸吸声声性性能能。当吸声系数平均当吸声系数平均值大于大于时，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，常常用用250Hz、500Hz、1000Hz

8、、2000Hz四四个个频率率吸吸声声系系数数的的平平均均值做做计算算。这个个数数值称称为吸吸声声材材料料（结构构）的的降降噪噪系系数数（NRC）。）。17（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相相应的的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种种不不同同吸吸声声系系数数，不不同同面面积的的材材料料时，常常采采用用平平均均系系数数系系数数来来评价价整整个个房房间的的系系数特性。数特性。吸吸声声量量：以以吸吸声声系系数数乘乘以以相相应的的面面积，即即为该材材料料的的吸吸声量声量18空间吸声体空间吸声

9、体（P75）空空间吸吸声声体体是是一一种种悬挂挂式式的的吸吸声声结构构。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的的吸吸声声结构构，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善室内的音善室内的音质条件。条件。空空间吸吸声声体体的的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大小小、使使用用性性质、声声源源特特性性及及装装饰要要求求等等因因素素而而定。定。19 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 空空间吸声体通常由框架、吸声体

10、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的穿孔板、的穿孔板、钢板网、塑料窗板网、塑料窗纱等。等。3）.吸吸声声材材料料：超超细玻玻璃璃棉棉、岩岩棉棉、矿渣渣棉棉等等多多孔孔吸吸声声材材料。料。空空间吸吸声声体体的的吸吸声声特特性性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的的30-40时吸吸声声效效率最高。在率最高。在实际工程中，一般取工程中，一般取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

11、、照照明明、通通风和和建筑装建筑装饰等多方面的功能要求。等多方面的功能要求。2122 吊挂吸声体时应注意以下原则：吊挂吸声体时应注意以下原则：悬悬挂挂面面积积为为厂厂房房平平顶顶面面积积的的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的的降降噪噪效效果果相相差差不不大大，可可灵活运用；灵活运用；悬挂高度宜控制在厂房净高的悬挂高度宜控制在厂房净高的1/71/5处；处；根根据据1/4波波长长的的原原理理，可可改改善善某某些些频频率率峰峰值值的的吸收效果；吸收效果；分散悬挂比集中悬挂效果好。分散悬挂比集中悬挂效果好。23二、吸声材料的分类及性质二、吸声材料的分类及性质

12、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，从而引起声能量的降低，从而引起声能量的降低，这种种现象称象称为材料吸声。大材料吸声。大多数材料（多数材料（结构）都多少有一定的吸声作用，但是通常构）都多少有一定的吸声作用，但是通常仅对具有具有较高吸声性能的材料（高吸声性能的材料（结构）（），可称构）（），可称为吸声吸声材料（材料（结构）。构）。吸声材料（吸声材料（结构）构）虽然形式众多，但如果按其吸声机理然形式众多，但如果按其吸声机理来分来分类，可以分，可以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（1）机理 进入多孔吸声材料的

13、声波使材料的筋络和气泡等微观结构振动和相互作用，通过介质的粘滞性和热传导作用，使声能转化为热能。25（2）按照材料的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：各种具有微孔的泡沫吸声砖、泡沫混凝土等材料。26玻璃棉泡沫玻璃泡沫混凝土木丝板2728（3）多孔吸声材料必）多孔吸声材料必须具具备的条件（的条件（67）吸声材料的特点：吸声材料的特点：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)材料的孔隙材料的孔隙对着表

14、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（4）.定量判定定量判定（5）.影响因素影响因素空气流阻、孔隙率的影响（空气流阻、孔隙率的影响（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3031大多数多孔吸声材料的吸收系数是随着大多数多孔吸声材料的吸收系数是随着频率的增加而增加，率的增加而增加，中、高中、高频区域的吸收性能一般要区域的吸收性能一般要优于低于低频区域。增加材料的厚区域。增加材料的厚度可以有效改善中、低度可以有效改善中、低频区域的吸收特性。区域的吸收特性。32在中低在中低频范范

15、围，容重大的，吸声系数要稍高一些；而在高，容重大的，吸声系数要稍高一些；而在高频区区域其域其结果相反。每种材料都有一个最佳容重。果相反。每种材料都有一个最佳容重。单就厚度和容重就厚度和容重两个因素比两个因素比较，厚度，厚度对材料吸声性能的影响要大于容重的影材料吸声性能的影响要大于容重的影响。响。33 增加材料背后空气增加材料背后空气层厚度可以有效改善中、低厚度可以有效改善中、低频区域的吸收特区域的吸收特性，其作用性，其作用类似于增加材料厚度。当空腔增加到一定深度后，吸似于增加材料厚度。当空腔增加到一定深度后，吸声系数不再明声系数不再明显变化化。当材料背后空腔的深度等于。当材料背后空腔的深度等于

16、1/4波波长的奇的奇数倍数倍时，相，相应的的频率可率可获得最大的吸声系数。当材料背后空腔的得最大的吸声系数。当材料背后空腔的深度等于深度等于1/2波波长的奇数倍的奇数倍时，相，相应的的频率吸声系数最小。率吸声系数最小。3435 多孔吸声材料的吸声特点多孔吸声材料的吸声特点1.宽频带吸声；吸声；2.中、高中、高频吸声效果吸声效果较好。好。36 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，共振吸声结构一般吸声的构一般吸声的频率范率范围较窄，具有峰窄，具有峰值吸声特性吸声特性，但它的，但它的优点是具有点是具有较好的低好的低频吸声效果吸声效果，吸声的吸声的频率

17、容易控制率容易控制，从而可，从而可以弥以弥补多孔吸收材料在低多孔吸收材料在低频区域吸声性能的不足。区域吸声性能的不足。（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板共振结构板共振结构膜共振结构膜共振结构38（1）薄板共振吸声结构 将不透气的薄板固定在将不透气的薄板固定在刚性壁前一定距离性壁前一定距离处，就构成了板共振吸声就构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构成的系构成的系统可以可以视为一个由一个由质量量块和和弹簧簧组成的振成的振动系系统。当入射声

18、波的。当入射声波的频率和系率和系统固有固有频率接近率接近时，板就，板就产生共振，由生共振，由此引起的内部摩擦将声能此引起的内部摩擦将声能转换为热能耗散掉。能耗散掉。其主要吸声范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 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的密度、率和板的密度、材料的材料的弹性系数、空气性系数、空气层的的厚度、厚度、结构尺寸及安装方构尺寸及安装方法等因素有关法等因素有关。可由下式。可由下式进行行计算：算：其中：空气密度；M0薄板的面密度；D薄板后空腔的深度；c空气中的声速K结构的刚度因素。40结论：1.增加板的面密度和空气层厚度，可以使结

19、构的共振频率向低频移动。在工程中，一般常用的板共振结构的共振频率处于80-300Hz的频率范围，吸声系数可达到2.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的结构。解决方法：方法1：采用密度很小的薄板进行多层组合；方法2：在空腔中填充多孔材料。41（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：吸声结构中所用到的膜状材料，是指刚材料：吸声结构中所用到的膜状材料，是指刚性很小、没有透气性、受力拉张后具有性很小、没有透气性、受力拉张后具有弹性弹性的的材料。如塑料膜、帆布等。材料。如塑料膜、帆布等。影响因素：系统的共振频

20、率和膜的密度、空气影响因素：系统的共振频率和膜的密度、空气层的厚度及膜所受的张力有关。当膜处于松弛层的厚度及膜所受的张力有关。当膜处于松弛的状态下时，其共振频率为：的状态下时，其共振频率为：42 特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围的特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围的吸声，共振频率一般在吸声，共振频率一般在200-1000Hz范围内。范围内。吸声系数一般为。非常薄的膜共振结构的吸吸声系数一般为。非常薄的膜共振结构的吸声频率可处于高频范围。声频率可处于高频范围。在实用中，为改善在实用中，为改善吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材料。料。43（3）单腔共

21、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的颈口组成。界的颈口组成。44 特点：该结构吸声频率较窄，具有较强的频特点：该结构吸声频率较窄，具有较强的频率选择性。多用于低频噪声的吸收。一般情率选择性。多用于低频噪声的吸收。一般情况下，是多个共振腔组合使用，通过调节各况下，是多个共振腔组合使用，通过调节各腔的结构尺寸来适应不同频率的吸收。腔的结构尺寸来适应不同频率的吸收。45（4）穿孔板共振吸声结构）穿孔板共振吸声结构(P72)在板材上，以一定的孔径和在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定穿孔率打上孔，背后留有一

22、定厚度的空气层，即为穿孔板共厚度的空气层，即为穿孔板共振吸声结构。振吸声结构。穿孔板共振吸声结构的吸声穿孔板共振吸声结构的吸声特性取决于穿孔板的厚度、孔特性取决于穿孔板的厚度、孔径、穿孔率、板后的空气层厚径、穿孔率、板后的空气层厚度等。其共振频率为度等。其共振频率为4647常用穿孔板共振常用穿孔板共振结构参数构参数48其中：其中：d孔径；孔径；B孔中心距孔中心距49穿孔板结构的拓穿孔板结构的拓展展1.该结构的吸声该结构的吸声频率较窄，可频率较窄，可在穿孔板背后在穿孔板背后填充一些多孔填充一些多孔材料可改进吸材料可改进吸声特性。声特性。2.采用多层穿孔采用多层穿孔板吸声组合结板吸声组合结构。构。

23、50例题：例题：1：在在的的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，板板后后的的空空气气层层厚厚度度为为100mm。求共振频率。求共振频率。51525354（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%的的微微穿穿孔孔板板和和板板后后空空腔腔组成成的的结构构称称为微微穿穿孔孔板板共共振振吸声吸声结构。构。单层微穿孔板吸收微穿孔板吸收结构的共振构的共振频率率为：由由于于微微穿穿孔孔板板的的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，声声阻阻要要大大的的多多，而而声声质量量要要小小的的多多。因因此此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声吸声结构。构。5556