第七章机械振动与噪声.ppt

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1、Chapter 7 吸声降噪7.1 吸声材料（结构）7.2 多孔吸声材料7.3 共振吸声结构7.4 特殊吸声结构7.5 吸声降噪2021/9/2317.1 吸声材料（结构）F7.1.1 吸声材料（结构）的分类F7.1.2 吸声性能评价量F7.1.3 吸声系数的测量2021/9/2327.1.1 吸声材料（结构）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材料颗粒材料泡沫材料薄板共振吸声结构薄膜共振吸声结构空间吸声体吸声尖劈穿孔板共振吸声结构微穿孔板共振吸声结构2021/9/233多孔吸声材料应用木丝吸音板教室会议室写字楼剧院2021/9/234多孔吸声材料应用珍珠岩吸音板珍珠岩吸音

2、板隧道高速公路2021/9/235多孔吸声材料应用玻璃纤维天花板布艺吸音板2021/9/2362021/9/2372021/9/2382021/9/2392021/9/2310木质吸音板木质吸音板音乐厅变电室学术报告厅2021/9/23112021/9/23122021/9/23137.1.2 吸声性能评价量吸声性能评价量1.吸声系数吸声系数2.平均吸声系数和降噪系数平均吸声系数和降噪系数3.吸声量吸声量4.声阻抗声阻抗2021/9/23141.吸声系数材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值，与材料性能、声波频率以及入射方向有关。2021/9/23152.平均吸声系数和降噪系数平均吸声系数

3、和降噪系数2021/9/23163.吸声量表示方法：房间总吸声量：4.声阻抗反映材料对声能阻抗性能的物理量（反映材料对声能阻抗性能的物理量（0 0c c）平均吸声系数：2021/9/23177.1.3 吸声系数的测量(表7-2)测量方法测量方法用途用途特点特点国家标准国家标准驻波管法驻波管法测量声波测量声波垂直入射垂直入射吸声系数吸声系数。用于不。用于不同材料吸声性能对同材料吸声性能对比；研究比；研究试件面积小，装置简单，试件面积小，装置简单，测量结果精确测量结果精确GB/T 18696.1-2004传递函数法传递函数法测量声波测量声波垂直入垂直入射吸声系数射吸声系数方便快捷，可同时测量一定方

4、便快捷，可同时测量一定频率范围内所有频率处材料频率范围内所有频率处材料的复反射系数、法向声阻抗的复反射系数、法向声阻抗率和吸声系数率和吸声系数GB/T 18696.2-2002混响室法混响室法测量声波测量声波无规入射吸无规入射吸声系数。声系数。应用于工程应用于工程设计、吸声降噪设计设计、吸声降噪设计计算、材料吸声性能计算、材料吸声性能等级评定等等级评定等设备复杂，混响室体积设备复杂，混响室体积大，试件面积大大，试件面积大GB/T 20247-20062021/9/23182021/9/23197.2 多孔吸声材料F7.2.1 吸声材料构造特性F7.2.2 吸声机理F7.2.3 影响材料吸声的因

5、素2021/9/23207.2.1 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。2021/9/23217.2.2 吸声机理2021/9/23227.2.3 影响材料吸声的因素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2021/9/2323a.材料的空气流阻（Rf）定义：在稳定气流状态下，吸声材料两面的静压强差与气流线速度之比。比流阻：指单位厚度材料的流阻。过高空气穿透力降低过低

6、因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低吸声性能下降2021/9/2324b.材料的孔隙率和密度孔隙率：材料中的空气体积与材料的总体积的比值。孔隙大小和结构超细玻璃棉的最佳密度范围为1525kg/m3吸吸声声系系数数5cm5cm厚超细玻璃棉的密度变化厚超细玻璃棉的密度变化对吸声系数的影响对吸声系数的影响频率频率/Hz/Hz岩棉的最佳密度范围为150200kg/m32021/9/2325c.材料厚度的影响2021/9/2326d.材料后空气层的影响2021/9/2327e.材料护面层的影响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。202

7、1/9/2328f.温度、湿度的影响2021/9/2329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纤有机纤维材料维材料动物纤维：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。无机纤无机纤维材料维材料玻璃纤维：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，但松散纤吸声性能好，保温隔热，耐潮，但松散纤维易污染环境或难以加工成制品。维易污染环境或难以加工成制品。矿渣棉：散棉、矿棉毡矿渣棉

8、：散棉、矿棉毡吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，吸声性能好，不燃、耐腐蚀，易断成碎末，污染环境施工扎手。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、甘蔗板等板、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。颗粒颗粒材料材料砌块砌块矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖矿渣吸声砖、膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸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。泡沫泡沫材

9、料材料泡沫泡沫塑料塑料聚氨酯泡沫塑料、尿醛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测吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实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，使用少常用多孔吸声材料的使用情况常用多孔吸声材料的使用情况2021/9/2330常用吸声材料的吸声系数常用吸声材料的吸声系数材料材料厚度厚度cm各种频率各种频率(Hz)下的吸声系数下的吸声系数装置情况装置情况1252505001000200040001、无机材料、无机材料吸声砖吸声砖石膏板（花纹）石膏板（花纹

10、）水泥蛭石板水泥蛭石板石膏砂浆石膏砂浆水泥珍珠岩板水泥珍珠岩板水泥砂浆水泥砂浆砖（清水墙面）砖（清水墙面）6.54.02.251.70.050.03-0.240.160.210.020.070.050.140.120.460.160.030.100.060.460.090.640.250.030.120.090.780.300.480.400.040.160.040.500.320.560.420.05-0.060.600.830.560.480.05贴实贴实贴实贴实 墙面粉刷墙面粉刷2、木质材料、木质材料软木板软木板木丝板木丝板三夹板三夹板穿孔五夹板穿孔五夹板木丝板木丝板木质纤维斑木质纤维斑

11、2.53.00.30.50.81.10.050.100.210.010.030.060.110.360.730.250.020.150.250.620.210.550.030.280.630.530.190.300.030.300.700.710.080.160.040.330.700.900.120.19-0.31钉钉在在龙龙骨骨上上贴实贴实后留后留10cm空气层空气层后留后留5cm空气层空气层后留后留515cm空气层空气层后留后留5cm空气层空气层后留后留5cm空气层空气层3、泡沫材料、泡沫材料泡沫玻璃泡沫玻璃脲醛泡沫塑料脲醛泡沫塑料泡沫水泥泡沫水泥吸声蜂窝板吸声蜂窝板泡沫塑料泡沫塑料4.

12、45.02.0-1.0 0.110.220.180.270.030.320.290.050.120.060.520.400.220.420.12 0.440.680.480.860.410.520.950.220.480.850.330.940.320.300.67 贴实贴实贴实贴实紧靠基层粉刷紧靠基层粉刷4、纤维材料、纤维材料矿棉板矿棉板玻璃棉玻璃棉酚醛玻璃纤维板酚醛玻璃纤维板工业毛毡工业毛毡3.135.08.03.0 0.100.060.250.10 0.210.080.550.28 0.600.180.800.55 0.950.440.920.60 0.850.720.980.60 0.

13、720.820.950.56 贴实贴实贴实贴实贴实贴实紧靠墙面粉刷紧靠墙面粉刷2021/9/23317.3 共振吸声结构F1.薄板共振吸声结构F2.薄膜共振吸声结构F3.穿孔板共振吸声结构F4.微穿孔板共振吸声结构2021/9/23321.薄板吸声结构o系统共振频率：o薄板厚度：3-6mmo空气层厚度：3-10cmo吸声频带：80-300Hzo吸声系数：0.2-0.5薄板共振吸声结构吸声原理薄板共振吸声结构吸声原理2021/9/23332021/9/23342.薄膜吸声结构o系统共振频率：空气层膜状材料o吸声频带：200-1000Hz，o吸声系数：0.30.42021/9/23353.穿孔板吸

14、声结构单孔时系统共振频率：单孔时系统共振频率：多孔时系统共振频率：多孔时系统共振频率：n吸声频带：低中频噪声吸声频带：低中频噪声n吸声系数：吸声系数：0.4-0.70.4-0.7n薄板厚度：薄板厚度：2-5mm2-5mmn孔径：孔径：2-4mm2-4mmn穿孔率：穿孔率：1%-10%1%-10%n空腔深：空腔深：101025cm25cm吸声带宽：吸声带宽：tdV=max/2几十几十HZ200300HZ 1.空腔深度空腔深度 2.填充多孔吸声材料填充多孔吸声材料 3.不同穿孔率、空腔深度的穿孔不同穿孔率、空腔深度的穿孔 板共振吸声结构进行组合板共振吸声结构进行组合2021/9/2336例题例题1

15、 1o在在3mm厚的金属板上钻直径厚的金属板上钻直径为为5mm的孔，板后空腔深的孔，板后空腔深20cm，欲吸收频率为，欲吸收频率为200Hz的噪声，试求三角排列的孔的噪声，试求三角排列的孔中心距。中心距。由由可得可得 P=2%由由可得可得 B=34mm2021/9/2337例题例题2 2o穿孔板厚穿孔板厚4mm4mm，孔径，孔径8mm8mm，穿孔按正方形排列，孔距穿孔按正方形排列，孔距20mm20mm，穿孔板后留有，穿孔板后留有10cm10cm深的空腔，试求穿孔率和深的空腔，试求穿孔率和共振频率。共振频率。2021/9/2338例题例题3 3o某车间内，设备噪声的频率某车间内，设备噪声的频率特

16、性在特性在500Hz500Hz附近出现一峰值，附近出现一峰值，现使用现使用4mm4mm厚的三夹板制成穿厚的三夹板制成穿孔板共振吸声结构，空腔深孔板共振吸声结构，空腔深度允许有度允许有10cm10cm，试设计结构，试设计结构的其他参数。的其他参数。设计孔径设计孔径d=3mm根据根据可得可得 P=5.4%根据根据可得可得2021/9/23394.微穿孔板吸声结构特点：o吸声频带较宽；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，吸声结构的理论计算与实测值接近。微穿孔板结构：板厚1.0mm;穿孔率1%5%;孔径1.0mm;空气层520cm2021/9/23407

17、.4 特殊吸声结构o7.4.1 空间吸声体o7.4.2 吸声尖劈2021/9/23417.4.1 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。2021/9/23422021/9/23437.4.2 吸声尖劈2021/9/23447.4.2 吸声尖劈2021/9/23457.5 室内声场和吸声降噪F7.5.1 室内声场F7.5.2 吸声降噪F7.5.3 吸声降噪的设计原则和程序2021/9/2346扩散声场：房间内声能密度处处相同，而且在任一受声点上，声波从各个方向传来的概率相等，相位无规，这样的声场叫扩散声场。室内声场直达声场混响声场7.5.1.室内声场202

18、1/9/2347距点声源 r 处的声强为距点声源 r 处的声能密度及声压为：a.a.直达声场直达声场2021/9/2348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：许多次反射之间声波传播距离的平均值。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：b.b.混响声场混响声场单位时间内壁面吸收的声能为：2021/9/2349单位时间声源向室内贡献的混响声为：单位时间内壁面吸收的声能为：稳态时：设：混响声场中的声压为：2021/9/2350相应声压级为：2021/9/2351c.总声场总声场2021/9/2352混响半径直达声与混响声声能相等时的距离称为临界距离（半径）

19、。R=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于临界半径时，吸声处理才有明显的效果。2021/9/2353混响时间计算公式混响时间计算公式适用场合适用场合C.F.Eyring 公式公式用于小空间房间（视听室、演用于小空间房间（视听室、演播室）播室）Sabine公式公式（1）适用于吸声量不大的房）适用于吸声量不大的房间（间（0.2）；）；（2）用于近似计算）用于近似计算Eyring-Millington 公式公式用于大空间厅堂（如音乐厅、用于大空间厅堂（如音乐厅、礼堂、体育馆、影剧院）礼堂、体育馆、影剧院）（0.2）4.

20、室内声衰减和混响时间室内声衰减和混响时间在扩散声场中，声源停止发声后声压级下降60dB所需时间，反映室内声能量衰减的快慢程度2021/9/2354房间类型房间类型T60（s）音乐厅音乐厅1.52.1歌剧院歌剧院1.21.6多功能厅多功能厅1.21.5话剧院、会堂话剧院、会堂0.91.3普通电影院普通电影院1.01.2立体声电影院立体声电影院0.650.9体育馆（多功能）体育馆（多功能）2.0音乐录音室音乐录音室1.21.6房间类型房间类型T60（s）强吸声录音室强吸声录音室0.40.6电视演播室电视演播室 语言语言0.50.7电视演播室电视演播室 音乐音乐0.61.0电影同期录音棚电影同期录音

21、棚0.40.8语言录音室、电话会议室语言录音室、电话会议室0.30.4琴室琴室0.40.6教室、讲演室教室、讲演室0.81.0视听教室视听教室 语言语言0.40.8视听教室视听教室 音乐音乐0.61.0混响时间推荐值（混响时间推荐值（500Hz500Hz与与1000Hz1000Hz平均值）平均值）2021/9/23557.5.2 吸声降噪吸声降噪设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处相应的声压级分别为:2021/9/2356n当受声点离声源较近时，降噪量很小。n当受声点离声源较远时（混响半径以外），降噪量可简化为：如果房间内吸声系数较小，上式可简化为：2021/9/23

22、57由于：2/1或T1/T21234568102040降噪量（dB）03567891013162021/9/2358吸声计算常用公式2021/9/23597.5.3 吸声降噪的设计原则和程序总原则：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后仍不不能达到噪声的标准时，可采能达到噪声的标准时，可采用吸声处理用吸声处理来作为辅助手段。来作为辅助手段。基本原则：基本原则：1.房间的平均吸声系数很小时，吸声降噪才有较好效果；房间的平均吸声系数很小时，吸声降噪才有较好效果；2.根据噪声的

23、频率特性选择吸声材料或结构，多孔吸声材料对中高频噪声具有较好的降噪效根据噪声的频率特性选择吸声材料或结构，多孔吸声材料对中高频噪声具有较好的降噪效果，共振吸声结构对于中低频具有较好的降噪效果；果，共振吸声结构对于中低频具有较好的降噪效果；3.车间面积较大时宜采用空间吸声体，平顶吸声处理；车间面积较大时宜采用空间吸声体，平顶吸声处理；4.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；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；5.噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理；6.选择吸声材料时，要充分考虑防潮、防火、防

24、尘、耐腐蚀等方面的要求，安装时应考虑采选择吸声材料时，要充分考虑防潮、防火、防尘、耐腐蚀等方面的要求，安装时应考虑采光、通风、照明及装饰等方面的功能要求。光、通风、照明及装饰等方面的功能要求。2021/9/2360吸声降噪设计程序吸声降噪设计程序实测或预测房间内的噪声级和频谱特性实测或预测房间内的噪声级和频谱特性确定房间的吸声降噪量确定房间的吸声降噪量确定各频带所需的吸声降噪量确定各频带所需的吸声降噪量测量或估算房间内原房间常数或平均吸声系数，测量或估算房间内原房间常数或平均吸声系数，求出处理后应有的房间常数或平均吸声系数求出处理后应有的房间常数或平均吸声系数选定吸声材料或吸声结构选定吸声材料

25、或吸声结构确定吸声降噪处理的面积和安装方式确定吸声降噪处理的面积和安装方式2021/9/2361计算实例计算实例某房间尺寸为某房间尺寸为14m10m3m14m10m3m，内装有一鼓风机，位于，内装有一鼓风机，位于10m3m10m3m墙壁的中心部墙壁的中心部位，测得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。要求距位，测得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。要求距该鼓风机该鼓风机7m7m处符合处符合NR-50NR-50曲线，试对房间的内壁进行吸声处理。曲线，试对房间的内壁进行吸声处理。倍频程中心频率/Hz说明125250500100020004000距空调距空调7m处倍频

26、带声压级处倍频带声压级/dB606263595754处理前房间混响时间处理前房间混响时间/s2.62.42.01.81.61.2处理前房间平均吸声系数处理前房间平均吸声系数0.060.070.080.090.10.132021/9/23622021/9/2363次次 序序项项 目目倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz1251252502505005001000100020002000400040001 1距噪声源距噪声源7m7m处倍频程声压级处倍频程声压级/dB/dB6060626263635959575754542 2噪声允许值噪声允许值/dB NR-50/dB NR-506767585

27、854545050474745453 3需要减噪量需要减噪量L LP P0 04 49 99 910109 94 4处理前房间混响时间处理前房间混响时间/s/s2.62.62.42.42.02.01.81.81.61.61.21.25 5处理前平均吸声系数处理前平均吸声系数1 10.060.060.070.070.080.080.090.090.10.10.130.136 6所需平均吸声系数所需平均吸声系数2 20.060.060.160.160.410.410.470.470.530.530.540.54设计计算步骤为：2021/9/2364墙壁：水泥膨胀珍珠岩板倍频程中心频率倍频程中心频率

28、/Hz/Hz125125250250500500100010002000200040004000吸声系数吸声系数0.160.160.460.460.640.640.480.480.560.560.560.567.选择吸声材料，设计吸声结构屋顶：微孔聚氨酯泡沫塑料倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz125125250250500500100010002000200040004000吸声系数吸声系数0.100.100.140.140.260.260.500.500.820.820.770.77地面：木板，腔后2.5cm空气倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz1251252502505005

29、00100010002000200040004000吸声系数吸声系数0.300.300.300.300.160.160.100.100.100.100.100.102021/9/23658.验 证倍频程中心频率倍频程中心频率/Hz/Hz125125250250500500100010002000200040004000总吸声量总吸声量79.0479.04127.84127.84150.96150.96153.12153.12209.44209.44202.44202.44吸声系数吸声系数0.1860.1860.3020.3020.3560.3560.3610.3610.4940.4940.4770.477所需吸声系数所需吸声系数0.060.060.160.160.410.410.470.470.530.530.540.54不合适需进行材料或结构的调整，或结合其他降噪措施2021/9/2366