物理污染控制幻灯片.ppt

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1、物理污染控制第1页，共56页，编辑于2022年，星期一吸声材料（结构）在噪声控制工程中主要应用（P66P66）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的建筑声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：1.1.缩短和调整室内混响时间，消除回声，以改善室内的听闻条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件；2.2.降低室内噪声声降低室内噪声声级；3.3.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；44.在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料

2、，以在轻质隔声结构内和隔声罩内表面作为辅助材料，以提高构提高构件的隔声量。件的隔声量。2第2页，共56页，编辑于2022年，星期一第3页，共56页，编辑于2022年，星期一第4页，共56页，编辑于2022年，星期一5第5页，共56页，编辑于2022年，星期一6第6页，共56页，编辑于2022年，星期一7第7页，共56页，编辑于2022年，星期一8第8页，共56页，编辑于2022年，星期一9第9页，共56页，编辑于2022年，星期一一、一、吸声性能吸声性能评价量（价量（P P6666）1.1.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

3、征材料（结构）吸构）吸收的声能（包括透射的声能）和入射到材料（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。其定定义为：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第10页，共56页，编辑于2022年，星期一吸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，声波的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

4、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、斜入射和无垂直入射、斜入射和无规入射三种情况。入射三种情况。常用的是垂直入射吸声系数和无常用的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，共56页，编辑于2022年，星期一 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，在驻波管内波管内辐射平面波，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射遇到端面反射时会会产生一反射的平面波，形成生一反射的平面波，形成驻波，存在固定的波腹和波波，存在固定的波腹和波节。测出声出声压极大极大值和极小和极小值，就可以按下式，就可以按下式进行行计算。算。12第

5、12页，共56页，编辑于2022年，星期一（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第13页，共56页，编辑于2022年，星期一注意：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，测试的最高的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

6、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，共56页，编辑于2022年，星期一(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射到材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：噪声噪声控制工程和室内声学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。主要原理是主要原理是根据混响室内放根据混响室内放进吸声材料（或吸声吸声材料

7、（或吸声结构）前后混响构）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 3第15页，共56页，编辑于2022年，星期一（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，能够较为准确的准确的反映反映试件在房件在房间内的吸声性能。但内的吸声性能。但该法需要法需要较大的大的试件，件，精密的精密的测量装置，一定容量装置，一定容积的混响室。且的混响室。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

8、对于常用的多孔吸声材料，它们的近似换算可查表。对于常用的多孔吸声材料，它们的近似换算可查表。16第16页，共56页，编辑于2022年，星期一（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。当当吸吸声声系系数数平平均均值大大于于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

9、噪 声声 控控 制制 设 计 中中，常常 用用 250Hz、500Hz、1000Hz、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。这个数个数值称称为吸声材料（吸声材料（结构）的构）的降噪系数（降噪系数（NRC）。）。17第17页，共56页，编辑于2022年，星期一（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，常采用平均系数系数来常采用平均系数系数来评价整个房价整个房间的

10、系数特性。的系数特性。吸声量：以吸声系数乘以相吸声量：以吸声系数乘以相应的面的面积，即，即为该材料的吸声量材料的吸声量第18页，共56页，编辑于2022年，星期一空间吸声体（空间吸声体（P75P75）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善室室内内的的音音质条条件。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小、使用性大小、使用性质、声源特性及装、声源特性及装饰要求等因素而定。要求等因素而定。19第19

11、页，共56页，编辑于2022年，星期一 空间吸收体通常由框架、护面层、吸声材料组成。以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。板状吸声体结构最简单，使用最广泛。20第20页，共56页，编辑于2022年，星期一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。11）.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。22）.护面面层：P20P20的穿孔板、的穿孔板、钢板网、塑料窗板网、塑料窗纱等。等。33）.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

12、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 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30-4030-40时吸吸声声效效率率最最高高。在在实际工程中，一般取工程中，一般取40-6040-60。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的功能要求。等多方面的功能要求。21第21页，共56页，编辑于2022年，星期一22第22页，共56页，编辑于2022年，星期一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：悬挂面积为厂房平顶面积的悬挂面积为厂房平顶面积的25%

13、25%左右，实际为左右，实际为3040%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，可可灵灵活运用；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1/71/51/71/5处；处；根根据据1/41/4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吸收收效效果；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，共56页，编辑于2022年，星期一二、吸声材料的分类及性质二、吸声材料的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，从而引，有一部分能量被材料吸收，从而引起声能量的降

14、低，起声能量的降低，这种种现象称象称为材料吸声。大多数材料（材料吸声。大多数材料（结构）都构）都多少有一定的吸声作用，但是通常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）（构）（0.20.2），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）构）虽然形式众多，但如果按其吸声机理来分然形式众多，但如果按其吸声机理来分类，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第24页，共56页，编辑于2022年，星期一1.多孔吸声材料（1）机理 进入多孔吸声材料的声波使材料的筋络和气泡等微观结构振动和相互作用，

15、通过介质的粘滞性和热传导作用，使声能转化为热能。25第25页，共56页，编辑于2022年，星期一（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第26页，共56页，编辑于2022年，星期一玻璃棉泡沫玻璃泡沫混凝土木丝板27第27页，共56页，编辑于2022年，星期一28第28页，共56页，编辑于2022年，星期一（3 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（

16、6767）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)(a)材料的孔隙材料的孔隙对着表面开口；着表面开口；（b b）孔孔相）孔孔相连；（c c）孔隙深入材料内部。）孔隙深入材料内部。29第29页，共56页，编辑于2022年，星期一（4 4）.定量判定定量判定 0.20.2（5 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（P P6868）材料厚度材料厚度d 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，共56页，编辑于2022年，星期一31第31页，共56页，编辑于2

17、022年，星期一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，中、高率的增加而增加，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。增加材料的厚度可以有效改善区域。增加材料的厚度可以有效改善中、低中、低频区域的吸收特性。区域的吸收特性。第32页，共56页，编辑于2022年，星期一在中低在中低频范范围，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；而在高频区域其区域其结果相反。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。单就厚度和容重两个因素比就厚度和容重两个因素比较，厚度，厚度对材料吸声性能的影响要

18、大于容重的影响。材料吸声性能的影响要大于容重的影响。第33页，共56页，编辑于2022年，星期一 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、低频区域的吸收特性，区域的吸收特性，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，吸声系数不似于增加材料厚度。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1/4波波长的奇数倍的奇数倍时，相，相应的的频率可率可获得最大的吸声系数。当材料背后空腔的深度等于得最大的吸声系数。当材料背后空腔的深度等于1/2波波长的奇的奇数倍数倍时，相，相应的的频率吸声系数最小。率

19、吸声系数最小。第34页，共56页，编辑于2022年，星期一35第35页，共56页，编辑于2022年，星期一多孔吸声材料的吸声特点多孔吸声材料的吸声特点1.1.宽频带吸声；吸声；2.2.中、高中、高频吸声效果吸声效果较好。好。36第36页，共56页，编辑于2022年，星期一2.2.共振吸声共振吸声结构（构（P71P71）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率范范围较窄，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好的低低频吸声效果吸声效果，吸声的吸声的频率容易控制率容易控制，从而可以弥，从而可以弥补多孔吸多孔吸收材料

20、在低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 1）板共振吸声）板共振吸声结构；构；（2 2）膜共振吸声）膜共振吸声结构；构；（3 3）穿孔板吸声）穿孔板吸声结构；构；（4 4）微穿孔板吸声）微穿孔板吸声结构。构。37第37页，共56页，编辑于2022年，星期一板共振结构板共振结构膜共振结构膜共振结构第38页，共56页，编辑于2022年，星期一（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

21、簧簧组成的振成的振动系系统。当入射声波的。当入射声波的频率率和系和系统固有固有频率接近率接近时，板就，板就产生共振，由此引生共振，由此引起的内部摩擦将声能起的内部摩擦将声能转换为热能耗散掉。其主要能耗散掉。其主要吸声范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，共56页，编辑于2022年，星期一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、结构尺寸及安装方法构尺寸及安装方法等因素有关等因素有关。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

22、气中的声速K结构的刚度因素。40第40页，共56页，编辑于2022年，星期一结论：1.增加板的面密度和空气层厚度，可以使结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第41页，共56页，编辑于2022年，星期一（2 2）薄膜共振吸声结构（）薄膜共振吸声结构（P71P71）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，是指刚性

23、很小、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、受力拉张后具有没有透气性、受力拉张后具有弹性弹性的材料。如塑料膜、的材料。如塑料膜、帆布等。帆布等。影响因素：系统的共振频率和膜的密度、空气层影响因素：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。当膜处于松弛的状态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：下时，其共振频率为：42第42页，共56页，编辑于2022年，星期一特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围的吸声，特点：膜共振吸声结构主要用于中频范围的吸声，共振频率一般在共振频率一般在200-1000Hz200-1000Hz范围内。吸声系数一

24、般范围内。吸声系数一般为为0.3-0.40.3-0.4。非常薄的膜共振结构的吸声频率可处于。非常薄的膜共振结构的吸声频率可处于高频范围。高频范围。在实用中，为改善吸声性能，可在其背在实用中，为改善吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材料。后空气层内充填多孔材料。43第43页，共56页，编辑于2022年，星期一（3 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器构由一个刚性容器和一个连通外界的和一个连通外界的颈口组成。颈口组成。44第44页，共56页，编辑于2022年，星期一特点：该结构吸声频率较窄，具有较强的频率特点：该结构吸声频率较窄，具有较强的频率选择性

25、。多用于低频噪声的吸收。一般情况下，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，通过调节各腔的结构尺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。寸来适应不同频率的吸收。45第45页，共56页，编辑于2022年，星期一（4 4）穿孔板共振吸声结构）穿孔板共振吸声结构(P72)(P72)在板材上，以一定的孔径和穿孔在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空气率打上孔，背后留有一定厚度的空气层，即为穿孔板共振吸声结构。层，即为穿孔板共振吸声结构。穿孔板共振吸声结构的吸声特穿孔板共振吸声结构的吸声特性取决于穿孔板的厚度、孔径、性取决于穿孔板的厚

26、度、孔径、穿孔率、板后的空气层厚度等。穿孔率、板后的空气层厚度等。其共振频率为其共振频率为第46页，共56页，编辑于2022年，星期一第47页，共56页，编辑于2022年，星期一穿孔率穿孔率P/%P/%板厚板厚t/mmt/mm孔半径孔半径r/mmr/mm板后空气板后空气层厚度厚度D/mmD/mm1-102-52-4100-250常用穿孔板共振常用穿孔板共振结构参数构参数48第48页，共56页，编辑于2022年，星期一其中：其中：d孔径；孔径；B孔中心距孔中心距第49页，共56页，编辑于2022年，星期一穿孔板结构的拓展穿孔板结构的拓展1.1.该结构的吸声频该结构的吸声频率较窄，可在穿率较窄，可

27、在穿孔板背后填充一孔板背后填充一些多孔材料可改些多孔材料可改进吸声特性。进吸声特性。2.2.采用多层穿孔板吸采用多层穿孔板吸声组合结构。声组合结构。第50页，共56页，编辑于2022年，星期一例题：例题：1 1：在在1.5mm1.5mm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8mm8mm和和24mm24mm，板板后后的的空空气气层层厚厚度度为为100mm100mm。求求共共振振频率。频率。51第51页，共56页，编辑于2022年，星期一第52页，共56页，编辑于2022年，星期一53第53页，共56页，编辑于2022年，星期一第54页，共56页，编辑于2

28、022年，星期一（5 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和板后空腔板和板后空腔组成的成的结构称构称为微穿孔板共振吸声微穿孔板共振吸声结构。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吸声声结构。构。55第55页，共56页，编辑于2022年，星期一56第56页，共56页，编辑于2022年，星期一