1、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 35dBA5dBA，使噪声严重的车间降噪，使噪声严重的车间降噪6 61010 dBA dBA。一一室内吸声降噪三三 吸声结构二二噪声控制技术吸声一一(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
2、()之比，即 (一一)吸声系数吸声系数 aiEEaEiE【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。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材料的性质声波入射角声波入射角度度【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、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz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
3、计中常用的吸声系数有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，将 换算为无规入射吸声系数 。T000T的换算关系的换算关系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 10T表表 与与 的换算关系的换算关系0T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在混响室中，
4、使不同频率的声波以相等几率从在混响室中，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，测得的吸声系数。各个角度入射到材料表面，测得的吸声系数。n测试较复杂，对仪器设备要求高，且数值往往测试较复杂，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。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。n驻波管法简便、精确，驻波管法简便、精确，但与一般实际声场不但与一般实际声场不符。符。n用于测试材料的声学用于测试材料的声学性质和鉴定。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)驻波管法吸声系数测试仪
5、驻波管法吸声系数测试仪一一(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 定义：吸声系数与吸声面积的乘积式中 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）ASAS【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 式中 第i种材料组成的壁面的吸声量，m2；第i种材料组成的壁面的面积，m2；第i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）11nniiiiiAASiAiiS一一(一一)吸声系数吸声系数
6、 (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多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。多孔吸声材料是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、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；甘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，也可以加工成棉吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或粘结成毡状或板状。絮状或粘结成毡状或板状。(二二)多孔吸声材料多孔吸声材料 KTV软包阻燃吸声材料软包阻燃吸声材料多孔槽型木质吸声材料多孔槽型木质
7、吸声材料木丝板吸声材料木丝板吸声材料木质穿孔吸声板木质穿孔吸声板丝质吸声材料丝质吸声材料混凝土复合吸声型声屏障混凝土复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障吸声门吸声门吸声体吸声体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，部分声波反射，部分声波透入材料内部微孔分声波反射，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，空气内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的与筋络之间的摩擦阻力摩擦阻力使声能不断转化为使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热能而消耗；空气与筋络之间的热交换热交换也也消耗部分声能，从而达
8、到吸声的目的。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，摩擦损小，因而声能损失少，相对运动少，摩擦损小，因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以较多。所以多孔吸收材料常用于高中频噪多孔吸收材料常用于高中频噪声的吸收。声的吸收。吸声性能的影响因素 厚度孔隙率与密度空腔空腔 使用环境使用环境护面层护面层 厚度对吸声性能的影响 图图2-15
9、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
10、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70%；n孔隙率增大，密度减小，反之密度增大；n孔隙尺寸越大，孔隙越通畅，流阻越小。孔隙率与密度uPRf过高空气穿透力降低过低因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低吸声性能下降【讨论讨论】密度太大或
11、密度太大或太小都会影响材料的太小都会影响材料的吸声性能。若厚度不吸声性能。若厚度不变，增大多孔吸声材变，增大多孔吸声材料密度，可提高低中料密度，可提高低中频的吸声系数，但比频的吸声系数，但比增大厚度所引起的变增大厚度所引起的变化小，且高频吸收会化小，且高频吸收会有所下降。有所下降。n一种多孔吸声材料对应存在一个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最佳吸声性能的密度范围。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
12、腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。空腔对吸声性能的影响 图图 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 n多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加，多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加，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当腔深当腔深D D近似等于入射声波的近似等于入射声波的1/41/4波长或其奇数倍波长或其奇数倍时，吸声系数时，吸声系数最大最大。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天花板上的腔深可
13、视实际需要及空间大小选取较天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较大的距离。大的距离。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。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 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、波长及空气粘滞性变化，及空气粘滞性变化，影响
14、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
15、，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。外墙保温吸声层外墙保温吸声层 保温吸声层保温吸声层 阻燃吸声板阻燃吸声板 羊毛阻燃吸声板羊毛阻燃吸声板 注意特殊的使用条件，如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。注意特殊的使用条件，如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。噪声控制技术吸声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：
16、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 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/
17、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。MD0600fMDMDMmt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刚性壁面刚性壁面在薄板结构边缘（板在薄板结构边缘（板-龙骨龙骨交
18、接处）填置能增加结构阻交接处）填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：赫姆霍兹共振吸声原理。吸声结构机理：赫姆
19、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。穿孔吸声板穿孔吸声板 (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”共振吸声器或单孔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封闭空腔壁上开一个封闭空腔壁上开一个小孔与外部空气相通
20、；小孔与外部空气相通；l腔体中空气具有弹性，腔体中空气具有弹性，相当于弹簧；相当于弹簧；l孔颈中空气柱具有一孔颈中空气柱具有一定质量，相当于质量块。定质量，相当于质量块。图图 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
21、；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02KcSfVl【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，是其它穿孔板共振吸声结构的基础。是其它穿孔板共振吸声结构的基础。0.84Klldld 1.2Klld ldcSVKl改变孔颈尺寸或空腔体改变孔颈尺寸或空腔体积，可得不同共振频率积，可得不同共振频率的共振器，而与小孔和的共振器，而与小孔和空腔的形状无关。空腔的形状无关。n简称穿孔板共振吸声结构。n结构
22、：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将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，板穿孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板后留有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔后留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。（孔）共振器并联而成。图图 多孔穿孔板共振吸声结构多孔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
23、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，=/=/。cSKl022KKcScPfFhlhlhFPPSFn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。24dPB22 3dPBdPBBd【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
24、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
25、的吸声带宽较窄，通常仅几十穿孔板吸声结构的吸声带宽较窄，通常仅几十HzHz到到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 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】多孔穿孔板共振吸声结构的吸声带宽和腔深有很大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，故需合理选择腔深。关系，而腔深又影响共振频率的大小，故需合理选择腔深。0f0f004ffh 0f0h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
26、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
27、，以增 加大孔颈摩擦。加大孔颈摩擦。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：赫姆霍兹共振吸声原理。吸声结构机理：赫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
28、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，故称作微穿孔板吸声结故称作微穿孔板吸声结构。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的。声学专家马大猷教授研制的。n优点优
29、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设计理论成熟。设计理论成熟。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。特 点吸声结构吸声结构：薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结：薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结 构单腔共振吸声结构、多孔
30、穿孔板共振构单腔共振吸声结构、多孔穿孔板共振 吸声结构）、微穿孔板吸声结构吸声结构）、微穿孔板吸声结构吸声材料吸声材料：吸声系数、吸声量、多孔吸声材料：吸声系数、吸声量、多孔吸声材料 （吸声原理、吸声特性及影响因素）（吸声原理、吸声特性及影响因素）噪声控制技术吸声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)吸声降噪量计算吸声降噪量计算 室内吸声处理室内吸声处理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
31、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作无规分布的声场。点上各个传播方向作无规分布的声场。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 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 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，
32、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 平均吸声系数平均吸声系数 设室内各反射面面积分设室内各反射面面积分别为别为 S S1 1、S S2 2、S Sn n，吸吸声系数为声系数为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 11niiiniiSS4VdSdVSVcSn4图图 室内声场的衰减室内声场的衰减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 室内声场经室内声场经1 12s2s即接近稳态（左侧曲线）即
33、接近稳态（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（右侧曲线）。消失，混响声逐渐减弱，直到完全消失（右侧曲线）。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秒后，秒后，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 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
34、的分贝数。衰减的分贝数。4(1)cStxtVtDDetD434.3SDVn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。600.161VTS60Tn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“最佳最佳 ”，使室内音质达到良好。，使室内音质达到良好。ASA60T60TV【讨论讨论】室内
35、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 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/4rI=W/4r2 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米处的直达声声能密度为米处的直达声声能密度为 24dWQwr cwI cQ(
36、二二)室内声压级室内声压级 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 撞次撞次n n，吸收的则为，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
37、 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r4rWwcR 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。rR(1)Wrwrw V4rcSw VV(1)4rcSw VWV4(1)rWwcS1rSR(二二)室内声压级室内声压级 p室内某点的声压级为室内某点的声压级为 2410lg()4PWrQLLrRp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
38、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 p室内某点的声压级为室内某点的声压级为 2410lg()4PWrQLLrRp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
39、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 。【讨论讨论】rRrQ442PLPLrRrQ442cr(二二)室内声压级室内声压级 p临界半径为临界半径为 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房间内吸声状况愈好，声源指向
40、性愈强，临界半径则愈大，房间内吸声状况愈好，声源指向性愈强，临界半径则愈大，在声源周围较大范围内可近似地视为自由声场；反之房间内在声源周围较大范围内可近似地视为自由声场；反之房间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】10.144rcrQRrQR【例例】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。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
41、Q=2Q=2。将式中各参量绘制成图，可以简便地确定出将式中各参量绘制成图，可以简便地确定出室内距声源室内距声源 r r处的某点稳态声压级处的某点稳态声压级 L Lp p。图图 室内声压级计算图室内声压级计算图AB-11【例例】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。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Q Q2 2与与r
42、r10m10m两线的交点两线的交点A A做垂线做垂线(虚虚线线)，与，与 50m50m2 2的曲线交于的曲线交于B B点，由点，由B B向左方做水向左方做水平线与纵轴相交，从而确定相对声压级平线与纵轴相交，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 (dB)(dB)rRPWLL2410lg()4rQrR2410lg()90 11794WrQLrR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 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
43、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221110lg10lgPALA1210lgpTLT(三三)吸声降噪量计算吸声降噪量计算 2A1A121T2T混响时间可测，计算吸声降混响时间可测，计算吸声降噪量，免除了计算吸声系数噪量，免除了计算吸声系数的麻烦和不准确的麻烦和不准确(2-142)越大，噪声级降低越多；越大，噪声级降低越多；但大到一定程度，不再但大到一定程度，不再 变化，因此应取适当值变化，因此应取适当值21【例例】尺寸为尺寸为14m14m10m10m3m3m，体积为，体积为420420m m3 3，
44、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10m10m3m3m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。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；记录噪声的倍频程声压级测量值；记录噪声的倍频程声压级测量值；记录记录NR-50NR-50的各个倍频程声压级；的各个倍频程声压级；计算需要降噪量；计算需要降噪量；处理前混响时间的测量值，并计算出处理前平均处理前混响时间的测量值，并计算出处理前平均吸
45、声系数；吸声系数；计算出处理后平均吸声系数；计算出处理后平均吸声系数；参考各种材料的吸声系数，然后选材确定控制室参考各种材料的吸声系数，然后选材确定控制室各部分的装修。各部分的装修。600.161VTS2110lgPL【例例】尺寸为尺寸为14m14m10m10m3m3m，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10m10m3m3m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
46、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 NR-50/dB NR-50676758585454505047474545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 0.060.060.0
47、70.070.080.080.090.090.10.10.130.13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 计算计算解：设计计算步骤见表解：设计计算步骤见表【例【例】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
48、点测定的噪声频率特性如图中曲线测定的噪声频率特性如图中曲线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 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，操作人员相互受其它冲床的操作人员相互受其它冲床的干扰，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）由图可知，）由图可知，200Hz 200Hz 以上
49、的频带噪声超过允许标以上的频带噪声超过允许标准准NR85NR85曲线，其中以曲线，其中以250250、500500、1000Hz 1000Hz 最为严重，最为严重，因此，这些频带的噪声为吸声处理的重点，并取吸声因此，这些频带的噪声为吸声处理的重点，并取吸声峰值在峰值在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于）经测量，穿孔板共振吸声结构的吸声峰值位于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，吸声材料布置方式）采用穿孔板共振吸声结构，吸声材料布置方式和结构如图所示和结构如图所示 图图 吸声
50、材料的布置和结构吸声材料的布置和结构 n（4 4）现场测定吸声处理前、后车间总吸声量）现场测定吸声处理前、后车间总吸声量 、，计算，得各频率噪声降低量如表。总噪声降低，计算，得各频率噪声降低量如表。总噪声降低量为量为5dB5dB，降噪效果明显。，降噪效果明显。【分析【分析】：对高声级车间吸声减噪只是控制噪声的手段之一，对对高声级车间吸声减噪只是控制噪声的手段之一，对操作人员近旁的噪声还应采用其他措施，如改革冲击结构、应用操作人员近旁的噪声还应采用其他措施，如改革冲击结构、应用围蔽结构或个人防护等，才能达到噪声标准规定允许的要求围蔽结构或个人防护等，才能达到噪声标准规定允许的要求1A2A频率频率
