1、 吸声吸声是噪声污染控制的一种重要手段；是噪声污染控制的一种重要手段；在噪声污染控制工程设计中，常利用在噪声污染控制工程设计中，常利用吸吸声材料声材料吸收声能量来降低吸收声能量来降低室内噪声室内噪声。l通过空气传来的通过空气传来的直达声直达声l室内各墙壁面反射回来的室内各墙壁面反射回来的混响声混响声v混响使室内混响使室内噪声级增加噪声级增加，如一列火车进，如一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出外可高出5-10dB;v混响对混响对听觉听觉的干扰；的干扰；多孔性吸声材料（针对高频噪声控制）多孔性吸声材料（针对高频噪声控制）材料特征材料特征：内部有许
2、多小孔，并与材料表面相通，内部有许多小孔，并与材料表面相通，具有通气性。具有通气性。吸声机理吸声机理：声波投射到多孔材料表面时，部分声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生投入的声波与纤维或颗粒表面产生内摩内摩擦擦（摩擦力来自空气的（摩擦力来自空气的压缩、膨胀压缩、膨胀），），部分声能转变成热能，从而使声音的能部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。量减小。l无机纤维（如玻璃棉、岩棉等）无机纤维（如玻璃棉、岩棉等）l有机纤维（如植物纤维、木质纤维等）有机纤维（如植物纤维、木质纤维等）l泡沫材料（如泡沫塑料、泡沫混凝土等）泡沫材料（如泡沫塑料、泡沫混凝土等）l吸声建筑材料（
3、如微孔吸声砖）吸声建筑材料（如微孔吸声砖）共振吸声结构（针对共振吸声结构（针对低频噪声低频噪声控制）控制）材料特征材料特征：薄膜或薄板表面穿孔：薄膜或薄板表面穿孔 吸声机理吸声机理：应用共振原理：应用共振原理 1）声音与）声音与薄板（薄膜）薄板（薄膜）固有频率产生共振固有频率产生共振 2）声音与板后空腔）声音与板后空腔气室空气气室空气产生共振产生共振l微穿孔板微穿孔板吸声结构（小于吸声结构（小于1mm微孔）微孔）l穿孔板穿孔板共振吸声结构（共振腔结构）共振吸声结构（共振腔结构）l薄板或薄膜薄板或薄膜吸声结构（材料本身产生共吸声结构（材料本身产生共振）振）IIrEiErEiEiEa11）吸声系数
4、：）吸声系数：a代替代替I当当a0时，无吸声时，无吸声当当a1时，完全吸收，无声能反射时，完全吸收，无声能反射a是频率的函数是频率的函数，为研究问题方便，为研究问题方便，常用中心频率为常用中心频率为125，250，500，1000，2000，4000Hz的吸声系数的的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数平均值，称为平均吸声系数iiiSAA：材料的总吸声量：材料的总吸声量Si：材料：材料i的吸声表面积的吸声表面积(m2)可推知，吸声量可推知，吸声量A的单位是的单位是m22）驻波管法）驻波管法基于振幅合成基于振幅合成,产生产生驻波驻波时时:riPPPmaxriPPPmin驻波比驻波比 n11nnrp
5、pprrPPn11minmax波腹：波腹：波节：波节：1)混响室法（第四节中详细讲）混响室法（第四节中详细讲）声强系数与声压系数之间为平方关系，即：声强系数与声压系数之间为平方关系，即：22pirIrPPr由于由于a代替代替I得到：得到：IIr122141nnrp比较两种吸声测量方法比较两种吸声测量方法可知：可知：基于声音传播方向的基于声音传播方向的无规则性无规则性，混，混响室法测得的吸声系数更接近材料的实响室法测得的吸声系数更接近材料的实际应用环境；但测定吸声系数较困难，际应用环境；但测定吸声系数较困难，两种方法测定的吸声系数可以进行换算两种方法测定的吸声系数可以进行换算（书中书中121页，
6、表页，表7-1）。）。一、吸声机理一、吸声机理由于2222222Z111ccZccccrsmsmp 当当Zsm（材料声阻抗率）与（材料声阻抗率）与c相等时，相等时，a1，说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可说明材料将声音完全吸收，但在实际应用中不可能。能。理想吸声材料理想吸声材料要求其声阻抗率要求其声阻抗率接近于接近于空气的空气的特性阻抗率。特性阻抗率。压缩、膨胀、摩擦、产热压缩、膨胀、摩擦、产热降低声音能量降低声音能量材料的厚度材料的厚度材料的密度材料的密度材料层于刚性面间的空气层材料层于刚性面间的空气层护面层（多应用于多孔疏松材料）护面层（多应用于多孔疏松材料）空间吸声体（室内悬挂吸
7、声体）空间吸声体（室内悬挂吸声体）l多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高多孔材料对高频率声音吸声效果明显，即在高频区吸声系数较大；频区吸声系数较大；l多孔材料对低频率声音吸声效果差，即在低频多孔材料对低频率声音吸声效果差，即在低频区吸声系数较小；区吸声系数较小；l随着材料厚度的增加，吸声随着材料厚度的增加，吸声最佳频率最佳频率向低频方向低频方向移动；向移动；l厚度每增加厚度每增加1 1倍，最大吸收频率向低频方向移倍，最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程；动一个倍频程；l材料厚度（最佳吸收频率下的波长）材料厚度（最佳吸收频率下的波长）l当声音频率大于当声音频率大于500Hz500Hz时，吸声
8、系数与厚度无时，吸声系数与厚度无关关。最佳41dl随着材料密度的增大，最大吸收系数随着材料密度的增大，最大吸收系数amax向低频方向移动向低频方向移动.即：材料层与刚性面间的空气层；即：材料层与刚性面间的空气层；当空气层厚度当空气层厚度d=1/4d=1/4时，吸声系数时，吸声系数a a最大；最大；对于低频率声音来说，对于低频率声音来说，较大，空气层厚较大，空气层厚度也要加大，在工程上度也要加大，在工程上增加空气层厚度增加空气层厚度不不太合适太合适(对于房顶可适当对于房顶可适当增加空气层的厚增加空气层的厚度度)，一般，一般5-10cm。v多孔材料疏松，无法固定，不美观，需多孔材料疏松，无法固定，
9、不美观，需表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物表面覆盖护面层，如护面穿孔板，织物或网纱等；或网纱等；v穿孔穿孔率（率（P P），即，即穿孔总面积与未穿孔总穿孔总面积与未穿孔总面积面积的比值，穿孔率越大，对中高频率的比值，穿孔率越大，对中高频率声音吸收效果越好，穿孔率越小，对低声音吸收效果越好，穿孔率越小，对低频吸收效果越好。频吸收效果越好。1）当圆孔为正方形排列时）当圆孔为正方形排列时2）当孔为等边三角形排列时）当孔为等边三角形排列时dB24BdPdB232BdP3）当孔为平行狭缝时）当孔为平行狭缝时dBBdP 穿孔率计算：穿孔率计算：q即：将吸声体悬挂在室内对声音进行即：将吸声体悬挂在室内对声
10、音进行多多方位方位吸收；吸收；q吸声体投影面积与悬挂平面投影面积吸声体投影面积与悬挂平面投影面积的的比值约等于比值约等于40时，对声音的吸声效率时，对声音的吸声效率最高；最高；q该法该法节省吸声材料节省吸声材料，对工厂、企业的吸，对工厂、企业的吸声降噪比较适用。声降噪比较适用。一、共振吸声结构分类一、共振吸声结构分类薄板或薄膜共振吸声结构薄板或薄膜共振吸声结构单空腔共振吸声体单空腔共振吸声体穿孔薄板共振吸声体穿孔薄板共振吸声体基于空气的体积弹性量为基于空气的体积弹性量为c2 假设空腔厚为假设空腔厚为L L，则弹性系数，则弹性系数根据弹簧振子共振频率根据弹簧振子共振频率代入得到：代入得到：LcK
11、2MKf210MLMLcf6002120其中：其中：M：薄板面密度：薄板面密度,Kg/m2L:空腔厚度，空腔厚度，cmf:Hz:空气密度空气密度墙体衬垫龙骨薄板薄板共振吸声结构的应用范围：薄板共振吸声结构的应用范围：薄膜吸声结构的共振频率通常在薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000Hz范围，最大吸声系数约为范围，最大吸声系数约为0.3-0.4，一般作为一般作为中频中频范围的吸声材料。范围的吸声材料。当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和当薄板固定在刚性面骨架上时，薄板和板后的封闭空气层，也构成振动系统，板后的封闭空气层，也构成振动系统，其共振频率按其共振频率按书中书中P.1287-8公式公式
12、计算，计算，其中其中K与板的弹性、骨架构造、安装情与板的弹性、骨架构造、安装情况有关。况有关。Vtd共振吸收频率：共振吸收频率：tVScf20其中：其中：S：孔面积，：孔面积，m2 V：空腔体积，：空腔体积，m3 t：孔深度，：孔深度，m ：孔口修正量，：孔口修正量，m t+为有效颈长，对于直径为为有效颈长，对于直径为d的圆孔，的圆孔，d/4假设：假设：S：每各孔面积：每各孔面积,m2 A：共振单元薄板面积：共振单元薄板面积,m2 D：空气层厚度，：空气层厚度，m则穿孔率则穿孔率PS/A，每个共振腔体积，每个共振腔体积VAD 其共振频率为其共振频率为Vtd刚性壁面DtDPctADScf220一
13、、声场的分类一、声场的分类直达直达声场：从声源直接到达声场：从声源直接到达接受点接受点的直达声形成的直达声形成的声场。的声场。混响混响声场：经过房间面壁一次和多次声场：经过房间面壁一次和多次反射反射后到达后到达接受点的反射声形成的声场。接受点的反射声形成的声场。扩散扩散声场：房间内声场：房间内声能密度声能密度处处相同，而且在任处处相同，而且在任一受声点上，声波在各个传播方向一受声点上，声波在各个传播方向作作无规则无规则分布的声场。分布的声场。（扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声（扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声场叠加形成）场叠加形成）1 1、直达声场、直达声场对于点声源，直达声的
14、声强为：对于点声源，直达声的声强为：24 rQWId因为：因为：cPIdd2所以：所以：224 rcQWIcpdd所以直达声声能密度：所以直达声声能密度：crQWcPDdd2224又由于：又由于：QWW 1所以直达声声压级为：所以直达声声压级为：214lg10lg10lg10lg10rQLSQLSLLwwwp自由程自由程：在室内声场中，声波每相邻两次反射：在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程。所经过的路程。平均自由程平均自由程：声波经过相邻两次反射距离的平：声波经过相邻两次反射距离的平均值（均值（d d）。）。由理论和实验均证实不论空间形状如何，均有由理论和实验均证实不论空间形状如何，
15、均有：SVd4其中：其中：V V为房间体积，为房间体积，S S为房间总表面积。为房间总表面积。设声音在设声音在1 1秒钟内传播的距离为秒钟内传播的距离为c c米，则米，则1 1秒秒钟内的平均反射次数为：钟内的平均反射次数为：VcSdcn4设声源单位时间发出的声功率为设声源单位时间发出的声功率为W W，则当声波，则当声波被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为被房间壁面部分吸收后剩余的声能量为:)1(W设设混响声混响声平均声能密度为平均声能密度为 ，则，则单位时间单位时间被吸收的声能量为：被吸收的声能量为：亦即：声源提供的混响声能量。亦即：声源提供的混响声能量。rDVcSVDr4当单位时间内声源贡献的
16、混响声能与被吸当单位时间内声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，收的混响声能相等时，体系达到稳定状态，即：即：所以，室内混响声场平均声能密度为：所以，室内混响声场平均声能密度为：设：设：1SRVcSVDWr4)1(cSWDr14R R：房间常数，：房间常数，m m2 2则则混响声场混响声场平均声能密度为：平均声能密度为：又由于直达声声能平均密度为：又由于直达声声能平均密度为：当室内存在混响时，室内某点的平均声能密当室内存在混响时，室内某点的平均声能密度应等于直达声和混响声能密度之和，即：度应等于直达声和混响声能密度之和，即：RrQcWcRWcrWQDDDrd444422
17、crQWDd24cRWDr43 3）总声场）总声场把直达声场和混响声场叠加形成把直达声场和混响声场叠加形成总声场总声场。又因为又因为声能密度声能密度与与有效声压有效声压是平方正比关系，即：是平方正比关系，即：22cPDe则：则：RrQcWcRrQcWPe44442222所以所以混响声压级混响声压级为：为：RrQLPPLWep44lg10lg10220 从混响声压级公式可看出：公式中第一项从混响声压级公式可看出：公式中第一项L Lw w为为直直达声达声，第二项为，第二项为混响声。混响声。当当 时，即时，即 r r 很小，声场以很小，声场以直达声直达声为主；为主；当当 时时 ，即，即 r r 很大
18、，声场以很大，声场以混响声混响声为主；为主；当当 时，直达声声能密度与混响声声能密时，直达声声能密度与混响声声能密度相等，这时度相等，这时r r称为称为临界半径临界半径，即：，即：当当Q Q1 1时的临界半径又称为时的临界半径又称为混响半径混响半径。QRr41RrQ442RrQ442RrQ442v当接受点与声源距离当接受点与声源距离大于大于临界半径时，即临界半径时，即混混响声响声占主导地位，则占主导地位，则吸声降噪处理效果明显吸声降噪处理效果明显；v当接受点与声源距离当接受点与声源距离小于小于临界半径时，即临界半径时，即直直达声达声占主导地位，则占主导地位，则吸声降噪处理效果不明吸声降噪处理效
19、果不明显显。三、室内声音的衰减和混响半径三、室内声音的衰减和混响半径混响声混响声：由于室内存在混响，声音发出后，：由于室内存在混响，声音发出后，不会立即消失，要不会立即消失，要持续一段时间持续一段时间，这，这一段时间内持续的声音成为一段时间内持续的声音成为“混响混响声声”。当声音经过当声音经过第第1次次反射后，反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：11DD 当声音经过当声音经过第第2次次反射后，反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：当声音经过当声音经过第第n次次反射后，反射后，平均声能密度降低为：平均声能密度降低为：nnDD1由于在由于在t t秒内总反射次数为：秒内总反射次
20、数为：tVcS4221 DD则则t t秒后的平均声能密度为：秒后的平均声能密度为：tVcStDD41 又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，所又由于声能密度与有效声压是平方正比关系，所以有：以有：tVcStPP42021 当声能密度衰减到原来的当声能密度衰减到原来的百万分之一时百万分之一时所需要所需要的时间，即的时间，即声压级衰减声压级衰减6060dBdB所需要的时间，称为所需要的时间，称为混响时间混响时间所以有：所以有：1ln161.01ln2.5560SVcSVT 当声音为当声音为高频高频区声音，声音传播过程中区声音，声音传播过程中空空气吸声气吸声不能不考虑，不能不考虑，t t秒内传播距
21、离为秒内传播距离为ctct，经，经空气吸收后声能密度降为原来的空气吸收后声能密度降为原来的e e-mct-mct，其中，其中m m为声音为声音衰减常数衰减常数，单位为，单位为m m-1-1（即书中第（即书中第140140页，页，7-437-43公式）公式），则，则t t秒后秒后平均声能密度平均声能密度衰减为：衰减为：mcttVcSteDD41则：则：mVSVmVccSVT41ln161.041ln2.55601 1）当声音频率低于当声音频率低于2000Hz2000Hz时，时，m m可忽略可忽略，也即：，也即：1ln161.060SVT2 2）当声音频率低于当声音频率低于2000Hz2000Hz
22、，且，且平均吸声系数平均吸声系数小于小于0.20.2时，有：时，有：1ln此时此时混响时间混响时间为：为：SVT161.060无无吸声材料时：吸声材料时：STV60161.0有有吸声材料时：吸声材料时：STV60161.0606011161.0TTSVSSSSmmm)(由于：所以：606011161.0TTSVmm混响室法测吸声系数混响室法测吸声系数四、吸声降噪四、吸声降噪量量设吸声前的声压级为：设吸声前的声压级为：12144lg10RrQLLWp吸声后的声压级为：吸声后的声压级为：22244lg10RrQLLWp则：则：2212214444lg10RrQRrQLLLppp当某接受点远离声源时
23、，即：当某接受点远离声源时，即：244rQR则：则：21121211lg10lg10RRLp一般情况下，平均吸声系数都比一般情况下，平均吸声系数都比1 1小得多，所以有：小得多，所以有：12lg10pL 由于由于平均吸声系数平均吸声系数通常是按通常是按实测混响时间实测混响时间T T6060得到，如果得到，如果T T1 1和和T T2 2分别为吸声前后的混响时间，分别为吸声前后的混响时间，则：则：21lg10TTLp 一般一般地面和壁面（墙面）地面和壁面（墙面）平均吸声系数平均吸声系数为为0.030.03左右，左右，吸声处理吸声处理后平均吸声系数约为后平均吸声系数约为0.30.3左右，则左右，则
24、声压级衰减声压级衰减10dB10dB左右。左右。一般吸声处理降噪一般吸声处理降噪10-1210-12dBdB，如果平均吸声系数要求如果平均吸声系数要求0.50.5以上，则以上，则降噪处理降噪处理所需所需要的成本增加。要的成本增加。理想声场理想声场是完全扩散声场；是完全扩散声场；实际声场是不完全扩散声场，而是由室内各壁面实际声场是不完全扩散声场，而是由室内各壁面反射声形成的反射声形成的驻波声场驻波声场；只有当只有当房间体积很大房间体积很大和和声波频率很高声波频率很高时，才能达时，才能达到近似的扩散声场。到近似的扩散声场。房间是一个房间是一个复杂的多自由度振动系统复杂的多自由度振动系统，任一振动，
25、任一振动状态都是由单个振动以一定的状态都是由单个振动以一定的组合叠加而成组合叠加而成，每，每个独立的振动称个独立的振动称简正振动简正振动，相应的振动频率叫，相应的振动频率叫简简正频率正频率；在连续介质中，简正振动实际是一种在连续介质中，简正振动实际是一种驻波驻波，也称，也称简正波简正波，其变化情况与，其变化情况与边界条件边界条件有关。有关。1 1）声波的一维空间简振（声波沿）声波的一维空间简振（声波沿轴相轴相方向传播）方向传播）入射入射简谐振动声波：简谐振动声波：反射反射简谐振动声波：简谐振动声波：两列声波进行合成（叠加），其合成声波：两列声波进行合成（叠加），其合成声波：其中：合成波其中：合
26、成波振幅振幅为为 PcosPcoskxkx，P P2P2Pi iktPpiicosktPprrcostkxPpppricoscosA A：当当 （n nx x=0,1,2,3=0,1,2,3.）时，）时，振幅有最大值（即振幅有最大值（即波腹波腹），此时有：），此时有：xnkx riPPPmaxB B：当当 （n nx x=0,1,2,3=0,1,2,3.）时，）时，振幅有最小值（即振幅有最小值（即波节波节），此时有：），此时有：2)12(xnkxriPPPmin 由于这两列波频率相同，所以它们之间的由于这两列波频率相同，所以它们之间的相位差相位差为：为：设设x2-x1=Lx，则：，则：xxnL
27、 2所以：所以：当体系满足当体系满足 时，形成时，形成驻波驻波。xn2xxnL)(2)()()(121221xxxxkkxtkxt对应的共振频率为：对应的共振频率为：即在一维空间（即在一维空间（一个频率的声波一个频率的声波），每个），每个n n对应一个对应一个简振频率简振频率，共有，共有n n个个简正振动方式简正振动方式。2 2）声波的）声波的二维二维空间简振（声波沿空间简振（声波沿-平平面切向面切向传播）传播）类似地可导出两类似地可导出两平面声波平面声波在两维空间在两维空间叠加叠加后声压方程后声压方程为：为：xxnLncfx2tLnxLnPpyyxxcoscoscos该方程形成该方程形成驻波
28、驻波条件为：条件为：由于：由于：所以：所以：222yyxxnnLnLncfyx其中：其中：nx=0,1,2,3n ny=0,1,2,3n222yyxxLnLncf2 即在二维空间，每个即在二维空间，每个n nx x和和n ny y对应一个对应一个简振频率，共有简振频率，共有n nx xn ny y个个简正振动方式简正振动方式。3 3）声波的）声波的三维三维空间简振（空间简振（斜向波斜向波）同样类推，有：同样类推，有：2222zzyyxxnnnLnLnLncfzyx则则简振方式简振方式个数个数:cfLcSfcVfN84342233其中：其中：Lx、Ly、Lz分别为房间分别为房间长、宽和高长、宽和
29、高（m）VLxLyLz （即房间（即房间体积体积）S2（LxLyLyLzLxLz）（即房间）（即房间总表面积总表面积）L4（LxLyLz）(即房间各即房间各边长总和边长总和)从上式可看出频率越高，从上式可看出频率越高，N N增加得越快，增加得越快，简振频率简振频率越加密集，越加密集，N N越多，越接近越多，越接近扩散声扩散声场场。将将上式上式取微分取微分，可得到一定，可得到一定频带频带f f 的的简正频率数简正频率数，即：，即：fcLcfScVfN824232v预习第八章（预习第八章（隔声技术隔声技术）内容；）内容；v下星期一（下星期一（1111月月1717日）交作业，日）交作业，过时不侯！过时不侯！
