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第七章 吸声和室内声场 7.1 材料的声学分类和吸声特征 7.2 多孔吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 室内声场和吸声降噪 7.1.1吸声材料的分类 在噪声控制工程设计中,常用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声,尤其在体积较大,混响时间较长的室内空间,应用相当普遍.吸声材料按其吸声机理来分类,可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构两大类. 7.1.2 吸声系数和吸声量 1.吸声系数 吸声系数定义为材料吸收的声能与入射到材料上的总声能量之比,可用吸声系数来描述吸声材料或吸声结构的吸声特性.计算式为: α=Eα/Ei=(Ei-Er)/Ei=1-r 式中:Ei---入射声能 Eα---被材料或结构吸收的声能 Er---被材料或结构反射的声能 r---反射系数 2.吸声量 吸声系数反映房间壁面单位面积的吸声能力,材料实际吸收声能的多少,除了与材料的吸声系数有关外,还与材料表面积大小有关.吸声材料的实际吸声量按下式计算: A=αS 7.1.3吸声系数的测量 吸声材料的吸声系数可由实验方法测出,常用的方法有混响室方法和驻波管方法两种.测量方法不同,所得的测试结果也有所不同. 1.混响室方法 把被测吸声材料(或吸声结构)按一定的要求放置于专门的声学实验室--混响室中进行测定. 将不同频率的声波以相同几率从各个角度入射到材料的表面,这与吸声材料在实际应用中声波入射的情况比较接近. 然后根据混响室内放进吸声材料(或吸声结构)前后混响时间的变化来确定材料的吸声特性. 用此方法所测得的吸声系数,称为混响室吸声系数或无规入射吸声系数,记作αs.在实际应用中有普遍意义 共振类吸声结构(混响室值) 多孔吸声材料类(驻波管值) 房间的平均吸声系数 (1)方法一:直接测量 经推导,当室内声场达稳定后立即停止发声,声能密度衰减到原来的百万分之一时,即衰减60分贝的混响时间T60为: 式中m为空气衰减常数(dB/m),与空气温湿度和声频有关,其值可参见导则HJ/T 2.4-1995表2。 当声频低于2000Hz,且0.2时,可简化为:。 通常情况下,T60是比较容易直观地测出的,因此可用上式求出房间的平均吸声系数。 (2)方法二:面积加权平均 查出房间内壁不同表面的吸声系数ai(对应面积为Si),然后用下式计算: 第七章 吸声和室内声场 7.1 材料的声学分类和吸声特征 7.2 多孔吸声材料 7.3 共振吸声结构 7.4 室内声场和吸声降噪 7.2.1多孔吸声材料的吸声原理 多孔吸声材料内部具有无数细微孔隙,孔隙间彼此贯通,且通过表面与外界相通,当声波入射到材料表面时,一部分在材料表面上反射,一部分则透入到材料内部向前传播. 在传播过程中,引起孔隙中的空气运动,与形成孔壁的固体筋络发生摩擦,由于粘滞性和热传导效应,将声能转变为热能而耗散掉. 声波在刚性壁面反射后,经过材料回到其表面时,一部分声波透回空气中,一部分又反射回材料内部,声波的这种反复传播过程,就是能量不断转换耗散的过程,如此反复直到平衡,这样,材料就“吸收”了部分声能. 在实际工作中,为防止松散的多孔材料飞散,常用透声织物缝制成袋,再内充吸声材料,为保持固定几何形状并防止对材料的机械损伤,可在材料间加筋条(龙骨),材料外表面加穿孔护面板,制成多孔材料吸声结构. 7.2.2影响多孔吸声材料吸声特性的因素 多孔材料一般对中高频声波具有良好的吸声效果.影响多孔材料的吸声特性的主要因素上一材料的孔隙率,空气流阻和结构因子.其中以空气流阻最为重要. 空气流阻是指在稳定气流状态下,吸声材料中压力梯度与气流线速度之比,它反映了空气通过多孔材料时阻力的大小. 单位厚度材料的流阻,称为比流阻.当材料厚度不大时比流阻越大,说明空气穿透量越小,吸声性能下降;但若比流阻太小,声能因摩擦力,粘滞力而损耗的效率也就低,吸声性能也会下降. 所以,多孔材料存在一个最佳流阻.当材料厚度充分大时,比流阻越小,吸声越大. 在同样用料情况下,当厚度不限时,多孔材料以松散为宜;在厚度一定情况下,密度增加,则材料就密实,引起流阻增大,减少空气穿透量,造成吸声系数下降.所以材料密度也有一个最佳值. 如常用的超细玻璃棉的最佳密度范围是15~25kg/m3, 但同样密度,增加厚度并不改变比流阻,所以吸声系数一般总是增大,但增至一定厚度时,吸声性能的改善就不明显了. 在实用中,考虑到制作成本及工艺的方便,对于高频噪声,一般可采用2~5cm厚的成型吸声板,对于低频吸声要求较高时,则采用5~10cm厚的吸声板. 2.背后空腔的影响 当多孔吸声材料背后
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