吸声与室内声场.ppt
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1、 噪声分类噪声分类 机械噪声:机械噪声:机械设备运转时,由于摩擦撞击机械设备运转时,由于摩擦撞击 等产生的噪声;等产生的噪声;电磁噪声:电磁噪声:电磁元件通入交流电后产生的噪电磁元件通入交流电后产生的噪 声,实质为机械噪声;声,实质为机械噪声;空气动力噪声:空气动力噪声:气体喷出时与周围空气或固气体喷出时与周围空气或固 体液体摩擦产生的噪声。体液体摩擦产生的噪声。噪声控制概述噪声控制概述 噪声噪声控制控制途径途径传播传播途径途径声源声源材料:以塑代钢材料:以塑代钢工艺:降低气流速度工艺:降低气流速度隔声:减少噪声的透射,降低直达噪声;隔声:减少噪声的透射,降低直达噪声;吸声:减少反射声音,降低
2、室内噪声;吸声:减少反射声音,降低室内噪声;消声:降低空气动力噪声和通风孔传播噪声消声:降低空气动力噪声和通风孔传播噪声接受者:接受者:设计:增加精度、减少摩擦,减振设计设计:增加精度、减少摩擦,减振设计个体噪声防护(耳塞、耳罩、隔声头盔)。个体噪声防护(耳塞、耳罩、隔声头盔)。第三章第三章 吸声及室内声场吸声及室内声场本章内容:本章内容:吸声的作用与意义:吸声的作用与意义:降噪降噪 提高室内语言清晰度提高室内语言清晰度吸声系数及其测量方法;吸声系数及其测量方法;驻波管法驻波管法 混响室法混响室法吸声降噪方法:吸声降噪方法:多孔吸声材料法;多孔吸声材料法;共振吸声法:穿孔板法共振吸声法:穿孔板
3、法室内声场:室内声场:直达声场;直达声场;混响声场混响声场吸声方案设计:吸声方案设计:降低噪声声级吸声设计;降低噪声声级吸声设计;降低混响时间吸声设计降低混响时间吸声设计。第一节第一节 吸声作用与意义吸声作用与意义一、降低室内混响声场声级一、降低室内混响声场声级声音在室内多次反射,其叠加声级增加声音在室内多次反射,其叠加声级增加512dB,因,因此一般而言吸声降噪最大的降噪量此一般而言吸声降噪最大的降噪量不超过不超过10dB。对于对于1000Hz的声音,降低的声音,降低10dB相当于降低响度级相当于降低响度级10方,对应的响度降低方,对应的响度降低1倍,吸声降噪效果明显。倍,吸声降噪效果明显。
4、说明:说明:吸声降噪只对混响声场(反射声音)产生作用,吸声降噪只对混响声场(反射声音)产生作用,对直达声场(声源直接传播声音)无任何降噪作用,对直达声场(声源直接传播声音)无任何降噪作用,所以,吸声只能对室内远离主要声源的区域产生作用。所以,吸声只能对室内远离主要声源的区域产生作用。二、提高室内语言的清晰度二、提高室内语言的清晰度 当直达人耳的声音与反射后到达人耳的声音相当直达人耳的声音与反射后到达人耳的声音相差差50mS (0.05S)时,人耳便能将二者区分开,反射时,人耳便能将二者区分开,反射声开始对直达声产生干扰,降低语言的清晰度。声开始对直达声产生干扰,降低语言的清晰度。通过吸声方法,
5、可减弱反射声音,降低混响时通过吸声方法,可减弱反射声音,降低混响时间,从而提高室内语言清晰度。间,从而提高室内语言清晰度。第二节第二节 吸收系数及测量方法吸收系数及测量方法一、吸声系数一、吸声系数1.定义:定义:材料吸收的声能与入射声能之比。材料吸收的声能与入射声能之比。吸声系数说明吸声系数说明(1)在在01之间,之间,0.2材料称为吸声材料材料称为吸声材料;(2)同一材料吸声系数随频率变化同一材料吸声系数随频率变化 把材料对把材料对125、250、500、1000、2000、4000Hz 6个频率吸声系数的代数平均值称为材料个频率吸声系数的代数平均值称为材料的平均吸声系数。的平均吸声系数。(
6、3)随入射角度不同而不同随入射角度不同而不同。2.吸声系数分类吸声系数分类根据入射角度,吸声系数经常分为两类:根据入射角度,吸声系数经常分为两类:垂直入射吸声系数垂直入射吸声系数 :采用驻波管法测量;:采用驻波管法测量;无规则入射吸声系数无规则入射吸声系数 :也称扩散入射吸声系数,采用混响室法测量。也称扩散入射吸声系数,采用混响室法测量。与与之之间间关关系系:二者无确定对应关系,但可通过实验所测数据获得参二者无确定对应关系,但可通过实验所测数据获得参考关系:一般无规则入射系数大于垂直入射系数。考关系:一般无规则入射系数大于垂直入射系数。垂直入射系数垂直入射系数0.100.200.300.400
7、.500.600.700.80扩散入射系数扩散入射系数0.250.400.500.600.750.850.900.98 与与 之间关系:之间关系:与与 参考换算表参考换算表1.驻波管法驻波管法 只能测量只能测量单一频率垂直单一频率垂直入射声音的反射系数入射声音的反射系数。(1)仪器构造)仪器构造:驻波管;驻波管;可移动声音信号探头;可移动声音信号探头;探头信号处理器;探头信号处理器;平面波发声喇叭;平面波发声喇叭;单一频率声音信号发生器;单一频率声音信号发生器;标尺。标尺。二、吸声系数测量方法二、吸声系数测量方法(2)驻波管测量原理:)驻波管测量原理:单一频率的平面波在驻波管内经被测吸声材料反
8、射后形单一频率的平面波在驻波管内经被测吸声材料反射后形成驻波,移动可动探头测量最大声压成驻波,移动可动探头测量最大声压Pmax与最小声压与最小声压Pmin,可获得驻波比:,可获得驻波比:理论上可得:理论上可得:2.混响室法混响室法(1)混响概念混响概念混响:声音在有限空间内多次反射叠加的过程。混响:声音在有限空间内多次反射叠加的过程。混响时间混响时间T60:声源关闭后,混响声能密度衰减为声源关闭后,混响声能密度衰减为原来的百万分之一(声级衰减原来的百万分之一(声级衰减60分贝)所需时间。分贝)所需时间。(2)装置构成:装置构成:a.混响室混响室:体积为:体积为100200M3,内衬高反射系数,
9、内衬高反射系数 材料(如钢板或瓷砖)的封闭房间。材料(如钢板或瓷砖)的封闭房间。b.混响时间测量仪混响时间测量仪。(3)混响室测量方法与原理)混响室测量方法与原理 把待测材料把待测材料1012M2放入混响室,分别测量放入样前放入混响室,分别测量放入样前 后的混响时间后的混响时间 和和 ,则:,则:其中:其中:混响室原墙面吸声系数混响室原墙面吸声系数 V 混响室体积混响室体积 S 被测材料面积被测材料面积第三节第三节 多孔吸声材料多孔吸声材料一、多孔吸声材料法一、多孔吸声材料法:1.多孔吸声材料:多孔吸声材料:内部具有许多相通微孔或气泡,且微孔与材料表面相通内部具有许多相通微孔或气泡,且微孔与材
10、料表面相通的材料。的材料。2.吸声机理:吸声机理:声能引起空气与多孔材料微孔或气泡壁摩擦生热,声能声能引起空气与多孔材料微孔或气泡壁摩擦生热,声能转换为热能。转换为热能。二、多孔吸声材料吸声吸声频谱特性二、多孔吸声材料吸声吸声频谱特性说说明:明:(1)与第一吸收峰)与第一吸收峰 对应的频率叫第一共振频率对应的频率叫第一共振频率(2)与第一吸收谷)与第一吸收谷对应对应的的频频率叫第一反共振率叫第一反共振频频率率(3)多孔吸声材料多孔吸声材料对对中高中高频频吸声效果好,吸声吸声效果好,吸声频频率率 范范围宽围宽。三、影响多孔吸声材料吸声特性的因素三、影响多孔吸声材料吸声特性的因素1.材料密度:材料
11、密度:最佳密度值:如玻璃棉最佳密度值:如玻璃棉1525kg/m3;2.2.厚度厚度:增加厚度对低频吸收效果有改善,一般增加厚度对低频吸收效果有改善,一般525cm3.后空腔后空腔:(P123图图7-3)增加空腔厚度,中低频吸声系数提高;空腔厚度为波长的增加空腔厚度,中低频吸声系数提高;空腔厚度为波长的1/4,吸声系数最大;为波长的吸声系数最大;为波长的1/2,吸声系数最小。吸声系数最小。4.护面层:护面层:a.金属格网、金属格网、窗纱、丝布窗纱、丝布:影响小;影响小;b.塑料薄膜:对中频吸声有所提高;塑料薄膜:对中频吸声有所提高;c.穿孔板:穿孔板:20以上穿孔板提高低频吸声系数以上穿孔板提高
12、低频吸声系数贴墙护面吸声结构:贴墙护面吸声结构:一定厚度的吸声材料直接或以一定厚度的空腔贴在室内一定厚度的吸声材料直接或以一定厚度的空腔贴在室内墙上。墙上。空间悬挂吸声体空间悬挂吸声体 把有罩面的多孔吸声材料悬挂于建筑物屋顶,吸声效果把有罩面的多孔吸声材料悬挂于建筑物屋顶,吸声效果显著。显著。吸声尖劈:吸声尖劈:把吸声材料做成尖劈形状,具有高效吸声效果。把吸声材料做成尖劈形状,具有高效吸声效果。四、多孔吸声材料的应用四、多孔吸声材料的应用空间吸声体式样空间吸声体式样尖劈吸声结构尖劈吸声结构完全无噪声房间进行电视电磁辐射测量完全无噪声房间进行电视电磁辐射测量共振吸声结构形式共振吸声结构形式:穿孔
13、板穿孔板(微孔板微孔板)共振吸声结构共振吸声结构 薄膜、薄板共振吸声结构薄膜、薄板共振吸声结构 薄塑盒式吸声体薄塑盒式吸声体共振吸声特点:共振吸声特点:吸声吸声系数大;吸声频率范围窄;主要是吸声吸声系数大;吸声频率范围窄;主要是对低频吸声。对低频吸声。第四节第四节 共振吸声结构共振吸声结构一、穿孔板共振吸声原理一、穿孔板共振吸声原理tdV1.单腔共振吸声模型单腔共振吸声模型(亥姆霍斯共振器)亥姆霍斯共振器)当腔孔深度当腔孔深度t与直径与直径d远远小于声波波长时,腔远远小于声波波长时,腔体内空气相当于弹簧,腔孔气柱可看成是质量质点,体内空气相当于弹簧,腔孔气柱可看成是质量质点,系统如弹簧振子,称
14、作系统如弹簧振子,称作亥姆霍斯共振器亥姆霍斯共振器。当亥姆霍斯共振器发生共振时,腔孔气柱与孔当亥姆霍斯共振器发生共振时,腔孔气柱与孔壁剧烈摩擦,使声能转换为热能。壁剧烈摩擦,使声能转换为热能。2.单腔共振吸声结构共振频率单腔共振吸声结构共振频率其中:其中:c 声速声速 V 空腔体积空腔体积 S 腔孔面积(腔孔面积(m)t 孔深孔深 孔口末端修正量,对于园孔:孔口末端修正量,对于园孔:二、穿孔板吸声结构二、穿孔板吸声结构1.一般构造一般构造 穿孔板及其与墙面构成的空腔构成穿孔板吸声穿孔板及其与墙面构成的空腔构成穿孔板吸声 结结 构,其效果相当于多个单腔共振器。构,其效果相当于多个单腔共振器。2.
15、具体构造:具体构造:穿孔板穿孔率穿孔板穿孔率q:110 板厚板厚t:25mm 孔径孔径d:24mm 空腔深度空腔深度L:1025cmtdL3.穿孔率计算方法穿孔率计算方法孔等三角形排列:孔等三角形排列:孔正方形排列:孔正方形排列:其中:其中:d 孔直径孔直径 B 孔中心距孔中心距BdBd三、穿孔板共振频率三、穿孔板共振频率其中:c 声速声速 q 穿孔率穿孔率 L 空腔深度空腔深度 t 板厚板厚 孔口末端修正量(园孔:孔口末端修正量(园孔:0.8d,d为孔径)为孔径)说明:说明:穿孔率越高,共振吸声频率越高;穿孔率越高,共振吸声频率越高;腔深、材料厚度及孔径越小,共振吸声频率越高。腔深、材料厚度
16、及孔径越小,共振吸声频率越高。按照前面所给出的穿孔板结构的参数,共振频率按照前面所给出的穿孔板结构的参数,共振频率 的范围为:的范围为:3792853Hz。四、共振吸声频率带宽四、共振吸声频率带宽1.相对宽度相对宽度 :f0处吸声系数为 ,f0附近下降至 /2频带的宽度;2.绝对宽度绝对宽度 :吸声系数大于吸声系数大于0.5的频带的宽度。的频带的宽度。0.5洪宗辉教材给出绝对宽度计算公式:洪宗辉教材给出绝对宽度计算公式:据此该教材认为吸声带宽与空腔深度据此该教材认为吸声带宽与空腔深度L成正比成正比。实际上考虑到实际上考虑到:可得出:可得出:应应与腔深与腔深L无关。无关。五、穿孔板的改进措施五、
17、穿孔板的改进措施 缩小孔径,(微孔板);缩小孔径,(微孔板);在穿孔板厚腔填充多孔吸声材料,吸声系数增加,带宽在穿孔板厚腔填充多孔吸声材料,吸声系数增加,带宽也增加;也增加;在同一穿孔板上传不同孔径的孔,形成多个共振吸声频在同一穿孔板上传不同孔径的孔,形成多个共振吸声频率,吸收不同频率声音,增加带宽;率,吸收不同频率声音,增加带宽;使用双层不同穿孔率的穿孔板。改进后的穿孔板吸声吸使用双层不同穿孔率的穿孔板。改进后的穿孔板吸声吸声可达声可达0.9,带宽可达,带宽可达23各倍频程,可满足实际使用各倍频程,可满足实际使用要求。要求。六、微孔板微孔板 一般穿孔板缺点:孔径大、吸声系数低、吸声频带窄。一
18、般穿孔板缺点:孔径大、吸声系数低、吸声频带窄。20世纪世纪70年代,中科院院士年代,中科院院士马大猷马大猷提出微孔吸声理论,其提出微孔吸声理论,其理论核心是减小穿孔板孔径至理论核心是减小穿孔板孔径至1mm以下,可使穿孔板机以下,可使穿孔板机构吸声效果大大提高。构吸声效果大大提高。1.微孔板吸声结构微孔板吸声结构 孔径:孔径:d1mm 板厚:板厚:t1mm 穿孔率穿孔率q:15 空腔深度空腔深度L:520cm2.微孔板吸声效果微孔板吸声效果吸声系数可达吸声系数可达0.9,吸收带宽可达,吸收带宽可达23个倍频程。个倍频程。微孔板吸声系数实测(驻波管法)微孔板吸声系数实测(驻波管法)结结 构构 中心
19、中心频频率率 孔孔 径径 mm板板 厚厚mm穿孔率穿孔率空腔深空腔深 cm 1252505001k 2k 0.80.81 150.370.850.870.20.350.80.82,1 8,120.480.970.930.640.15微孔板应用实例微孔板应用实例 1993年德国投资年德国投资2.7亿马克建成的新国会大厦,由于为圆亿马克建成的新国会大厦,由于为圆形结构,大厅中心产生声音聚焦,无法使用。在世界范围形结构,大厅中心产生声音聚焦,无法使用。在世界范围内招标进行改造,中国因采用微孔板技术方案而中标。具内招标进行改造,中国因采用微孔板技术方案而中标。具体工艺方案如下:体工艺方案如下:a.材料
20、与工艺:有机玻璃板上用激光打微孔;材料与工艺:有机玻璃板上用激光打微孔;b.微孔板参数:板厚微孔板参数:板厚t=5mm,孔径孔径d=0.55mm,孔距孔距B=6mm,穿孔率穿孔率q=1.4%,第五节第五节 室内声场室内声场一、室内声场基本概念一、室内声场基本概念1.平均自由程平均自由程 声波在室内两次反射之间所经过的距离叫声波在室内两次反射之间所经过的距离叫自由程自由程,自由,自由程的统计平均值称为程的统计平均值称为平均自由程平均自由程d。计计算公式算公式:其中:其中:V 室内体积室内体积 S 房间内壁总面积房间内壁总面积声源声源d1d2d3由平均自由程可得平均反射时间间隔由平均自由程可得平均
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