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1、6吸声处理技术*4?本章提要：I1:利用吸声处理技术降低室内噪声是噪声控制工程中广泛采用的;?措施之一。通常人们感到同一声源置于房内比置于房外的噪声要;高，这是由于在室内，我们除了能听到声源通过空气传来的直达声?2外，还能听到由壁面一次或多次反射形成的反射声（混响声）o实验:表明，反射声的存在可使声音提高1012dBO若在室内天花板、墙i2面或空间安装吸声材料或吸声结构，就能吸收一部分声能，使反射声；;减弱，使房内总的噪声级下降，这种降低噪声的方法叫吸声处理。本?，章主要学习和讨论吸声降噪原理、各种吸声材料的种类和性能、各种；:共振吸声结构的特点以及吸声降噪的设计计算方法。2一半6.1吸声系数
2、和吸声量6.1.1吸声系数声波遇到壁面或其他障碍物时，一部分声能被反射，一部分声能被壁面或障碍物吸收转化为热能而消耗，还有少部分声能透射到另一侧，如图6.1所示。一种材料或一种结构的吸声能力大小采用吸声系数a表达。吸声系数a等于被材料吸收的声能（包括透射声能在内）与入射到材料的总声能之比，即1- r (6. 1 )HK式中E一入射到材料的总声能（J）Ea材料吸收的声能（J）；二一透过材料的声能（J）：Er一被材料反射的声能（J）r-反射系数，r=吸声系数是表示吸声材料或吸声结构性能图6.1吸声示意图的量，不同材料具有不同的吸声能力。当a=0时，表示声能全反射，材料不吸声：当a=1时，表示材料吸
3、收了全部声能，没有反射。一般材料的吸声系数在01之间，吸声系数a愈大，表明材料的吸声性能愈好。吸声系数的大小除取决于材料的性能和结构外，对于同一种材料，还与声波的入射频率、入射方向有关。各种材料的吸声系数是频率的函数，因此对于不同的频率，同一材料具有不同的吸声系数。为表示方便，在工程上通常采用125Hz、250Hz、500Hz.1OOOHz.2000Hz、4000HZ六个频率吸声系数的算术平均值表示某一种材料的平均吸声系数7.。通常，Q.2的材料称为吸声材料。二0.5的材料是理想的吸声材料。声波入射角度对吸声系数有较大影响，工程设计中常用的吸声系数有：（1）无规入射吸声系数（a7）（混响室法测
4、量）：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，在吸声减噪设计中被采用。（2）垂直入射吸声系数（a0）（驻波管法测量）：测量方法简便、精确，但与实际情况有较大出入。多用于材料的性质和鉴定，在消声器设计中采用。材料的吸声系数常使用驻波管法测量，然后根据两种吸声系数的关系，由垂直入射吸声系数a0换算出无规入射吸声系数a7oa0与a7的换算关系详见表6.1所示。在使用吸声材料时，一定要注意吸声系数的测量方法。表6.1a0与冉的换算关系0.10.20.30.40.50.60.70.80.9370.250.400.500.600.750.850.900.9816.1.2吸声量
5、吸声量也称等效吸声面积。吸声量规定为吸声面积与吸声系数的乘积，即A=as（6.2）式中A一吸声量（m2）.a一某频率声波的吸声系数；s一吸声面积（r2）。若组成室内各壁面的材料不同，则某壁而在某频率下的吸声量A为：nnA=ZA=Zais,（6.3）js1i=1式中A-第i种材料组成壁面的吸声量（m2）；a1第i种材料在某频率下的吸声系数；a第i种材料组成壁面的面积（r2）o6.2吸声材料和吸声结构6.2.1吸声材料6.2.1.1多孔吸声材料的吸声机理多孔吸声材料的构造特征为：材料中的固体部分（纤维筋络或颗粒）使材料具有一定的形状：在筋络间具有许多贯通的微小间隙，具有一定的通气性能。当声波投射到
6、多孔材料表面时，一部分声波被反射，一部分声波透入多孔材料。透入的声波将激发材料空隙中的空气分子和筋络振动，由于空气分子间的粘滞性和空气与筋络间的摩擦作用，使空气膨胀和压缩，在空气与筋络间不断进行热交换，使声波的能量转化为热能而耗损，这就是多孔材料的吸声机理。很明显，要使材料有良好的吸声性能，要求材料疏松多孔，且各孔隙相互贯通，即要求材料的声阻抗率接近于空气的特性阻抗。如容积密度为20kgm3的超细玻璃棉，玻璃纤维本身所占的空间实际上不到1%,而99%以上是空隙。6.2.1.2多孔性材料的声学性能及其影响因素通常多孔吸声材料的吸声性能对高频声吸声效果较好，对低频声的吸声效果较差，这就是因为吸声材
7、料孔隙尺寸与高频声波的波长相近所致。多孔吸声材料的吸声系数频谱特性如图6.2所示。从图6.2中可以看出，在低频端吸声系数一般较低。当频率提高时，吸声系数相应增大，并有不同程度的起伏变化。随着频率的增大，起伏变化的幅度相应逐步减小，趋向于一个随频率缓慢变化的数值。为了能充分利用吸声材料，提高吸声系数，展宽吸声带宽，应了解影响吸声材料声学性能的有关因素。/(s)图62多孔吸声材料的频谱特性(5Cm厚超细玻璃棉)(1)孔隙率与密度对吸声性能的影响孔隙率是材料内部的孔洞(闭合孔洞除外)体积占材料总体积的百分率。一般多孔吸声材料的孔隙率在50%以上，高的可达80%-90%,如矿渣棉为80%,玻璃棉在90
8、%以上。孔隙率大，密度就小；反之孔隙率小，密度就大。一般密度太大或太小，对材料的吸声性能都不适宜。对某一种多孔材料而言，存在一个最佳吸声性能的密度范围。如超细玻璃棉最佳吸声性能的密度范围为1525kgm3o图6.3所示是5cm厚超细玻璃棉在不同密度下的吸声系数随频率变化的特性曲线。若多孔性材料的厚度固定不变，增大材料的密度可提高低中频的吸声系数，但比增大厚度所引起的变化小，而且高频吸收会有所下降。(2)材料的厚度对吸声性能的影响同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频率向低频方向移动一个倍频程。理论证明，若吸声材料背后为刚性壁面，最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声波波长的1/4时。通常增加材料
9、厚度，可提高低频声的吸收效果，但对高频声的吸收并无好处，因为高频声在吸声材料的表面被吸收了。图6.4表示为不同厚度超细玻璃棉，容积密度为15kgm3,纤维直径为4um的典型吸声特性曲线。从图6.4可见，厚度越大，低频时吸声系数越大，频率在500HZ以上时，吸声系数几乎与材料厚度无关。因此，噪声频率高，材料厚度可薄些，噪声频率低，则应厚些。目前，作为噪声控制产品的吸声体，其材料厚度有3cm、5cm、8cm、IoCm、15Cm等规格。(3)材料背后空腔对吸声性能的影响材料背后空腔是指材料层与刚性壁面之间有一定距离的空气层，其作用相当于加大材料的有效厚度，可以改善吸声材料的低频吸声性能(如图6.5所
10、示)，节省吸声材料，比单纯增加材料厚度或容积密度来改善低频吸声性能更为经济。6.4 不同厚度超细玻璃棉的吸声频率特性图6.3不同密度超细玻璃棉的吸声特性取图图6.5空腔背后空气层耳度对吸声性能的影响空气层的厚度，过厚不行，过薄作用不大。当空腔厚度接近1/4倍的入射声波波长时，该声波的吸声系数最大；当厚度为1/2倍的入射声波的波长，该声波的吸声系数最小。一般推荐空腔的厚度为50-100mm,对于平顶则视实际需要及空间尺寸选取更大距离。(4)护面层对吸声性能的影响多孔材料很疏松，直接用于室内无法固定，也不美观，需要另加保护饰面。饰面处理根据不同吸声材料采用不同方法。常用的护面层有金属薄板、硬质纤维
11、板、胶合板等制成的穿孔板、金属网、塑料、塑料窗纱、玻璃布、麻布、纱布等几种。穿孔板的穿孔率大于20%,对材料的性能影响不大，穿孔率小于20%会影响高频吸声效果；各种透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。有时为了防潮，可使用一些塑料薄膜做饰面，这种饰面对多孔材料的高频吸声系数有一定影响。有时为了加强吸声材料表面或护面的装饰效果，涂上油漆或涂料，这种方法在一般情况下不提倡。(5)使用环境的影响温度的变化会引起声速、波长及空气粘滞性的变化，从而影响材料的吸声性能。随着温度的升高或降低，材料的吸声频率相应向高频或低频偏移，因此要注意材料的温度使用范围。空气湿度的大小会引起多孔材料的含水率变化，多孔
12、材料吸湿会使材料变质，降低材料的孔隙率，使其吸声性能下降。这时可采用塑料薄膜护面或选用耐湿的、吸水量小的多孔材料。此外，影响多孔吸声材料性能的因素还有流阻、材料的结构因子等。6.2.1.3多孔吸声材料的种类目前，常用的多孔吸声材料分为无机纤维材料、有机纤维材料、泡沫塑料材料和颗粒类吸声材料等几大类型。(1)无机纤维材料无机纤维材料主要有玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品。玻璃棉分短棉(OlO13m)、超细棉(Oo.14pm)以及中级纤维(o1525|Jm)三种。超细玻璃棉是最常用的吸声材料，具有质轻、柔软、容积密度小、耐热、耐腐蚀等优点，但吸水率高。在潮湿和易冷凝结露的环境中使用受到限制，必
13、要时可用硅油处理成为防水、防潮的超细玻璃棉丝。缺点是超细玻璃丝的弹性较差，局部受压不易复原，填装不易均匀。使用时，可适当增加容积密度以改善低频吸声性能，先制作框架和护面穿孔板。护面穿孔板可用胶合板、纤维板、塑料板，也可使用石棉水泥板、钢板、铝板等。玻璃丝可制成各种玻璃丝毡。矿渣棉具有质轻、不燃、防蛀、耐高湿、耐腐蚀、化学稳定性强、吸声性能好、廉价等优点。矿渣棉含杂质较多，有渣球，性脆易折断，易磨成粉末，故在风速较大处、对洁净要求高的室内使用受到限制。矿渣棉久置易下沉，作为吸声材料必须以高容积密度填装。岩棉具有隔热、耐高温、价廉等优点，是一种新型的吸声材料。(2)有机纤维材料有机纤维材料是指植物
14、性纤维材料及其制品。如棉麻、棉絮、稻草、海草、麻衣、棕丝和用甘蔗渣、麻丝、纸浆等加工加压制成的各种软质纤维板。这类材料具有价廉、吸声性能好的优点。常用的纤维类吸声材料的吸声系数见表6.2所示。(3)泡沫塑料材料泡沫塑料制品很多，以所用的树脂取名。少数开孔型泡沫塑料制品可用作吸声材料，如胭醛塑料、氨基甲酸酯泡沫塑料等。这类材料的特点是密度小、导热系数小、质地软，缺点是易老化、耐火性差。目前作为吸声材料使用较多的是软性聚氨酯泡沫塑料。表6.2纤维类多孔吸声材料吸声系数（管测法）序号材料名称厚度(cm)密度(kgm3)腔厚(Cm)各频率（HZ）的吸声系数125250500I00020004000I超
15、细玻璃棉（棉径4urn）2200.040.080.290.660.660.664200.050.120.480.880.720.662.5150.020.070.220.590.940.945150.050.240.720.970.900.98IO150.Il0.850.880.830.930.972沥青玻璃棉毡3800.IO0.270.610.940.993酚醛玻璃棉毡3800.120.260.570.850.944防水超细玻璃毡IO200.250.940.930.900.965矿棉渣51750.250.350.700.760.890.916甘蔗纤维板1.52200.060.190.420.420.4
