第六章吸声与室内声场课件.ppt

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1、第六章 吸声和室内声场,吸声和吸声系数多孔吸声材料吸声结构室内声场与吸声减噪处理,第六章 吸声和室内声场吸声和吸声系数,第一节 吸声和吸声系数,吸声 利用吸声材料和吸声结构降低室内噪声的方法。吸声系数：上式中：E为入射总声能；E被材料或结构吸收的声能；Er被材料或结构反射的声能；r为反射系数。,第一节 吸声和吸声系数吸声,吸声量：等效吸声面积，即吸声系数与吸声面积的乘积。A S不同材料的总吸声量为：,吸声量：等效吸声面积，即吸声系数与吸声面积的乘积。,吸声系数的测量混响室方法 把被测吸声材料按一定要求放入混响室，将不同频率的声波以相同几率从各个角度入射到材料表面，根据混响室内放进吸声材料前后混

2、响时间的变化来确定材料的吸声特性。驻波管方法 被测材料置于驻波管一端，用声频信号发生器从驻波管一端向另一端发射平面波，声波垂直入射到材料表面，部分吸收，部分反射。反射波与入射波相互叠加产生驻波，根据测得的驻波声压的极大值和极小值，就可以计算垂直入射系数。,吸声系数的测量,第二节 多孔吸声材料,吸声原理吸声材料种类纤维型：毛、木丝、玻璃棉、矿渣棉泡沫型：聚氨酯泡沫塑料，微孔橡胶吸声建筑材料：膨胀珍珠岩、多孔陶土,第二节 多孔吸声材料吸声原理,吸声特性及影响因素 空气流阻：吸声材料中压力梯度与气流限速度之比。反映空气通过多孔材料时阻力大小。比流阻：单位厚度材料的流阻。材料密度与厚度背后空气层护面层

3、,吸声特性及影响因素,吸声体：所有护面的多孔吸声结构做成各种形状的单块。悬吊的立体多面吸声结构称作空间吸声体。空间吸声体吸声的影响因素：吸声材料的吸声系数空间吸声体的面积比值空间吸声体吊装高度与悬挂间距,吸声体：所有护面的多孔吸声结构做成各种形状的单块。悬吊的立体,第三节 吸声结构,薄膜和薄板共振吸声结构构造吸声机理：声能转化为热能薄膜共振频率上式中c为声速，0为空气密度，m为膜的面密度，L为板后空气层厚度。,第三节 吸声结构薄膜和薄板共振吸声结构,薄板共振结构 共振频率 上式中，f0为固有频率，0为空气密度，K为结构刚度，M为振动物体的质量。,薄板共振结构龙骨空气层垫衬薄板,已知薄板劲度：上

4、式中E为板材的动态弹性模量，为泊松比，a、b为板的边长，h为板材厚度。,已知薄板劲度：,单孔共振吸声结构结构吸声机理 吸声特性 上式中，S为小孔截面积，V为空腔体积，t为小孔颈长，为开口末端修正量，若小孔为圆形，则可近似等于为：,单孔共振吸声结构Vtd,多孔穿孔板共振吸声结构构造：单孔共振器的并联组合吸声机理：同单孔共振结构吸声特性 上式中h为空气层厚度，P为穿孔率,PS/F，S为小孔的面积，F为每一共振单元所占薄板的面积。,多孔穿孔板共振吸声结构,穿孔率的计算：设孔间距为B，孔径为d，小孔为正三角形排列 小孔按正方形排列,穿孔率的计算：,吸声带宽 假设在f0处的最大吸声系数为，则在f0附近能

5、保持吸声系数为/2的频带宽度f为吸声带宽。吸声系数高于0.5的频带宽度：,吸声带宽,已知穿孔板厚度为1.5毫米，穿孔率为3%，空腔厚度L10cm，孔颈d0.8mm，求共振频率f0。解：,已知穿孔板厚度为1.5毫米，穿孔率为3%，空腔厚度L10c,微穿孔板吸声结构结构 厚度小于1mm薄板钻以孔径小于1mm的小孔，薄板固定在壁面上，板后留适当厚度的空气层共振频率 D为腔深，m为相对声质量，c为声速,微穿孔板吸声结构,半吸收频率的相对半宽度共振时的最大吸声系数,半吸收频率的相对半宽度,第五节 室内声场与吸声减噪,扩散声场 室内声能密度处处相同，在任何一点上，从各个方向传来的声波几率，声波相位是无规则

6、的，这样的声场称作扩散声场。直达声场 声强,第五节 室内声场与吸声减噪扩散声场,声压Pd声能密度Dd声压级Lpd,声压Pd,混响声场 假定混响声场为理想的扩散声场平均自由程：单位时间内，声波在房间边界面上两次相邻反射间总路程的平均值。,混响声场,声速为c时，声波传播一个平均自由程的时间为：单位时间内，声波在壁面上反射的次数n为：,声速为c时，声波传播一个平均自由程的时间为：,平均吸声系数室内声场达到稳定状态时，声源提供的混响声能等于被吸收的混响声能，即：,平均吸声系数,令 为房间常数，则得：而某点的直达声能密度,令 为房间常数，,室内某点的声能密度应为直达声能密度与混响声能密度之和，所以有：最

7、后得到室内某点的声压级为：,室内某点的声能密度应为直达声能密度与混响声能密度之和,室内声场衰减增长过程：稳态过程：声源提供的声能等于被吸收的声能衰减过程（混响过程）,室内声场衰减,室内声场的声能密度 由于室内声能密度因空气吸收而衰减的规律是指数关系，所以经过时间t后声能密度为：上式中的m为空气衰减系数,室内声场的声能密度,混响时间：当室内声场达到稳定后，声源突然停止发声，室内声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级衰减60dB，记作T60。当室内声音频率低于2000Hz时，衰减系数m可忽略不计，则上式可简化为,混响时间：当室内声场达到稳定后，声源突然停止发声，室内声能密,吸声减噪量的计算混响半

8、径吸声减噪量：吸声处理前的声压级和处理后声压级之差。,吸声减噪量的计算,对于处于混响半径以外的区域，上式可简化为：对于一般室内稳态声场，可用下式计算其吸声降噪量,对于处于混响半径以外的区域，上式可简化为：,第 七 章 隔 声,隔声的评价单层匀质墙的隔声性能双层墙的隔声隔声间隔声罩声屏障,第 七 章 隔 声隔声的评价,第一节 隔声的评价,隔声概述隔声：用构件将噪声源和接收者分开，阻断空气声的传播，从而达到降噪目的的措施。隔声原理：声波在通过空气的传播途径中，碰到匀质屏蔽物时，由于两分界面特性阻抗的改变，只有一部分声能可以透过屏蔽物传到另一个空间中。隔声构件：具有隔声能力的屏蔽物,第一节 隔声的评

9、价隔声概述,透声系数 It为透过隔声构件的声强；I i为入射到隔声构件上的声强隔声量平均隔声量隔声指数,透声系数,第二节 单层匀质密实墙的隔声,隔声的质量定律定律的推导,pt,pr,pi,第二节 单层匀质密实墙的隔声隔声的质量定律 pt pr pi,质点振动速度,质点振动速度,在 x0处，有声压连续，质点振动速度连续 在 xD处，有声压连续，质点振动速度连续,在 x0处，有声压连续，质点振动速度连续,由此可求得透射波在x=D界面上的声压和在x=0界面上的声压之比,声波垂直入射时的隔声量：一般情况下，上式可简化为,声波垂直入射时的隔声量：,对于一般重隔墙，通常有 所以上式可简化为：,第六章吸声与

10、室内声场课件,无规入射条件下，估算隔声量的经验公式；无规入射角在0o到80o之间在频率1003000Hz范围内，估算平均隔声量的经验公式；,无规入射条件下，估算隔声量的经验公式；,吻合效应：由于墙板自身的弹性性质，当声波以某一角度入射到构件上时，激起构件的弯曲振动，当入射声波以某一角度入射到构件上时，正好与构件的弯曲振动发生吻合时，构件的弯曲振动及向另一面的声辐射发生吻合时，构件的弯曲振动及向另一面的生辐射都达到极大，相应隔声量为极小。,吻合效应：由于墙板自身的弹性性质，当声波以某一角度入射到构件,由平面声波激发的自由弯曲波,sin 入射反射透射弯曲波的方向,发生吻合效应的条件 发生吻合效应时

11、，墙板弯曲波的波长B与入射角之间存在如下关系 由于sin 小于等于1，可以得到发生吻合效应的条件是：,发生吻合效应的条件,式中的E 为杨氏模量，为泊松比临界吻合频率：sin 1，B 时的入射声波的频率为发生吻合效应的最低频率，即临界吻合频率。,第六章吸声与室内声场课件,单层匀质墙隔声频率特性 单层匀质墙的隔声量的变化规律劲度控制区：随入射声波的频率的增加，墙板的隔声量逐渐下降。频率每增加一个倍频，隔声量下降6dB。阻尼控制区：入射声波的频率与墙板的固有频率相同时，引起共振，隔声量曲线呈显著低谷。质量共振区：隔声量随入射声波的频率直线上升。吻合效应区：隔声量有较大下降，形成吻合谷。,单层匀质墙隔

12、声频率特性,第三节 双层隔声结构,双层墙的隔声特性结构：两层匀质墙之间夹一定厚度的空气层所组成的结构隔声机理：当声波透过第一层墙时，由于空气层与墙板特性阻抗的差异，造成声波的两次反射，形成衰减，并且由于空气层的弹性和附加吸收作用，使振动的能量衰减较大，然后再传给第二层墙，又发生声波的两次反射，使透射声能再次减少，因而总的透射损失更多。,第三节 双层隔声结构双层墙的隔声特性,共振频率当声波以角入射时：单位面积质量不相等的两隔层,共振频率,双层墙的隔声特性f f0 时，双层墙板作整体振动，隔声量等同同样重量的单层墙；f 比 f0 稍大时,双层墙的隔声特性,当频率更高，不能满足kD1时，D为半波长的

13、整数倍时，隔声量 D为1/4波长的奇数倍时，隔声量 相当于两个隔墙的隔声量之和再增加6dB,当频率更高，不能满足kD1时，,垂直入射时双层墙的频率特性,cTL/dBf/Hzabdef垂直入射时双层墙的频率,工程中估算双层结构隔声量的经验公式平均隔声量的经验公式 TL为空气层附加隔声量，可以由图查出,工程中估算双层结构隔声量的经验公式,双层墙设计时应注意：防止声桥的出现；双层墙板只有在 f f0 时才具有较好的隔声效果；可用两种厚度不同的单墙以避免吻合效应使隔声量下降多层复合板的隔声多层复合隔声结构分层材料的阻抗各不相同，故声波在分界面上产生反射。夹层材料的阻尼和吸声作用。材料的厚度和材质不同，

14、改善共振区与吻合区的隔声低谷。,双层墙设计时应注意：,第四节 隔 声 间,隔声间的降噪量 插入损失IL 式中A为隔声间的内表面总吸声量；S为隔声间内表面的总面积；Si为第i种构件的面积；TLi为第i个构件的隔声量。,第四节 隔 声 间隔声间的降噪量,隔声门构造 双层轻便门，在两层间加吸声处理，采用多层复合结构门缝密封隔声窗：采用双层和多层玻璃,隔声门,第五节 隔 声 罩,隔声罩的插入损失 插入损失IL 式中：为内吸声材料的吸声系数；TL为隔声罩罩壁的隔声量。对于局部封闭的隔声罩，插入损失为：式中：S0和S1分别为非封闭面和封闭面的总面积。隔声罩的设计要点,第五节 隔 声 罩隔声罩的插入损失,柴

15、油发电机隔声罩,粉碎机隔声罩,柴油发电机隔声罩粉碎机隔声罩,第六节 声 屏 障,声屏障的降噪原理 具有较大隔声量，且尺寸大于入射声波波长的障碍物，可以反射大部分声能，在其后形成声影区，该区域内仅能接收到很少的投射声能和衍射声能。,第六节 声 屏 障声屏障的降噪原理,声屏障的插入损失对点声源，无限长声屏障的插入损失,声屏障的插入损失cd接收者ab,对于线声源，其插入损失要比上式计算出的降低,对于线声源，其插入损失要比上式计算出的降低,声屏障设计要点声屏障本身要具有足够的隔声量声屏障必须配合一定的吸声处理声屏障主要用于阻断直达声声屏障与其他构件的连接处，要密封声屏障的设计要符合力学要求声屏障的高度

16、和长度的计算要有现场实际情况计算确定,声屏障设计要点,第九章 消 声 器,消声器的分类、评价和设计程序阻性消声器抗性消声器阻抗复合式消声器微穿孔板消声器扩散消声器应用实例,第九章 消 声 器消声器的分类、评价和设计程序,第一节 消声器的分类、评价和设计程序,对消声器的基本要求声学性能空气动力性能机械结构性能外形和装饰价格费用要求,第一节 消声器的分类、评价和设计程序对消声器的基本要求,消声器声学性能评价量插入损失：系统中插入消声器前后在系统外某定点测得的声功率级之差。传声损失TL：消声器进口端与出口端声功率级之差。减噪量：进口端面的平均声压级与出口端面的平均声压级之差。,消声器声学性能评价量,

17、衰减量LA：消声器内部两点间的声压级的差值。消声器的分类消声器的设计程序噪声源现场调查及特性分析噪声标准的确定消声量的计算选择消声器的类型检验,衰减量LA：消声器内部两点间的声压级的差值。,消声器的压力损失局部阻力损失He沿程阻力损失消声器总压力损失,消声器的压力损失,第二节 阻 性 消 声 器,阻性消声器原理声波在阻性管道内的衰减 经验计算式高频失效频率当频率高于失效频率时，每增高一个频带，其消声量损失为：,第二节 阻 性 消 声 器阻性消声器原理,阻性消声器的种类直管式消声器片式消声器蜂窝式消声器折板式消声器迷宫式消声器盘式消声器弯头式消声器,阻性消声器的种类,气流对阻性消声器性能的影响气

18、流对声传播规律的影响 上式中的M为马赫数，等于气流速度与声速的比值。M=v/c 气流方向与声传播方向一致时M0，（）变大，对消声有利由于折射，声波向管道中心弯曲，对吸声不利,气流对阻性消声器性能的影响,气流再生噪声的影响气流再生噪声的产生原因振动噪声湍流噪声气流再生噪声的A声级阻性消声器的设计确定消声量选定消声器的结构形式正确选用吸声材料确定消声器的长度选择吸声材料选择吸声材料的护面结构验算消声效果,气流再生噪声的影响,应 用 实 例,某型号风机，风量为40m3/min，进气管口直径为200mm。在距进气口3m处测得的噪声频谱如表所列，要求消声后在距进气口3m出达到NR90，试对进气口作阻性消

19、声器设计。,应 用 实 例某型号风机，风量为40m3/min，进气管口直,序号项目倍频程中心频率/Hz63 125 2,解：根据噪声频谱，确定所需的消声量。根据风机的风量和管径，选择直管阻性消声器。根据适用环境和噪声频谱，选择吸声材料，并查表得消声系数。计算各频带所需的消声器长度。计算高频失效频率,解：,第三节 抗 性 消 声 器,扩展室式消声器消声原理 声压方程,s1,第三节 抗 性 消 声 器扩展室式消声器pt s20 xpi,质点速度方程在x0处，根据声压连续条件有在x0处，体积速度连续，即流入的流量率和流出的相等,质点速度方程,由上式得到声压反射系数为：同样得到声强的反射系数和透视系数

20、：声功率透射系数为,由上式得到声压反射系数为：,单节扩张式消声器的声强透射系数,单节扩张式消声器的声强透射系数lS1S2,消声量的计算单节消声器的传声损失：式中：mS2/S1为抗性消声器的扩张比当，TL达最大值当，TL0,消声量的计算,改善消声频率特性的方法设计多节扩张室将单节 扩张式改进为内插管式上截止频率：当m增大到一定数值后，波长很短的高频声波以窄束形式从扩张室中央通过，使消声量急剧下降。下截止频率,改善消声频率特性的方法,共振式消声器消声原理与计算公式当声波波长大于共振消声器最大尺寸的3倍时，其 共振吸收频率 上式中的G为传导率，其值为：式中，S0为孔颈的截面积，d为小孔直径，t为小孔

21、颈长。,共振式消声器,共振消声器的消声量 式中，S为气流通道的截面积，V为空腔体积。噪声源为连续的宽频带时：倍频带 对1/3倍频带多孔共振消声器：总传导率等于各孔传导率之和,共振消声器的消声量,改善消声性能的方法选定较大的K值增加声阻多节共振腔串联共振消声器的设计根据消声量和主要频率，确定相应的K值求出共振腔的体积和传导率设计消声器的几何尺寸设计时应注意的问题,改善消声性能的方法,在管径为100mm的常温气流管道上，设计一单腔共振消声器，要求使其中的125Hz的倍频程上有25dB的消声量。,在管径为100mm的常温气流管道上，设计一单腔共振消声器，要,解：计算通流面积为0.00785m2根据消

22、声量 求得K3.913确定共振腔体积,解：,确定设计方案为与管道同轴的圆筒形共振腔，其内径是100mm，外径是400mm，则共振腔的长度为0.23m。选用2mm厚的钢板，孔径为0.5cm，由 求得n为44验算,确定设计方案为与管道同轴的圆筒形共振腔，其内径是100mm，,共振频率的波长：设计的共振腔消声器的最大几何尺寸小于共振波长的1/3，符合要求。,共振频率的波长：,干涉式消声器无源干涉式消声器 抵消频率有源消声器：对于一个待消除的声波，人为地产生一个幅值相同而相位相反的声波，使它们在一定空间区域内相互干涉而抵消。,干涉式消声器,第四节 阻抗复合式消声器,阻性扩张室复合消声器式中：为粗管中吸

23、声材料单位长度的声衰减。阻性共振腔复合消声器,第四节 阻抗复合式消声器阻性扩张室复合消声器,第五节 微穿孔板消声器,消声原理消声量的计算 式中：r为相对声阻；S为通道截面积；V为板后空腔体积；fr为微穿孔板的共振频率。,第五节 微穿孔板消声器消声原理,式中：t为微穿孔板厚度；P为穿孔率；D为板后空 腔深度；d为穿孔直径。对于高频噪声，其消声量可用以下经验公式计算 式中：v为气流速度，适用于20120 m/s,第六章吸声与室内声场课件,第六节 扩散消声器,小孔喷注消声器消声原理：喷注噪声的峰值频率为：插入损失 式中xA为11200Hz的斯托罗哈尔数；v为喷注速度；D为喷口直径。,第六节 扩散消声

24、器小孔喷注消声器,当xA1时，上式可简化为：多孔扩散消声器节流减压消声器消声原理：把压力突变排空改为渐变排空以获得消声效果。消声量,当xA1时，上式可简化为：,其他类型消声器喷雾消声器引射掺冷消声器,其他类型消声器,第十章 隔振技术及阻尼减振,振动对人体的影响和评价振动控制的基本方法隔振原理隔振元件阻尼减振,第十章 隔振技术及阻尼减振振动对人体的影响和评价,第一节 振动对人体的影响和评价,振动对人体的危害振动速度级Lu（分贝）式中u为振速的有效值，为参考振速。局部振动标准（图10-2）整体振动标准（图10-3、4）环境振动标准,第一节 振动对人体的影响和评价振动对人体的危害,第二节 振动控制的

25、基本方法,振动的传播规律振动控制的基本方法减少振动源的扰动防止共振采用隔振技术,第二节 振动控制的基本方法振动的传播规律振动源传递介质接受者,第三节 隔 振 原 理,振动的传递和隔离根据牛顿第二定律，系统的运动方程为：式中，阻尼系数；K为弹性系数设外激励力为简谐力，即FF0 cost定义衰减系数；固有角频率,第三节 隔 振 原 理振动的传递和隔离MFF0 cost,振动系统的运动方程可写为：上式的解为：式中的Zm为力阻抗，其值为：,振动系统的运动方程可写为：,有阻尼的振动系统在简谐策动力的作用下，振动持续一个很短时间后，即成为简谐振动。其振幅为：,有阻尼的振动系统在简谐策动力的作用下，振动持续

26、一个很,进一步将上式变形为：并令 为隔振系统的临界阻尼；为阻尼因子，得到：,进一步将上式变形为：,当，Zm为极小值，这时系统的振幅为：隔振的力传递率力传递率Tf：通过隔振装置传递到基础上的力Ff的幅值Ff0与作用于振动系统上的激励力的幅值F0之比。通过弹簧和阻尼传递给基础的力：,当,其幅值为：根据力传递率的定义，得到：,其幅值为：,当系统为单自由度无阻尼振动时，上式简化为：振动级：隔振效率隔振设计图,当系统为单自由度无阻尼振动时，上式简化为：,第四节 隔 振 元 件,金属弹簧隔振器优点：能承受各种环境因素；设计加工简单，能保持稳定的性能；允许位移大，在低频可保持较好的各种性能。缺点：在共振频率

27、附近有较高的传递率；在高频区域，隔振效果差。,第四节 隔 振 元 件金属弹簧隔振器,使用和设计程序确定机器设备的重量和可能的最低激振力频率，预期的隔振效率和安装支点的数目；确定钢弹簧的静态压缩量x（根据图10-8）；确定弹簧的劲度K 螺旋弹簧的竖向劲度 式中，G为弹簧的剪切系数，对于钢弹簧取8106；n0为弹簧有限工作圈数；D为弹簧圈平均直径；d为弹簧条直径,使用和设计程序,计算弹簧条直径d 式中，CD/d，一般取410；W0为弹簧上的载荷；r为弹簧材料的容许扭应力，对钢弹簧，取4104；计算弹簧的圈数包括有效工作圈数n0和不工作圈数n 计算弹簧高度，一般 H与 D 的比值应不大于2。,计算弹

28、簧条直径d,例：某风机重量为4600N，转速1000r/min，由重量为1300N的电机拖动（电机的激励力不计）。电机与风机安装在重量为1000N的公共台座上，采用钢螺旋隔振器4点支撑。要求隔振效率90，计算所需要的各有关参数。,例：某风机重量为4600N，转速1000r/min，由重量为,解：计算每个弹簧的平均荷载确定被隔振机组的固有频率和弹簧静态压缩量计算钢弹簧的劲度采用螺旋形钢弹簧，取C 5计算弹簧条直径计算弹簧圈数计算弹簧高度,解：,橡胶减振器橡胶隔振垫其他隔振元件空气弹簧酚醛树酯玻璃纤维板,橡胶减振器,第五节 阻 尼 减 振,阻尼减振原理 式中，是损耗因数，用来表示阻尼大小；E为薄板振动时每周期损耗的能量；Ep为系统的最大弹性势能。薄板受迫振动的位移 振速为：,第五节 阻 尼 减 振阻尼减振原理,阻尼力在位移dy上消耗的能量为：阻尼力在一个周期内消耗的能量为：系统是最大弹性势能是：最后得到损耗因数：,阻尼力在位移dy上消耗的能量为：,阻尼材料基料填料溶剂阻尼减振措施自由阻尼层结构约束阻尼层结构,阻尼材料,