吸声相关知识

吸声相关知识

一、吸声原理与吸声量

1、吸声降噪原理

一般未做任何声学处理的工厂车间内，墙壁的内表面往往使用坚硬的材料组成，如混凝土壁面、抹灰的砖墙及背面贴实的硬木板等。这些材料与空气的特征阻抗相差较大，对声波 的反射能力较强。在房间中声源发射声波时，听者接收的声音有直接传来的直达声，也有由 声波传播中受到壁面的多次反射而形成的混响声。直达声与混响声的叠加，增加了听者接收 的噪声强度。实验证明，由于混响的作用，噪声源在车间内所产生的噪声级比在室外产生的噪声级要高近10dB, 这就是常感到室内机器噪声比室外响得多的直接原因。因此必须做相应吸声降噪处理。

原理：噪声源发出的噪声声波遇到这些吸声材料或结构的壁面时，部分声能被吸收掉，使反射声减弱，这时听者接收到的是直达声和已减弱的混响声，总噪声级降低。值得强调的是，吸声处理只能减弱从吸声面上的反射声，即只能降低车间内的混响 声，对于直达声却没有什么效果。因此，吸声处理只有当混响声占主要地位时才有明显的降噪效果，而当直达声占主要地位时，吸声处理作用不大。在直达声影响较大的噪声源的近处，吸声处理的减弱效果远不如在噪声源的远处的效果。

2、吸声系数

声音以声波的形式在空气中传播遇到墙体时，由于介质特性阻抗的变化，部分声能被屏障物反射 回去，一部分被屏障物吸收，如图7-2所示。工程 实际应用中通常采用吸声系数α表示吸声材料吸声能力的大小。吸声系数定义为被材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，即  ，式中E₃－吸收声能， dB；E₁入射声能，dB；E₂反射声能，dB。

从式中可以发现：当声波被完全反射时，吸声系数α=0,说明此材料或结构不能吸收声能；当声波被完全吸收时，则吸收系数α=1,说明没有声波的反射。 一般吸声材料的吸声系数都在0～1之间，α值越大，表明材料的吸声性能越好。

吸声系数的大小与吸声材料的结构、性质、声波入射的频率有关。

3、吸声量

工程上评价一种材料的实际吸声效果时，通常采用吸声量进行评价。材料的吸声系数只能说明吸声材料的吸声性能，并不能表达使用该材料实际吸收声能的多少。吸声材料在使用过程中能够吸收的声能量称作该吸声材料的吸声量，常记作A。吸声量是吸声系数与所使用吸声材料的面积之乘积，不仅与吸声材料的吸声系数αo 有关，而且与该材料的使用面积有关。对于吸声系数为αo、面积为S 的材料，其吸声量：A=S×αo，式中 A—吸声量，m²，S—吸声材料的表面积，m²。

二、吸声材料

1、吸声材料及其吸声机理

多孔吸声材料通常作为主要的吸声材料，种类很多，过去多以棉、麻、棕、丝、毛、 发为主，属天然的具有一定弹性的动、植物纤维，现在按照材料种类可以分为玻璃棉、岩  棉、矿棉等，按多孔性形成机理及结构状况又可分为三种：纤维状、颗粒状和泡沫塑料  等。纤维型材料是由无数细小纤维形状材料堆叠或压制而成的，如毛毡、木丝板、甘蔗纤  维板等有机纤维与玻璃棉、矿渣棉等无机纤维材料。玻璃棉与矿渣棉分别是用熔融状态的  玻璃、矿渣棉和岩石吹制成细小纤维状的吸声材料。泡沫型材料是由表面与内部都有无数  微孔的高分子材料制成的，如聚氨酯泡沫塑料、微孔橡胶等。颗粒状材料主要有膨胀珍珠  岩和其他微小颗粒状材料制成的吸声砖等，如膨胀珍珠岩是将珍珠岩粉碎、再急剧升温焙  烧所得的多孔细小粒状材料，如陶土吸声砖等。

当声波入射到多孔吸声材料表面时， 一部分声波从多孔材料表面反射，另一部分声波  透射进入孔隙，并衍射到材料内部的微孔内。进入多孔材料的这部分声波，会引起孔隙中 的空气运动，从而引起多孔性吸声材料内空气和材料细小纤维的振动，由于空气分子之间  的黏滞阻力，以及孔隙中的空气和孔壁与纤维之间的热传导，从而相当一部分能量转化为  热能而被消耗掉。这就是多孔材料的吸声机理。特别是低频的吸收，主要依靠材料细纤维 的振动来实现。此外，声波在多孔性吸声材料内经过多次反射进一步衰减，当进入多孔性 吸声材料内的声波再次返回时，声波能量已经衰减很多，只剩下小部分的能量，大部分则  被多孔性吸声材料损耗吸收掉。由以上吸声的机理可知，只有那种细孔对外敞开，并且数 量丰富，内部孔与孔之间互相连通的多孔材料才可能使声能深入到材料内层。这样，声波 才可以顺利地透入。而一些具有封闭微孔的整体材料，如聚氯乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料， 虽也属多孔材料，但吸声性能并不理想。

2、吸声材料及其吸声机理

一般多孔吸声材料吸收高频声能效果较好，吸收低频声能效果较差。低频声波入射 时，微孔内空气与纤维(颗粒)振动频率低。而高频声波容易使孔中空气快速振动，从 而消耗较多的声能。微孔中空气质点的振动速度快，也加快了空气与孔壁纤维(颗粒) 间的热交换，增大了声能损耗量。孔径越细或频率越高，这种声能吸收的效果越显著。因 此，多孔吸声材料通常用于中、高频噪声的吸收。改变多孔材料的物理性质与因素，可展 宽多孔吸声材料的吸声带宽，提高材料的吸声性能。

影响材料吸声特性因素除入射声波的频率，还有多孔吸声材料本身的物性。多孔材料 的吸声系数通常随着入射声波频率的增加而增大。大量的工程实践和理论分析表明，影响 多孔性吸声材料吸声性能的主要因素有材料的流阻、材料的厚度、材料体积密度或孔隙 率、温度和湿度等。

3、多孔吸声材料的应用

多孔吸声材料多呈松散状， 一般常将它加工成各种形式的吸声结构，广泛应用于吸声 处理、隔声、消声结构的内衬等，常有以下几种类型：

(1)多孔吸声板、毡与吸声砖。多孔吸声板、毡与吸声砖是用散射的各种多孔吸声 材料加工而成的，如木丝板、矿棉板、甘蔗纤维板、玻璃棉毡、膨胀珍珠岩吸声砖等。使用时，可以整块直接吊在天花板或贴附在四周墙壁上；各种吸声砖可以直接砌筑在需要控 制噪声的场合。

(2)罩面板的多孔吸声结构。有罩面的多孔材料吸声结构是吸声减噪工程中常用的吸声结构。它的构造主要由骨架、罩面层、吸声层等构成。骨架常用木筋、角钢或薄壁型钢，其规格大小视吸声结构面积大小而定。吸声层一般采用超细玻璃棉、矿棉毡等多孔材料，厚度取5～10cm, 由于多孔吸声材料多为松散材料，为防止其脱落， 一般用玻璃布、 细布等透气性好的织物把它包起来，做成棉胎状，这些织物本身是多孔的，对吸声基本没有影响，但它的强度一般较低，无承载能力。不便清洗，外观也比较差，故外表面须加罩面材料，不仅可以防止机械损伤，而且便于清扫，能起到美化室内装饰的作用。罩面板通常为木质纤维板或薄塑料板制作，特殊情况下用石棉水泥板或薄金属板等，孔的形状大多为圆形。穿孔罩面的穿孔率在不影响板材强度的条件下尽可能加大， 一般要求穿孔率不小于20%,孔径宜取4~8mm, 孔心距为11mm、13mm、18mm、20mm等。若为美观而进行表面粉饰时，应用水溶性涂料喷涂，以保证材料表面孔隙不被堵塞。

(3)空间吸声体。为了充分发挥多

孔材料的吸声性能，提高降噪效率，节省吸声材料，工程中可采用空间吸声体的吸声结构，其为室内吸声设计中有效、广泛采用的吸声结构之一。空间吸声体就是把有罩面的多孔材料吸声结构做成各种形状的单元体，空间吸声体彼此按一定间距排列悬吊在天花板下某处，吸声体朝向声源的一面可直接吸收入射声能，其余部分声波通过孔隙绕射或反射到吸声体的侧面、背面，各个面的声能都能被吸收，人们称这种装置为空间吸声体。空间吸声体具有较高的吸声量。空间吸声体吸声系数较高，在一般情况下，空间吸声体可以降低噪声6~  10dB。 实验和工程实践表明：当空间吸声体的面积比为30%~40%(相对于治理车间面积比)时，其吸声效率最高，考虑到吸声降噪量取决于吸声系数及吸声材料的面积这两个因素，因此在实际工程中，空间吸声体的面积比一般取40%～60%,就比全平顶式节省50%左右的材料和投资，而降噪效果则基本相同。因此，只要较少的吸声面积(约为平顶面积的40%)就能达到全部平顶用相同吸声材料饰面的减噪效果。而且空间吸声体省料、装拆灵活，工程上常把它做成固定产品，用户只要按需要购买成品悬挂起来即可。空间吸声体现场施工简单，不影响生产，是发展迅速的一种高效吸声结构。空间吸声体适 用于大面积、多声源、高噪声车间，如织布、冲压钣金、冷作车间、总装试车车间以及大 型空气动力站房等场合。