新型建筑材料教学课件PPT吸声材料.ppt

第第8 8章章 n一、吸声材料n二、吸声结构n三、室内吸声降噪一一(一一)吸声系数吸声系数 (二二)吸声量吸声量 (二二)多孔吸声材料多孔吸声材料 n吸声材料：能吸收消耗一定声能的材料。n吸声系数：材料吸收的声能（）与入射到材料上的总声能()之比，即 (一一)吸声系数吸声系数 aiEEaEiE【讨论讨论】：表示材料吸声能力的大小，值在01之间，值愈大，材料的吸声性能愈好；0，声波完全反射，材料不吸声；1，声能全部被吸收。吸声系数的影响因素吸声系数的影响因素材料的结构使用条件使用条件声波频率声波频率材料的性质声波入射角声波入射角度度【声波频率】n同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系数。n平均吸声系数 ：工程中通常采用125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz六个频率的吸声系数的算术平均值表示某种材料的平均吸声系数。n通常，吸声材料 在0.2以上，理想吸声材料 在0.5以上。定义：吸声系数与吸声面积的乘积式中 吸声量，m2；某频率声波的吸声系数；吸声面积，m2。(二二)吸声量（吸声量（等效吸声面积等效吸声面积）ASAS【注注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。n总吸声量：若组成室内各壁面的材料不同，则壁面在某频率下的总吸声量为 式中 第i种材料组成的壁面的吸声量，m2；第i种材料组成的壁面的面积，m2；第i种材料在某频率下的吸声系数。(二二)吸声量（吸声量（等效吸声面积等效吸声面积）11nniiiiiAASiAiiS多孔吸声材料多孔吸声材料 n多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。n最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、最初的多孔吸声材料以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主；甘蔗渣等天然动植物纤维为主；n目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。n吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉吸声材料可以是松散的，也可以加工成棉絮状或粘结成毡状或板状。絮状或粘结成毡状或板状。(二二)多孔吸声材料多孔吸声材料 KTV软包阻燃吸声材料软包阻燃吸声材料多孔槽型木质吸声材料多孔槽型木质吸声材料木丝板吸声材料木丝板吸声材料木质穿孔吸声板木质穿孔吸声板丝质吸声材料丝质吸声材料混凝土复合吸声型声屏障混凝土复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障轻质复合吸声型声屏障吸声门吸声门吸声体吸声体1 1 吸声原理吸声原理 n声波入射到多孔吸声材料的表面时，部声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波反射，部分声波透入材料内部微孔分声波反射，部分声波透入材料内部微孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的与筋络之间的摩擦阻力摩擦阻力使声能不断转化为使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热能而消耗；空气与筋络之间的热交换热交换也也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。消耗部分声能，从而达到吸声的目的。2.2.吸声特性及影响因素吸声特性及影响因素 特性特性:高频声吸收效果好，低频声吸收效高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。果差。原因原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的：低频声波激发微孔内空气与筋络的相对运动少，摩擦损小，因而声能损失少，相对运动少，摩擦损小，因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。所以较多。所以多孔吸收材料常用于高中频噪多孔吸收材料常用于高中频噪声的吸收。声的吸收。吸声性能的影响因素吸声性能的影响因素 厚度孔隙率与密度空腔空腔 使用环境使用环境护面层护面层 厚度对吸声性能的影响 图图2-15 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数理论证明，若吸声材料层背后理论证明，若吸声材料层背后为刚性壁面，最佳吸声频率出为刚性壁面，最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声现在材料的厚度等于该频率声波波长的波波长的1/41/4处。使用中，考虑处。使用中，考虑经济及制作的方便，对于中、经济及制作的方便，对于中、高频噪声，一般可采用高频噪声，一般可采用2 25cm5cm厚的成形吸声板；对低频吸声厚的成形吸声板；对低频吸声要求较高时，则采用厚度为要求较高时，则采用厚度为5 510cm10cm的吸声板。的吸声板。同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频率向低频方向近似移动一个倍频程率向低频方向近似移动一个倍频程 由实验测试可知：由实验测试可知：厚度越大，低频时吸声系数越大；厚度越大，低频时吸声系数越大；2000Hz2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；，吸声系数与材料厚度无关；增加厚度，可提高低频声的吸收效果，增加厚度，可提高低频声的吸收效果，对高频声效果不大。对高频声效果不大。n孔隙率：材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。n一般多孔吸声材料的孔隙率70%；n孔隙率增大，密度减小，反之密度增大；n孔隙尺寸越大，孔隙越通畅，流阻越小。孔隙率与密度uPRf过高空气穿透力降低过低因摩擦力、粘滞力引起的声能损耗降低吸声性能下降【讨论讨论】密度太大或密度太大或太小都会影响材料的太小都会影响材料的吸声性能。若厚度不吸声性能。若厚度不变，增大多孔吸声材变，增大多孔吸声材料密度，可提高低中料密度，可提高低中频的吸声系数，但比频的吸声系数，但比增大厚度所引起的变增大厚度所引起的变化小，且高频吸收会化小，且高频吸收会有所下降。有所下降。n一种多孔吸声材料对应存在一个一种多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能的密度范围最佳吸声性能的密度范围。n空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层；空腔：材料层与刚性壁之间一定距离的空气层；n吸声系数随腔深吸声系数随腔深D D（空气层）增加而增加；（空气层）增加而增加；n空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。空腔结构节省材料，比单纯增加材料厚度更经济。空腔对吸声性能的影响 图图 背后空气层厚度对吸声性能的影响背后空气层厚度对吸声性能的影响 n多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加，多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加，但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。n当腔深当腔深D D近似等于入射声波的近似等于入射声波的1/41/4波长或其奇数倍波长或其奇数倍时，吸声系数时，吸声系数最大最大。n当腔深为当腔深为1/21/2波长或其整倍数时，吸声系数波长或其整倍数时，吸声系数最小最小。n一般推荐取腔深为一般推荐取腔深为5 510cm10cm。n天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较大的距离。大的距离。空腔对吸声性能的影响 n实际使用中，为便于固定和美观，往往要对疏松材质的多孔材料作护面处理。n护面层的要求：n良好的透气性；n微穿孔护面板穿孔率应大于20%，否则会影响高频吸声效果；n透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。n对成型多孔材料板表面粉饰时，应采用水质涂料喷涂，不宜用油漆涂刷，以防止涂料封闭孔隙。护面层护面层对吸声性能的影响对吸声性能的影响 温度温度湿度湿度气流气流 使用环境使用环境对吸声性能的影响对吸声性能的影响 l温度引起声速、波长温度引起声速、波长及空气粘滞性变化，及空气粘滞性变化，影响材料吸声性能。影响材料吸声性能。l温度升高，吸声性能温度升高，吸声性能向高频方向移动；向高频方向移动；l温度降低则向低频方温度降低则向低频方向移动。向移动。l通风管道和消声器内通风管道和消声器内 气流易吹散多孔材料，气流易吹散多孔材料，吸声效果下降；吸声效果下降；l飞散的材料会堵塞管飞散的材料会堵塞管 道，损坏风机叶片；道，损坏风机叶片；l应根据气流速度大小应根据气流速度大小选择一层或多层不同选择一层或多层不同的护面层。的护面层。l空气湿度引起多孔材空气湿度引起多孔材料含水率变化。料含水率变化。l湿度增大，孔隙吸水量湿度增大，孔隙吸水量增加，堵塞细孔，吸声系增加，堵塞细孔，吸声系数下降，数下降，先从高频开始。先从高频开始。l湿度较大环境应选用耐湿度较大环境应选用耐潮吸声材料。潮吸声材料。外墙保温吸声层外墙保温吸声层 保温吸声层保温吸声层 阻燃吸声板阻燃吸声板 羊毛阻燃吸声板羊毛阻燃吸声板 注意特殊的使用条件，如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。注意特殊的使用条件，如腐蚀、高温或火焰等情况对多孔材料的影响。n吸声处理中常采用吸声结构。吸声处理中常采用吸声结构。吸声结构二二(一一)薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 (二二)穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 (三三)微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构 n吸声结构机理：吸声结构机理：共振吸声原理共振吸声原理n常用的吸声结构常用的吸声结构图图 薄板共振吸声结构示意图薄板共振吸声结构示意图(一一)薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 空气层空气层龙骨龙骨龙骨龙骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁面刚性壁面n机理：声波入射引起薄板振动，薄板振动克服自身阻尼和板-框架间的摩擦力，使部分声能转化为热能而耗损。当入射声波的频率与振动系统的固有频率相同时，发生共振，薄板弯曲变形最大，振动最剧烈，声能消耗最多。n结构入射声波薄金属板、胶合板、硬质纤维板、石膏板等 n薄板共振吸声结构的共振频率式中式中 板的面密度，板的面密度，kgkgm m2 2，其中，其中m m为板密为板密 度，度，kg/mkg/m3 3，t t为板厚为板厚,m,m；板后空气层厚度，。板后空气层厚度，。【讨论讨论】增大或增大或 增加，共振频率下降。增加，共振频率下降。n 通常取薄板厚度通常取薄板厚度3 36mm6mm，空气层厚度，空气层厚度3 310mm10mm，共振，共振频率多在频率多在8080300Hz300Hz之间，故一般用于低频吸声；之间，故一般用于低频吸声；n 吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.20.20.50.5。MD0600fMDMDMmt空气层空气层龙骨龙骨龙骨龙骨3阻尼材料阻尼材料4薄板薄板1刚性壁面刚性壁面在薄板结构边缘（板在薄板结构边缘（板-龙骨龙骨交接处）填置能增加结构阻交接处）填置能增加结构阻尼的软材料，如泡沫塑料条、尼的软材料，如泡沫塑料条、软橡皮、海绵条、毛毡等，软橡皮、海绵条、毛毡等，增大吸声系数。增大吸声系数。在空腔中，沿框架四周在空腔中，沿框架四周放置多孔吸声材料，如放置多孔吸声材料，如矿棉、玻璃棉等。矿棉、玻璃棉等。采用组合不同单元或不同腔采用组合不同单元或不同腔深的薄板结构，或直接采用深的薄板结构，或直接采用木丝板、草纸板等可吸收中、木丝板、草纸板等可吸收中、高频声的板材，拓宽吸声频高频声的板材，拓宽吸声频带。带。n分类：按薄板穿孔数分为n单腔共振吸声结构n多孔穿孔板共振吸声结构n材料：轻质薄合金板、胶合板、塑料板、石膏板等。穿孔吸声板穿孔吸声板 (二二)穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 n特征：穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的空腔所组成的吸声结构。n又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单孔共振吸声器入射声波入射声波n结构：1.1.单腔共振吸声结构单腔共振吸声结构l封闭空腔壁上开一个封闭空腔壁上开一个小孔与外部空气相通；小孔与外部空气相通；l腔体中空气具有弹性，腔体中空气具有弹性，相当于弹簧；相当于弹簧；l孔颈中空气柱具有一孔颈中空气柱具有一定质量，相当于质量块。定质量，相当于质量块。图图 单腔共振吸声结构示意图单腔共振吸声结构示意图 n原理：入射声波激发孔颈中空气柱往复运动，与颈壁摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也最大，消耗声能最多，吸声性能最好。n单腔共振体的共振频率单腔共振体的共振频率 式中式中 声波速度，声波速度，m/sm/s；小孔截面积，小孔截面积，m m2 2；空腔体积，空腔体积，m m3 3；小孔有效颈长，小孔有效颈长，m m，n若小孔为圆形则有若小孔为圆形则有 式中式中 颈的实际长