课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 1 共振式吸声结构
亥姆霍兹共鸣器 ：外界作用的声波的频率与该共振频率一致时，系 统将发生共振，而使系统内的声振动产生强烈放大．如果系统内存 在适当声阻材料，则就会强烈消耗声能，达到良好吸声效果 其短管的面积为S0 ，半径为a0，长为l0而背 腔的体积为V0 =SD , S 横截面积，D 为其 深度．出口处的声阻抗 :
课程: 职业卫生

第5章吸声原理与应用
5 . 1 共振式吸声结构
声阻率比 声抗率比
当平面声波垂直人射时，声强的吸声系数可表示为
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 1 共振式吸声结构
如果ys = 0，f=fr,则吸声系数可达到极大值 ar 仅与声阻率比有关，并且当xs =1 时，a =1 ，入 射声波完全被吸声结构所吸收 .
第5章吸声原理与应用
5 . 4 室内吸声降噪应用
5.4.2无规分布声源降噪处理 单一声源噪声场随离声源会有明显下降；多台产生噪声的机器，总 的直达声随位置的变化并不显著，而直达声空间平均效果统计地也可 以近似地看成是扩散声场
室内的平均降噪量为
因为壁面平均吸声系数与室内总吸声量 应用中也常用总吸声量A 来替代
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
设有一平面声波pi垂直人射于装在刚性 背壁上的多孔吸声材料上，吸声材料的层 厚为l
利用阻抗转移公式写出在x =0 处的声阻抗 率，因为假定在x =l 处为刚性，即zsl= 无穷， 所以可得:
k

c
k 是材料中的波数 ,材料是一般均匀的密实介质，并且对声波的 吸收能力很小 ，则 k是一实数。 如果这一材料层是多孔介质，它对声波会产生很强的吸收作用， 那么这一波数就为复数
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 2穿孔结构的设计
声阻比控制： 半径a ＞ 细管范围，因为半径取较大，所以声阻较小，不足 以达到一般工程应用的吸声系数要求，因而需要在穿孔板后面加贴 一些其他声阻材料，以提高其声阻值,称为穿孔结构
当穿孔半径a介于 之间时，称为微孔，在这范围 内的小孔半径要小得多，以致能产生较大的声阻，加上穿孔率的一 定配合，就能提供适当的声阻率比，满足吸声要求,称为微穿孔结构 还a ＜ , 称为毛细管，因其孔径太细无法制作穿孔结构，但却 满足作为多孔吸声材料以及高声阻材料的要求．
第5章吸声原理与应用
5吸声原理与应用
声波入射到物体的表面，有一部分声波会反射回去，而另一部分 声波会进入物体，进而被物体所吸收而转化成热能 。 声波能量被物体吸收的现象称为吸声 吸声机理：声波在物体内由于产生强烈的勃滞摩擦，使部分能量耗 逸而转为热的过程 两大类吸声原理： 一是共振吸声结构，它是利用入射声波在结构内产生共振，从 而使大量能量耗逸．（利用了共振原理，因而吸声的频带较窄） 另一是由多孔材料构成的吸声材料，它能使大部分声波进入材料， 从而由于材料具有很强的吸声能力，使进入该材料的声波在传播过 程中逐渐消耗尽．（吸声频带就比较宽广）
总声阻抗应等于
称为穿孔板的穿孔率
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 2穿孔结构的设计
设ys =0 ，可求得穿孔结构的共振频率为
穿孔有效长度l：
附加质量
当深度D与波长不是很小时，空腔等效声阻：
总穿孔有效长度l：
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 2穿孔结构的设计
设穿孔板厚度为2*10-3m,孔直径d = 2*10-3m,穿孔率为0.02，空腔深 度0.1m，求共振频率，如果穿孔率为0.01，fr? 答：382.8HZ, 270.3HZ
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
(3)当kl = π，或l = λ/2，即当频率比起产生极大吸声系数时增加一倍时 ，tan kl = 0 ，以致于B = 0 , A = ( tanha0l )-1，吸声系数为:
实际上这时吸声系数会产生一极小值，与这一频率对应的吸收系 数称为反共振吸声系数，该时的频率称为反共振频率fa 一般而言，因为随着频率的不断升高，吸声系数还会不断出现极 大与极小的变化，所以上述出现的极大与极小所对应的频率，常称 为第一共振频率与第一反共振频率．
壁面的吸声系数愈小，则室内产生的声压级就愈高。 噪声的机房，如动力机房、锅炉房、鼓风机房等，其壁面一般都 是由坚硬材料构成的，如水泥壁面．在船上还有用更坚硬材料，如钢 板等做成船舱壁的．在这些机房内常常能产生高于100 分贝，甚至更 高达120 分贝以上的噪声级 室内降噪：在原来坚硬的壁面上敷设吸声性能较好的吸声材料或结 构，使声波射到这些吸声壁面上时，能将尽量多的声音吸掉，以致大 大降低室内的混响声 扩散声场总声压级为 ： R 称为房间常数 S室内壁面的总面积，a平均的壁面无规人射吸声系数 因为吸声系数a是与频率有关的，假定噪声源辐射的是一窄带噪声， 例如是中心频率为f 的1/3倍频程噪声
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 4 室内吸声降噪应用
设吸声处理前后的房间常数分别: 因而吸声处理后的室内噪声将降低(降噪量在不同位置是不相同的 )
假定测量点在噪声源附近，这时直达声为主，即有
如果离开声源足够远
式中只含有吸声处理前后的平均吸声系数，显然这时降噪量达到 了最大值
课程: 职业卫生
多孔吸声材料的特点是吸声性能高频优于低频． 共振式吸声结构主要是利用了共振效应，因而其有一定的频带限 制 , 常适于低频段(低频段具有明显峰值),500HZ,很少超过 1000HZ
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 2穿孔结构的设计
穿孔相当于声质量，每一小孔就占着其 中一个小空间，形成· 等效的声容 因此穿孔板共振结构的共振频率也与单 个共鸣器的共振频率相当 单个共鸣器的声阳抗:
课程: 职业卫生
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
(4)下限频率fl :它是指吸声系数在共振频率以下降至共振值的一 半时所对应的频率 。倍频程数 ： 为下频带宽
多孔材料吸收系数(毛细管,取与频率平方根成正比 )
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 4 室内吸声降噪应用
5.4.1 单一声源
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
•由毛细孔或缝隙结构构成的多孔材料，具有吸声的基本功能 •一方面能使空气中的声波能量容易进人多孔材料，而同时又 能在材料中传播时被大量的吸收掉
•高频优于低频，频率范围是较宽的
•多孔吸声材料的吸声功能主要还得依靠在材料中将声能逐渐 消耗掉，因此吸声能力还与材料的厚度有关
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
声波在材料中的声压吸收系数，是频率的函 数，一般都是随着频率升高而增加
声波垂直人射于吸声界面时，其吸声系数可由下式确定
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
（1）当kl = п/2 或 l = λ/4(材料中波长),tankl = ∞以至于B = 0,A = tanha0l ,吸声系数会呈现一个极大值aM 。这一极大值称为共 振吸声系数，而与其对应的频率fr 称为共振频率 。
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 3多孔吸声材料
( 2 ）如果材料中的吸收系数a0很大，以致于a0l >>1 ，则sha0l = cha0l-> ∞ , tanha0l ->1，而B = 0 , A = 1 ，因而有
如果由于材料的吸收系数很大，以致于在材料厚度l内已几乎能把 声波全部吸掉.这时，吸声系数就趋近于一个恒定值ah,仅与γ 值有关 一般多孔材料的吸声系数在高频时会存在一个极限值，而这一极 限值的大小基本上仅与特性阻抗比γ有关 当γ=1 时，有ah=1．这时声波不仅能全部进人材料内，并且被材 料全部吸收掉，产生最佳的吸声效果
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 1 共振式吸声结构
共振式吸声结构的品质因素QR
吸声结构的吸声频带宽度 : 令a=ar/2，得： 确定吸声频带宽度为：
共振式吸声结构的频带宽度由品质因素QR决定
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 1 共振式吸声结构
结构的吸声性能影响个参数 :共振频率fr 声阻率xs 品质因索Qr fr主要决定待吸声处理的主要频段; xs可以决定在fr时吸声的最佳效果， 而Qr决定了具有最佳吸声效果的频带宽度 。有时为了顾及吸声频 带宽度，就不得不改变xs值而牺牲吸声效果
成正比，因而在工程
课程: 职业卫生
第5章吸声原理与应用
5 . 4 室内吸声降噪应用
工程计算实例．设有一动力机组在机房内产生很强的噪声．其在处理 前测得各倍频程中心频率的声压级与对应的A 声级以及它们的总声压 级与总A 声级．这时机房内的平均吸声系数也可测得．现对该机房进 行吸声降噪处理．处理后室内平均吸声系数大为增加，以致室内A 计 权总声级也大为下降．