发布日期：2024-07-17 来源: 网络 阅读量（ ）
五金在室内声源所发出的声波的激励下，房间壁、顶、地面等围护结构以及房间中的其他物体都将发生振动。结构或物体有各自的固有频率，当声波频率与它们的固有频率相同时，就会发生共振。这时，结构或物体的振动最强烈，振幅和振动速度都达到最大值，从而引起的能量损耗也最多，因此，吸声系数在共振频率处为最大。利用这一特点，可以设计出各种共振吸声结构，以更多地吸收噪声能量，降低噪声。 皮革、人造革、塑料薄膜等材料具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性。这些薄膜材料可与其背后封闭的空气形成共振系统。共振频率由单位面积膜的质量、膜后空气层厚度及膜的张力大小决定。实际工程中，膜的张力很难控制，而且长时间使用后膜会松驰，张力会随时间变化。因此考虑不受张拉或张力很小的膜，其共振频率可按下式计算： 式中，M 0为膜的单位面积质量(kg/m 2)；L 为膜与刚性壁之间空气膜的厚度(cm)。薄膜吸声结构的共振频率通常在200～1000Hz 范围，最大吸声系数约为0.3～0.4，一般把它作为中频范围的吸声材料。 把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、金属板等板材周边固定在框上，连同板后的封闭空气层，也构成振动系统。这种结构的共振频率可用下式计算： L 为膜与刚性壁之间空气膜的厚度(m)。 K 为结构的刚度因素(kg/m 2s 2)。K 与板的弹性、骨架构造、安装情况有关。对于边长为a 和b ，厚度为h 的矩形筒支薄板， 构造条件下，K =1×106 ～3×106。 当板的刚度因素K 和空气层厚度L 都比较小时，则（5）式与(4)式相同，这时的薄板结构可以看成薄膜结构。但是当L 较大，超过100cm ，(5)式根号内第一项比第二项小得多，共振频率就几乎与空气层厚度无关了。 由式(4)和式(5)式可见，薄膜和薄板共振结构的共振频率主要取决于板的面密度和背后空气层的厚度，增大M 0和L 均可以使f 0下降，实用中薄板厚度常取3～6mm ，空气层厚度一般取3～10cm ，共振频率约在80～300Hz ，故通常用于低频率吸声。常用的薄膜、薄板结构的吸声系数见表2。 穿孔板共振器是噪声控制中使用非常广泛的一种共振吸声结构leyu乐鱼。为了阐述穿孔板共振吸声结构的原理，先看如下的单腔共振吸声结构。 单腔共振吸声结构是一个中间封闭有一定体积的空腔。并通过有一定深度的小孔和声场空间相连。见图1(a)。当孔的深度t和孔径d比声波波长小得多时，孔中的空气柱的弹性形变很小，可以看作一个无形变的质量块(质点)，而封闭空腔V 的体积比孔颈大得多，随声波作弹性振动，起着空气弹簧的作用。于是整个系统 类似于图2(b)中的弹簧振子，称为亥姆霍兹共振器。当外界入射声波频率f和系统的固有频率f0相等时，孔颈中的空气柱就由于共振而产生剧烈振动。在振动中，空气柱和孔颈侧壁摩擦而消耗声能，从而起到了吸声的效果。 式中，c为声速，一般取340m/s，S为孔颈开口面积(m2)，V为空腔容积(m3)，t为孔颈深度(m)，δ为开口末端修正量(m)leyu乐鱼。因为颈部空气柱两端附近的空气也参加振动，所以对t加以修正，(t+δ)为小孔有效颈长。对于直径d的圆孔， 亥姆霍兹共振器的特点是吸收低频噪声并且频率选择性强。因此多用在有明显音调的低频噪声场合。若在口颈处加一些诸如玻璃棉之类的多孔材料，或加贴一层尼龙布等透声织物，可以增加颈口部分的摩擦阻力，增宽吸声频带。 在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空气层，就成为穿孔板共振吸声结构，见图2。这种吸声结构实际上可以看作是由单腔共振吸声结构的并联而成。穿孔板吸声结构的共振频率是： π(7) 式中，c为声速(m/s)，L为板后空气层厚度(m)，t为板厚(m)，d为孔径(m)。 由(6)、(7)式可知，板的穿孔面积越大，吸声的频率越高。空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。一般穿孔板吸声结构主要用于吸收低中频噪声的峰值。吸声系数约为0.4～0.7。 工程上一般取板厚2～5mm ，孔径2～4mm ，穿孔率1%～10%，空腔深(即板后空气层厚度)以10～25cm 为宜。尺寸超以上范围，多有不良影响，例如穿孔率在20%以上时，几乎没有共振吸声作用，而仅仅成为护面板了。 在确定穿孔板共振吸声结构的主要尺寸后，可制作模型在实验室测定其吸声系数，或根据主要尺寸查阅手册，选择近似或相近结构的吸声系数，再按实际需要的减噪量，计算应铺设吸声结构的面积。 图3是填充多孔材料前后吸声特性的比较。填充多孔材料后，不仅提高了穿孔板的吸声系数。而且展宽了有效吸声频带宽度。为展宽吸声频带，还可以采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板吸声结构的组合。 在板厚度小于1.0mm薄板上穿以孔径小于1.0mm的微孔，穿孔率在1%～5%之间，后部留有一定厚度(如5～20cm)的空气层。空气层内不填任何吸声材料。这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声质量leyu乐鱼，高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间。其吸声频率宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。 在实际工程中为了扩大吸声频带宽度，往往采用不同孔径，不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。 微穿孔板可用铝板、钢板、镀锌板、不锈钢板、塑料板等材料制作。由于微穿孔板后的空气层内无需填装多孔吸声材料，因此不怕水和潮气，不霉、不蛀、防火、耐高温、耐腐蚀、清洁无污染，能承受高速气流的冲击，因此，微穿孔板吸声结构在吸声降噪和改善室内音质方面有着十分广泛的应用。 例子：德国新议会大厦会议大厅为玻璃墙面建成的圆形建筑物，耗资2.7亿马克，但建成后由于声学缺陷(声聚焦和声场不均匀)而无法使用。德方请了许多专家都没有解决。1993年一位中国访问学者根据微穿孔理论，在5mm厚的有机玻璃板一用激光穿出直径0.55mm，孔距为6mm的微孔(穿孔率1.4%左右)装于原玻璃墙内侧，成功地解决了这一声学缺陷问题。 薄塑盒式吸声体也称无规共振吸声结构。是由改性的聚氯乙烯塑料薄片成型制成，外形像个塑料盒扣在塑料基片上。其截面形状如图4。 作用，薄片将产生许多振动模式，这些模式取决于它的边界条件，在振动过程中，薄片自身的阻尼作用将部分声能转换为热能。从而起到了吸声的作用。 这种结构的吸声特性，和薄片厚度、内腔变化、断面形状及结构后面的空气层厚度等因素有关。塑料薄片的厚度直接影响结构吸声性能的变化。在保证强度的条件下，面层薄片以薄为宜，有利于高频吸收，而适当增加基片厚度，可以改善低频吸声效果。 结构的断面形式可采用单腔、双腔和多腔结构。使之适应不同的吸声频率特性，恰当地组合内腔可以有效地展宽结构的吸声频率范围，增大结构内腔的容积可以稳定结构在高频范围内的吸声特性。 在结构背后留有空气层，有利于提高低频段的声吸收。一般地说，空气越厚低频吸收频带越宽。在一块基片上进行多个单元结构的组合，使各单元的共振频率无规地分散开。这种结构可以在相当范围内有较高的吸声系数。而且，它还具有结构轻、耐腐蚀、易冲洗等优点，因此是一种很有发展前途的吸声结构。 多孔吸声材料对低频声吸声性能比较差，因此往往采用共振吸声原理来解决低频声的吸收。由于它的装饰性强，并有足够的强度，声学性能易于控制，故在建筑物中得到广泛的应用。 一、单个共振器 1 结构形式 它是一个密闭的内部为硬表面的容器，通过一个小的开口与外面大气相联系的结构，称为核姆霍兹共振器。 单个共振器示意图 2 吸声原理 单个共振器可看成由几个声学作用不同的声学元件所组成，开口管内及管口附件空气随声波而振动，是一个声质量元件；空腔内的压力随空气的胀缩而变化，是一个声顺元件；而空腔内的空气在一定程度内随声波而振动，也具有一定的声质量。空气在开口壁面的振动摩擦，由于粘滞阻尼和导热的作用，会使声能损耗，它的声学作用是一个声阻。当入射声波的频率接近共振器的固有频率时，孔颈的空气柱产生强烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。反之，当入射声波频率远离共振器固有频率时，共振器振动很弱，因此声吸收作用很小，可见共振器吸声系数随频率而变化，最高吸声系数出现在共振频率处。 3 共振频率计算 单个共振器对频率有较强选择性，共振频率f0可由下式求得： 式中，c 为声速；S 为颈口面积，S=πr2；r 为颈口半径；V 为空腔体积；t为颈的深度，即板厚；d 为圆孔直径。因为颈部空气柱两端附近的空气也参加振动，需要对t 进行修正，其修正值一般取0.8d。 二、穿孔板共振吸声结构 1 结构形式 在各种薄板上穿孔并在板后设置空气层，必要时在空腔中加衬多孔吸声材料，可以组成穿孔板共振吸声结构，由于每个开口背后均有对应空腔，这一穿孔板结构即为许多并联的核姆霍兹共振器。一般硬质纤维板、胶合板、石膏板、纤维水泥板以及钢板、铝板均可作为穿孔板结构的面板材料。 穿孔板共振吸声结构简图 2 吸声原理 由于它是核姆霍兹共振器的组合，因此可看作是由质量和弹簧组成的一个共振系统。当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板颈的空气产生激烈振动摩擦，加强了吸收效应，形成了吸收峰，使声能显著衰减；远离共振频率时，则吸收作用小。如果在穿孔板后放置多孔材料增加声阻，会使结构吸收频率带加宽。 3 共振频率计算 穿孔板的共振频率 (Hz) 可按下式计算： 式中，L 为板后空气层厚度；t为板的厚度；d 为孔径；c 为声速；P 为穿孔率（穿孔面积/全面积×100%）。 三、微穿孔板共振吸声结构 1 结构形式 微穿孔板吸声结构是在普通穿孔板的基础上，为了加宽吸声频带，用板厚、孔径均在1mm以下、穿孔率为1%~5%的薄金属板与背后空气层组成共振吸声结构。由于穿孔细而密，因而比穿孔板的声阻大得多，而声质量要小得多，声阻与声质量之比大为提高，不用另加多孔材料就可以成为良好的吸声结构。 五大类吸声材料及吸声结构简介 1、多孔吸声材料 （1）多孔吸声材料的类型包括：有机纤维材料、麻棉毛毡、无机纤维材料、玻璃棉、岩棉、矿棉，脲醛泡沫塑料，氨基甲酸脂泡沫塑料等。聚氯乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料不属于多孔材料，用于防震，隔热材料较适宜。 （2）构造特征：材料内部应有大量的微孔和间隙，而且这些微孔应尽可能细小并在材料内部是均匀分布的。材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不是密闭的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声作用。微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内。 （3）吸声特性主要是高频，影响吸声性能的因素主要是材料的流阻，孔隙，结构因素、厚度、容重、背后条件的影响。 a.材料厚度的影响任何一种多孔材料的吸声系数，一般随着厚度的增加而提高其低频的吸声效果，而对高频影响不大。但材料厚度增加到一定程度后，吸声效果的提高就不明显了，所以为了提高材料的吸声性能而无限制地增加厚度是不适宜的。常用的多孔材料的厚度为: 玻璃棉，矿棉50—150mm 毛毡4---5mm 泡沫塑料25—50mm b.材料容重的影响 改变材料的容重可以间接控制材料内部微空尺寸。一般来讲，多孔材料容重的适当增加，意味着微孔的减少，能使低频吸声效果有所提高，但高频吸声性能却可能下降。合理选择吸声材料的容重对求得最佳的吸声效果是十分重要的，容重过大或过小都会对多孔材料的吸声性能产生不利的影响。 c.背后空气层的影响 多空材料背后有无空气层，对于吸声特性有重要影响。大部分纤维板状多孔材料都是周边固定在龙骨上，离墙50—150mm距离安装。材料空气层的作用相当于增加了材料的厚度，所以它的吸声特性随着空气层厚度增加而提高，当材料 、微孔板吸声结构的理论 在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于等于1.0mm的微孔，穿孔率为1～5%， 消声器 后部留有一定的厚度（5-20cm）空气层，该层不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。它是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p 有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： Z=r+jwm=jctg(WD/C)（1） 式中： ρ--空气密度（kg/cm3）； C--空气中声速（m/s）； D--腔深（mm）； m--相对声质量； r--相对声阻； w--角频率，W=2πf(f为频率)； 而r和m分别由式（2）（3）表达： r=atkr/dzp（2） m=(0.294)×10-3tkm/p（3） 式中： t--板厚（毫米） d--孔径（毫米） p--穿孔率（%） kr--声阻系数kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t km--声质量系数km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t 其中x=abf，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32；对于导热板a=0.235，b=0.21 消声器 。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4) 式中l--常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。上式也可以用式（5）表达： r/m=50f((kr/km)/x2)(5) 而kr/km的近似计算式为： kr/km=0.5+0.1x+0.005x2(6) 利用以上各式就可以从要求的r、m、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到 6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。 共振时的最大吸声系数α0为α0=4r/(1+r)2(7) 具体设计微穿孔板吸声结构时，可通过计算，也可查图表，计算结果与实测结果相近。在实际工程中为了扩大吸声频带的宽度，往往采用不同孔径、不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。 二、微穿孔板理论在抗喷阻消声器设计中的应用 利用微穿孔板声学结构设计制造的消声器种类很多，主要型为抗喷阻型消声器。该型式消声器是用不锈钢穿孔薄板制成，因该九台消声器是用于石化单位，空气腐蚀性比较大，故穿孔板后的空气层内填装的吸声材料为耐腐蚀金属软丝布。利用吸声材料的阻性吸声原理，进一步达到降噪消声的作用， 第2章 吸声和隔声材料 2.3 共振吸声结构 在室内声源所发出的声波的激励下，房间壁、顶、地面等围护结构以及房间中的其他物体都将发生振动。结构或物体有各自的固有频率，当声波频率与它们的固有频率相同时，就会发生共振。这时，结构或物体的振动最强烈，振幅和振动速度都达到最大值，从而引起的能量损耗也最多，因此，吸声系数在共振频率处为最大。利用这一特点，可以设计出各种共振吸声结构，以更多地吸收噪声能量，降低噪声。 一、 薄膜与薄板共振吸声结构 皮革、人造革、塑料薄膜等材料具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性。这些薄膜材料可与其背后封闭的空气形成共振系统。共振频率由单位面积膜的质量、膜后空气层厚度及膜的张力大小决定。实际工程中，膜的张力很难控制，而且长时间使用后膜会松驰，张力会随时间变化。因此考虑不受张拉或张力很小的膜，其共振频率可按下式计算： L M L M c f 0020060021≈=ρπ （3） 式中，M 0为膜的单位面积质量(kg/m 2)；L 为膜与刚性壁之间空气膜的厚度(cm)。薄膜吸声结构的共振频率通常在200～1000Hz 范围，最大吸声系数约为0.3～0.4，一般把它作为中频范围的吸声材料。 当薄膜作为多孔材料的面层时，结构的吸声特性取决于膜和多孔材料的种类 以及安装方法。一般说来，在整个频率范围内吸声系数比没有多孔材料只用薄膜时普遍提高。 把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、金属板等板材周边固定在框上，连同板后的封闭空气层，也构成振动系统。这种结构的共振频率可用下式计算： 020021M K L M c f +=ρπ （4） 式中，ρ0为空气密度，c 为空气中声速(m/s)，M 0为膜的单位面积质量(kg/m 2)； L 为膜与刚性壁之间空气膜的厚度(m)。 K 为结构的刚度因素(kg/m 2s 2)。K 与板的弹性、骨架构造、安装情况有关。对于边长为a 和b ，厚度为h 的矩形筒支薄板， 22222)1(12??? ???????? ??+??? ??-=b a a Eh K ππ （5） 其中E 为板材料的动态弹性模量(N/m 2)，σ为泊松比，对于一般板材在一般 构造条件下，K =1×106 ～3×106。 当板的刚度因素K 和空气层厚度L 都比较小时，则（5）式与(4)式相同，这时的薄板结构可以看成薄膜结构。但是当L 较大，超过100cm ，(5)式根号内第一项比第二项小得多，共振频率就几乎与空气层厚度无关了。 由式(4)和式(5)式可见，薄膜和薄板共振结构的共振频率主要取决于板的面密度和背后空气层的厚度，增大M 0和L 均可以使f 0下降，实用中薄板厚度常取3～6mm ，空气层厚度一般取3～10cm ，共振频率约在80～300Hz ，故通常用于低频率吸声。常用的薄膜、薄板结构的吸声系数见表2。 吸声结构的吸声性能研究 播雨回进 1. 前言 吸声处理是用吸声材料和由其组成的吸声结构降低房间混响声的技术方法。当声波入射到墙上时，如果墙上做了吸声处理，则由墙上反射回来的声波能量会降低。声波穿过多孔材料时，由于力学滞后现象和内摩擦作用，声能下降变为热能，这就是吸声机理。 2. 吸声结构及其影响因素 通常的吸声结构包括两种形式，一种是 共振型，一种是非共振型，对于后者，应当 是单层的多孔吸声材料。 弄清吸声结构的频率特性是吸声设计的 重要依据，频率特性与多孔材料、护面材料、 穿孔率、填充情况、空气层等多种因素有关。 单纯增加材料厚度来提高低频吸声的方 法，有时受工艺或空间限制而不能实现，这 时就应当把材料离开刚性墙一定距离，材料 厚度的中心位置离开墙的距离等于λ/4（λ为 波长），此时吸声系数最大。 如果已知机器的噪声频谱，正确安装吸声材料可保证最大的吸声效果。 在多孔材料表面铺设平板或穿孔板，就 形成平板式或穿孔板共振吸声结构，这种结 构对提高中低频吸声会有效果。 如果在材料表面进行涂层，哪怕是厚度 为０.1-1.5mm，都会影响吸声效果[3]。 3. 吸声系数与穿孔率的关系 当在多孔材料外面覆盖穿孔护面板时，声 阻抗会发生变化，形成共振特性。单位面积 上的孔与板的比率叫穿孔率，穿孔率对吸声 性能影响很大。研究表明合理的穿孔率应该 在10-20%。吸声的频率特性与穿孔率有关， 穿孔率低时，吸声向低频移动。而在高频出 现降低的趋势[3]。 工业上常用金属穿孔板做护面层，以保护 吸声材料不被破坏。最常用的有镀锌穿孔板， 铝合金穿孔板，塑料穿孔板，石棉穿孔板， 胶合板穿孔板等等。 图1给出了6mm厚穿孔胶合板的吸声系 数与穿孔率、吸声材料厚度的关系[3]。 图2给出了4mm厚穿孔塑料板，穿孔直径 为Φ5mm，充填50mm厚的多孔吸声材料，实 验在不同空气层厚度时的吸声特性[3]。 由图1和图2可知，随着空气层厚度的增 一、微孔板吸声结构的理论 在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于等于1.0mm的微孔，穿孔率为1～5%，后部留有一定的厚度（5-20cm）空气层，该层不填任何吸声材料 ，这样即构成了微穿孔板吸声结构。它是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： Z=r+jwm=jctg(WD/C)（1） 式中： ρ--空气密度（kg/cm3）； C--空气中声速（m/s）； D--腔深（mm）； m--相对声质量； r--相对声阻； w--角频率，W=2πf(f为频率)； 而r和m分别由式（2）（3）表达： r=atkr/dzp（2） m=(0.294)×10-3tkm/p（3） 式中： t--板厚（毫米） d--孔径（毫米） p--穿孔率（%） kr--声阻系数kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t km--声质量系数km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t 其中x=abf，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32；对于导热板a=0.235，b=0.21。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。 r/m=(l/d2)×(kr/km)(4) 式中l--常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。上式也可以用式（5）表达： r/m=50f((kr/km)/x2)(5) 而kr/km的近似计算式为： kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2(6) 利用以上各式就可以从要求的r、m、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。 共振时的最大吸声系数α0为α0=4r/(1+r)2(7) 具体设计微穿孔板吸声结构时，可通过计算，也可查图表，计算结果与实测结果相近。在实 5.1.3 共振吸声结构[ 返回本节目录 ] 下面我们以赫姆霍兹共鸣器作为负载的例子来作些分析。设在管末端刚性壁前，放置着 开有小孔的一块平板，板与刚性壁相距为 D ，构成 V ＝ SD 的腔体，其声容为 ， 板上穿孔部分构成一声质量 声阻及 R a ( l 为板厚度， S 0 为小孔击积 ) 。 这一 M a ，R a 与 C a 就构成一个赫姆霍兹共鸣器，见图 5-1-2 所示。我们设 与 ，于是 （ 5 -1- 14 ） 式可改成 图 5-1-2 （ 5 -1- 15 ） 当 或 ，即共鸣器发生共振时，吸声系数达到极大值 （ 5 -1- 16 ） 将 （ 5 -1- 16 ） 式代人 （ 5 -1- 15 ） 式可得如下形式 （ 5 -1- 17 ） 我们引入频率比？ ，以及共振式吸声结构的品质因素 Q R ，与单振子系统中品质 因素定义类似，这里也定义 。而目前的声阻除了小孔的声阻 R a 外，尚应包 括小孔向管中辐射平面波的声辐射阻 ，即？ 。经过换算，不难证明它可等于 （ 5 -1- 18 ） 这里？？ 为与共鸣器共振频率对应的声波波长， （ 5 -1- 17 ） 式可化为 （ 5 -1- 19 ） （ 5 -1- 19 ） 式表示了共振式吸声结构的吸声系数，以 Q R 为参数的频率关系。从此式 还可求得这种吸声结构的吸声频带宽度，为此我们来求与 相对应的 z 值，即令 代入 （ 5 -1- 19 ） 式得 由此解得 z 有两个根 （ 5 -1- 20 ） 从 （ 5 -1- 20 ） 式确定吸声频带宽度为 或表示成 （ 5 -1- 21 ） 由此可见共振式吸声结构的频带宽度由品质因素 Q R 来决定。 Q R 愈大吸声频带愈窄；反之 Q R 愈小吸声频带愈宽。 共振式吸声结构在现代的厅堂、剧院、录音室等的声学设计中已获得广泛应用。实用上是做成穿孔结构形式，常称穿孔板共振吸声结构。这种结构就是在离壁面一定距离处，装上具有一定穿孔率的板状物，它相当于许多共鸣器的并联组成。 5.1.3 共振吸声结构 [ 下一节： 5.2.1 突变截面管道声 传播 ] 第7章 介质对声波的吸收和吸声材料及吸声结构 声音在介质中传播时会有衰减现象，传播过程中由于波阵面的扩张，引起能量空间扩散，以致声波振幅随距离增加而衰减，称这种衰减为几何衰减，又如由于介质中粒子的散射作用，使得沿原来传播方向的声波能量减少，致使声波振幅随传播距离的增加也有明显衰减。这里无论是几何衰减还是散射引起的衰减，对传播的声能都没有消耗作用。显然，这是由于所研究的声波传播规律是建立在理想介质运动规律基础上的缘故。理想介质只作完全的弹性形变，形变过程为绝热，介质内没有阻尼作用，所以声波在传播过程中没有使声能变为其他能量形式的消耗作用。 实际上，声音即使是在均匀的自由介质中传播，由于介质本身对声能的吸收作用，也产生声波沿传播方向衰减的现象。如平面波传播时，也表现出振幅衰减的现象。此外，声波在含有散射体的介质中传播时，由于散射体相对介质的运动及散射体的形变，也使部分声能变为热能形式而损耗，结果表现出更为明显的衰减现象。这些衰减是由于声能转换为其他形式能量引起的，统称为物理衰减。 本章主要讨论均匀介质对声波能量吸收的现象和产生吸收的原因。此外，还介绍一些有关吸声材料和吸声结构的知识，因为吸声技术在声学和水声学的技术应用方面以及声学测量方面具有越来越明显的重要性。 7.1 介质的声吸收 7.1.1 描述介质声吸收的方法 声吸收是指声波在媒质中传播或在界面反射过程中，能量减少的现象。造成声吸收的原因主要是媒质的粘滞性、热传导性和分子弛豫过程，使有规的声运动能量不可逆的转变为无规的热运动能量。 谐和平面声波在介质中传播，12,x x 是沿传播方向的两点，12(),()x x ξξ分别是声波在 12,x x 处的幅值；则1212()1 ln()() x x x x ξαξ= -称作介质的声吸收系数（单位：奈培/米） 。 介质的声吸收系数反映了介质对声波的吸收程度，是平面声波在介质中传播单位距离，幅度相对变化的自然对数值。有时也用…波长声吸收系数?表示介质的声吸收程度，公式如式（7-1）所示。 /) ) () (ln(11波长）（单位：奈培λξξλα+=x x （7-1） 而在水声学中，则用式（7-2）定义介质的声吸收系数。 建筑空间的围蔽结构和空间中的物体，在声波激发下会发生震动，振动着的结构和物体由于自身内摩擦和与空气的摩擦，要把一部分振动能量转变成热能而损耗。根据能量守恒定律，这些损耗的能量都是来自激发结构和物体振动的声波能量，因此，振动结构和物体都会消耗声能，产生吸声效果。结构和物体有各自的固有振动频率，当声波频率与结构和物体的固有频率相同时，就会发生共振现象。这时，结构和物体的振动最强烈，振幅和振速达到极大值，从而引起能量损耗也最多。因此，吸声系数在共振频率处为最大。 一种常有的看法认为：声场中振动着的物体，尤其是薄板和一些腔体，在共振时会“放大”声音。这是一种误解，是把机械力激发物体振动（如乐器）向空气辐射声能时的共鸣现象和空气中声波激发物体振动时的共振现象混混肴了。即使前者振动物体也不是真正的放大了声音，而是提高可辐射声能的效率，使机械激发力做工更有效的转化成声能，而振动物体自身还是从激发源那里吸收能量并加以损耗。 利用共振原理设计的共振吸声结构一般有两种：一种是空腔共振吸声结构，一种是薄板或薄膜吸声结构。需要指出的是，处于声场中的所有物体都会有声波激发下产生振动，只是振动的程度强弱不同而已，有时，一些预先没有估计到的物体会产生相当大的吸声，例如大厅中包金属皮灯罩，可能在某个低频频率发生共振，因为灯多，灯罩展开面积大，结果产生不小的吸声量。 空腔共振吸声结构 空腔共振吸声结构，是结构中间封闭有一定体积的空腔，并通过有一定深度的小孔和声场空间连通，其吸声机理可以用亥姆霍兹共振器来说明。图12-4（a）为共振器示意图。当孔的深度t和孔径d比声波波长小的多时孔径中的空气柱的弹性变形很小，可以作为质量块来处理。封闭空腔V的体积比孔径大的多，起着空气弹簧的作用，整个系统类似图中（b）所示的弹簧振子。当外界入射声波频率f和系统固有频率f0相等的，孔径中的空气柱就由于共振而产生剧烈振动， 皮革、人造革、塑料薄膜等材料具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性。这些薄膜材料可与其背后封闭的空气层形成共振系统。共振频率与膜的单位的面积质量、膜后空气层厚度和膜的张德大小有关。在工程实际中，很难控制膜的张力，而张力会随时间而松弛。 对于不受张力或张力很小的膜，其共振频率可按下式计算： (12-8) 式中M0---膜的单位面积质量，kg/㎡； L---膜与刚性壁之间空气层的厚度，cm。 薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000Hz范围，最大吸声系数约为0.3-0.4，一般把它作为中频范围的吸声材料。 当薄膜作为多空材料的面层时，结构的吸声特性取决于膜和多空材料的种类以及安装方法。一般来说，在整个频率范围内的吸声系数比没有多空材料只用薄膜时普遍提高。 把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、金属板等板材周边固定在框架上，连通板后的封闭空气层，也构成振动系统。这种结构的共振频率f0可用下式计算： (12-9) 式中p0—空气密度，kg/m3； c—空气中声速，m/s； M0—板的单位面积质量，kg/㎡； L—板与刚性壁之间空气层厚度，m； K—结构的刚性因素，kg/（㎡*S2）。 K与板的弹性、骨架结构、安装情况有关。对于矩形简支薄板（变长为a和b，厚度为h）。 (12-10) E为板材料的动态弹性膜量（N/㎡），ó为泊松比。对于一般板材在一般构造条件下，K=（1~3）*106kg/（㎡*S2）。当板的刚度因素K和空气层L都比较小时，则根号内第二项比第一项小得多，可以略去，结果节和式（12-8）相同了。但是当L值较大，超过100cm，根号内第一项将比第二项小得多，共振频率就几乎与空气层厚度无关了。 空间吸声体可以根据使用场合的具体条件，把吸声特性的要求与外观艺术处理结合起来考虑，设计成各种形状（如平板型、锥形、球形或不规则形状，可收到良好的声学效果和建筑效果。 吸声材料的相关知识： 常用的吸声材料有多孔吸声材料、穿孔板吸声材料、薄膜、薄板吸声材料、挂帘吸声材料、空间吸声体等。 吸声机理： 纤维多孔吸声材料，如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等，吸声机理是材料内部有大量微小的连通的孔隙，声波沿着这些孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。多孔材料吸声的必要条件是：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能，事实上，这些材料由于内部孔洞没有连通性，声波不能深入材料内部振动摩擦，因此吸声系数很小。 与墙面或天花存在空气层的穿孔板，即使材料本身吸声性能很差，这种结构也具有吸声性能，如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝吸声砖等。这类吸声被称为亥姆霍兹共振吸声，吸声原理类似于暖水瓶的声共振，材料外部空间与内部腔体通过窄的瓶颈连接，声波入射时，在共振频率上，颈部的空气和内部空间之间产生剧烈的共振作用损耗了声能。亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在共振频率上具有较大的吸声系数。 薄膜或薄板与墙体或顶棚存在空腔时也能吸声，如木板、金属板做成的天花板或墙板等，这种结构的吸声机理是薄板共振吸声。在共振频率上，由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。 吸声材料及吸声结构： 离心玻璃棉 离心玻璃棉内部纤维蓬松交错，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸声材料，具有良好的吸声特性。离心玻璃棉可以制成墙板、天花板、空间吸声体等，可以大量吸收房间内的声能，降低混响时间，减少室内噪声。 离心玻璃棉的吸声特性不但与厚度和容重有关，也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。 离心玻璃棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。离心玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。当声波入射到离心玻璃棉上时，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。 离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸声性能下降；流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸声性能亦下降。对于离心玻璃棉来讲，吸声性能存在最佳流阻。在实际工程中，测定空气流阻比较困难，但可以通过厚度和容重粗略估计和控制。1、随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频变化不大（高频吸收总是较大的）。2、厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加；但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。对于厚度超过5cm的容重为16Kg/m3的离心玻璃棉，低频125Hz约为0.2，中高频（> 500Hz）的吸声系数已经接近于1了。当厚度由5cm继续增大时，低频的吸声系 环保工程师测试专业知识考点：共振吸声 结构 笔者注册环保工程师考试频道为大家整理的备考资料，供大家学习参考。共振吸声结构，和多孔吸声材料相比，一般吸声的频率范围较窄，吸声效率较低，但是它的优点是具有较好的低频吸声效果，吸收的频率容易选择和控制，从而可以弥补多孔吸声材料在低频区域吸声性能的不足。在厅堂的声学处理和噪声控制中，常常用到各种形式的共振吸声结构。1、薄板共振吸声结构将不透气的薄板固定在刚性壁前一定距离处，就构成了板共振吸声结构。这个由薄板和空气层组成的系统可以视为一个由质量块和弹簧组 成的振动系统，当入射声波的频率和系统固有频率接近时，板就产生共振，内部摩擦将声能转换为热能耗散掉。其主要吸声范围在共振频率附近区域。增加板的面密度和空气厚度，可以使结构的共振频率向低频区域移动。常用的板共振结构的共振频率处于80～300Hz的频率范围，吸声系数可达0.2～0.5. 薄板共振吸声频率范围很窄，只能作为以共振频率附近频域为主要吸声范围的结构。通过两个途径可 以适当展宽它的有效吸声范围：一是采用密度很小的薄板进行多层组合；二是在空腔中填充多孔材料以增加板振动的阻尼。如果在板与龙骨之间增加海绵、毛毡、软橡胶等弹性材料层，也可以改善整个结构的吸声特性。2、薄膜共振吸声结构吸声结构中采用的膜状材料，是指刚性很小、没有透气性、受力拉张后具有弹性的材料，如塑料膜、帆布等。常用膜状共振吸声结构的共振频率在200～1000Hz 范围内，共振频率邻近频域的吸声系数一般为0.3～0.4.膜状材料主要用于中频范围的吸声，非常薄的膜共振结构其共振频率可处于高频范围。在实用中，为改善吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材料。3、单腔共振吸声结构单腔共振吸声结构既亥姆霍兹共振吸声器。单腔共振吸声结构由一个刚性容积和一个连通外界的颈口组成。空腔中的空气具有弹性，类似于一个弹簧；颈口处的小空气柱相当于质量块，组成一弹性系统。当声波入射到颈口时，由于孔颈处的摩擦阻尼，使声能变为热能。当入射声波频率等于共振结构的固有频率时，孔颈处的空气柱发生共振，此时此地的振速为极大值，相应吸收的声能量大。外界频率偏离共振频率时，振速相应减小，声能吸收也变少。这种吸声结构吸声频带较窄，具有较强的频率选择性，多用于低频有明显音调噪声的吸收。一般情况下，都是多个共振腔组合使用，很少单独使用，通过调节各腔的结构尺寸来适应不同频率的乐鱼体育共振吸声结构
