声学分享丨降噪措施之吸声降噪

首页资讯中心技术资讯

声学分享丨降噪措施之吸声降噪

文章出处：技术资讯网责任编辑admin 阅读量：发表时间：2021-04-16 10:17

吸声降噪
空调系统噪声通过空调末端或建筑结构传播到空调使用房间内，一部分声能直接传播到人耳，称为直达声;大部分的声能通过室内的各个界面多次反射后传播到达人耳，称为混响声。人耳听到的声音为直达声与混响声的叠加。如果在室内天花、墙壁或地板等界面布置吸声材料或吸声构造，吸收掉部分反射声能，可使得混响声减弱，这就是吸声降噪的原理。根据室内稳态声压级计算公式可得到吸声降噪的“降噪量”为:

目前，国内外采用“吸声降噪”的方法进行噪声控制已经非常普遍，一般降噪量可达6dB。不过需要注意的是，吸声降噪只能降低混响声，不能降低直达声，不能把房间内的噪声都吸掉。如果原本房间吸声很少，采用吸声降噪效果明显；如果原来房间已有一定的吸声，则增加同样的吸声量，得到的降噪量就较小。因此，希望只依靠吸声降低噪声级10dB上，通常不可能实现。
多孔吸声材料
吸声材料中最常见的是多孔吸声材料，一般多孔材料的内部有无数微小的孔隙，且各相邻孔隙之间彼此连通，它们通过材料的表面与外界接通。当声波向多孔材料表面入射时，一部分声能直接反射，而另一部分能量进入材料内部传播。当声波在材料内部传播时，会引起材料内部孔隙内的空气运动与构成孔壁的固体结构摩擦，由于空气的粘滞以及热传导效应，使得声能转换为热能并消耗。此外，孔隙中的空气与孔壁、纤维之间的热交换将引起热能损失，导致声能的衰减。通过多孔吸声的理论机理可发现，声波频率和多孔材料内部孔隙内的空气质点的振速直接影响空气与孔壁之间的热交换速度。因此多孔材料在高频噪声具有良好吸声性能。
吸声系数是评价吸声材料吸声性能优劣的主要参数之一。当声波入射到材料表面时，入射声能（Ei）的一部分在材料表面被反射（Er），一部分被进入材料并被其吸收，一部分则透过材料，其中被材料吸收掉的声能所占比率如下式所示。

多孔材料参数对吸声的影响：
1.材料厚度的影响
材料的厚度对其吸声性能有关键性的影响。当材料薄时增加厚度，材料的低频吸声性能将有较大的提高，但厚度对于高频的吸声性能影响较小。

2.材料容重的影响
容重（或密度）对于不同的材料，一般都存在一个最理想的容重范围，在这个范围内材料的吸声性能比较好，而容重过高或过低都不利于提高材料的吸声性能。下图为超细玻璃棉容重变化对吸声系数的影响（厚度为5cm）。

3.背后空腔的影响
空腔深度对低频的吸声影响较大，即材料低频的吸声系数随空腔深度的增大而提高。
当多孔材料背后留有空气层时，与该空气层用同样的材料填满的吸声效果近似。随着空气层厚度的增加，吸声系数的低频逐渐增加，但增加到一定厚度后，效果不再继续明显增加。在实际应用中，为了改善多孔材料的低频吸声性能，往往在材料与刚性壁面之间留有一定深度的空腔，它相当于增加材料层的厚度，也相当于增加了材料的容重，但通过留空腔安装多孔材料的方法，要比增加材料的厚度或容重来提高低频的吸声性更加经济。

当材料后背空腔深度等于1/4波长的奇数倍时，其相应的频率可获得最大的吸声系数。因为离刚性壁面1/4波长处的声压为零，但空气质点的振动速度最大，因此材料所起的摩擦阻尼耗损的声能也最大，从而使材料产生最大的吸声效果。离刚性壁面1/2波长处的声压最大，这时的质点振动速度为零，相应频率材料的吸声系数最小。下图材料空腔深度90mm，材料吸声频率特性曲线，其1/4波长相应的频率为1000Hz左右的吸声系数为最大。而1/2波长相应的频率为2000Hz左右的吸声系数为最小。下图为：材料空腔深度为1/4波长时的吸声特性。

4.护面层的影响
大多数多孔性吸声材料需要在材料表面覆盖一层护面材料。由于护面层本身也具有声学作用，因此对材料层的吸声性能也会有一定程度的影响。
吸声性能好的多孔性材料应要求表面具有良好的透气性。从声阻抗的角度来说，就是希望表面声阻抗率接近空气的特性阻抗。分多孔性吸声材料加上护面层以后，护面层的声质量和声阻就会叠加在原来的声阻抗上。声质量的作用会使共振频率向低频方向移动，这在实际问题中有时反而是有利的。声质量所产生的惯性抗与频率成正比，因此，它在低频的附加声抗很小，对吸声系数幅值的影响可以忽略，而在高频时使得声抗明显提高，从而使得吸声系数降低。声阻的影响往往可以忽略不计，这是因为吸声材料层本身已有相当大的声阻，再增加一点护面层的声阻没有多大实际效果。
对材料的声阻抗已经在较佳状态的吸声材料，护面层的声阻抗应尽量小，以尽可能小地改变材料表面的声阻抗。一般常用的护面层有穿孔板、玻璃布等。对于穿孔板，其穿孔率应大于20%，最好大于25%，才能很好地保证对吸声材料的性能影响较小。
5.温度和湿度的影响
在常温条件下，温度对多孔材料的吸声性能没有什么影响。
在高温或低温条件下，因温度变化而引起声速的变化，从而导致声波波长的改变，使材料的吸声频率特性作相对移动，其变化趋势一般是温度提高，吸声性能向高频移动；温度降低，吸声特性向低频移动。如图所示。

6.多孔材料
在潮湿的环境下使用时，由于吸湿或含水，其内部孔隙被充入水分，使材料内部的孔隙减小，从而影响它的吸声性能。下图为玻璃棉吸水率逐渐增加对吸声的影响，曲线表明，吸水率比较小时如5%，首先使高频的吸声系数降低，随着吸水量的逐渐增加，如吸水率增加到20%及50%，吸声系数不仅高频降低，而且会进一步的扩大至中低频范围。在湿度大的条件下使用吸声材料时，应注意选择具有防潮能力吸声材料，或对材料进行防水保护。