【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 材料是指材 料的平均吸聲系 數(shù)在125Hz、250Hz、500H、1KHz、2KHz、4KHz這6個(gè)中心頻率倍頻帶吸聲系數(shù)的算術(shù)平均 料。目前，主要應(yīng)用的是多孔吸聲 材料，包括玻璃棉、棉麻植物纖維、泡 沫鋁以及陶土吸聲磚等。多孔吸聲材 料主要吸收中高頻噪聲 ，對(duì)低頻聲的吸聲性能一般較差。 多孔 材料的吸 聲性 能 與材料的厚度、容重、背后空氣層 的厚度以及入射聲波的頻率有關(guān)。多孔材料的吸聲系 數(shù)一般都隨著頻率的增大而增大，在一 定的頻率下大致要達(dá)到 固 定值。若將多孔材 料裝置在離剛性壁 一段距離處，即在其間留有一定厚度的空氣層，則它的吸聲系數(shù)就會(huì) 增大。 當(dāng)空氣層的厚度近似等于入射 聲波的1/4波長(zhǎng)時(shí)，吸聲 系數(shù)最大，當(dāng)其厚度等于1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，則吸聲系數(shù)最小。另外，不同的溫度 和濕度對(duì)多孔材料的吸聲性能 有不同的影響。因此很多 情況下，往 往采用共振吸聲 結(jié)構(gòu)解決低 頻聲的吸收問(wèn)題。較為常用的吸聲結(jié)構(gòu)有空 氣層吸聲結(jié)構(gòu)、薄膜共振吸 聲結(jié)構(gòu)和 板共振吸聲結(jié)構(gòu)等。吸聲降噪就 是在室內(nèi)增加吸聲材料，能提 高房間平均吸 聲系數(shù)，減少混響聲聲能密度，從而降低總聲壓級(jí)。根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律（），可得吸聲系數(shù)。 (41) 1）吸聲系數(shù) (42)當(dāng)=0 時(shí)，材料不吸聲；當(dāng)=1時(shí)，入射聲能完全被吸收。聲波入射至多孔材料表面上，大部分聲波將通過(guò)材料的筋絡(luò)或纖維之間的微小孔隙傳至材料內(nèi)部，由于空氣分子之間的粘滯力、空氣與筋絡(luò)之間的摩擦作用以及孔隙內(nèi)空氣媒質(zhì)的漲縮，使部分聲能轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉。 能量轉(zhuǎn)換示意圖 2） 穿孔率 穿孔率是描述穿孔板聲學(xué)特 性的重要參數(shù)。 a) 圓孔、正方形排列 b) 圓孔、正三角形排列 c) 狹縫、平行排列 常用孔的排列和其穿孔率計(jì)算 1）亥姆霍芝共振器它是一個(gè)密 閉的內(nèi)部為硬表面的容器，通過(guò)一個(gè) 小的開(kāi)口 與外面 大氣相聯(lián)系的結(jié)構(gòu)，稱為亥 姆霍 芝共振 器()。單個(gè)共振器可 看 成由幾個(gè)聲學(xué)作用不同的聲學(xué)元件 所組成，開(kāi)口管內(nèi)及管口附近空 氣隨聲波而振動(dòng)，是一個(gè)聲 質(zhì)量元件。空腔內(nèi) 的壓力隨空氣的脹縮而變化，是一個(gè) 聲順元件。而空腔內(nèi) 的空氣在一定程度內(nèi) 隨聲波而振動(dòng)，也具有— 定的聲質(zhì)量。空氣在開(kāi) 口壁面的振動(dòng) 摩擦，由于粘 滯阻尼和導(dǎo)熱 的作用，會(huì)使聲能損耗，它 的聲學(xué)作用是一個(gè) 聲阻。當(dāng)入射聲波的頻 率接近共振器的 固有頻率時(shí)，孔徑的空氣柱產(chǎn) 生強(qiáng)烈振動(dòng)，在振動(dòng)過(guò)程中，由于克服摩擦阻力而消耗聲能。反之，當(dāng)入射聲波頻率遠(yuǎn)離 共振器固有頻率時(shí)，共振器振動(dòng) 很弱，因此聲吸收作用 很小，可見(jiàn)共振器吸聲系數(shù)隨頻率而變化，最高吸聲系數(shù) 出現(xiàn)在 共振頻率處。單個(gè)共振器對(duì)頻率有較強(qiáng)選擇性，共振頻率為： (43) 式中，；c 為聲速，m/s；S 為頸口截面積，m2；r為頸口 半徑，m；V為空腔體積，m3；t為頸實(shí)際 長(zhǎng)度（即板的厚度），m；d為圓孔的直徑，m。因?yàn)轭i部空氣柱兩端附近的空氣 也參加振動(dòng)，需要對(duì)進(jìn)行 修正：。2）穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)在各種薄板上穿孔并在板后 設(shè)置空氣層，必要時(shí)在空腔中加 襯多孔吸聲材料，可以組 成穿孔扳共振吸聲結(jié)構(gòu)()，由于每個(gè)開(kāi)口背后均有對(duì)應(yīng)空腔，這一穿孔板結(jié)構(gòu)即為 許多并聯(lián)的亥姆霍芝共振器。一般硬質(zhì)纖維板、膠合板、石膏扳、纖維水泥板以及鋼板、鋁板均可作為 穿孔板結(jié)構(gòu)的面板材料。 由于穿孔板結(jié)構(gòu)是亥 姆霍芝共振器的 組合，因此可以看作 是由質(zhì)量和彈簧組成的一個(gè)共振系統(tǒng)。當(dāng)入射聲波的頻率 和 系統(tǒng)的共振頻率一致時(shí)，穿孔 板頸的空氣產(chǎn)生激 烈振動(dòng)摩擦，加強(qiáng)了吸收效應(yīng)，形成了吸收峰，使聲能 顯著衰減；遠(yuǎn)離 共振頻率時(shí)，則吸收作用較小。如果在穿孔 板后放置多孔材料 增加聲阻，會(huì)使結(jié)構(gòu)吸收頻帶加寬。 穿孔板的共振頻率可按照下式計(jì)算： （44）式中：t為板的厚度；h為板后空氣層的厚度；為孔徑；為聲速；為穿孔率。影響穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲特性的主要因素有：① 材料容重（單位體積的重量） 容重增加時(shí)，低頻吸聲 系 數(shù)提高，而高頻吸聲系數(shù)有所降低；容重 過(guò)大，總的吸聲效果又會(huì)明顯降低。各種材料的容重有一個(gè)最佳范圍：如超細(xì)玻 璃棉為15～25kg/m3，礦渣棉為120～130 kg/m3。 ② 材 料厚度 厚度增 加，材料吸聲系數(shù)曲線將向低頻方向平移，大致上材料厚度 每增加一倍，吸聲系數(shù)峰值向低頻方向移動(dòng)一個(gè)倍頻程。 實(shí)驗(yàn)表明，材料 容重一定時(shí)厚度與第一共振峰頻率的乘積frt為一常 數(shù)，約等于材料中聲速的四分之一。③ 材料 背后空氣層在多孔吸聲材料與堅(jiān) 硬墻壁之間留有空氣 層，可以提高低頻吸聲性能，推薦空氣層厚度為7～15cm。 ④ 護(hù)面層 常用護(hù)面層材料有 玻璃布、塑料窗紗、金屬 網(wǎng)及穿孔板（穿孔率20%）等，護(hù)面層對(duì)吸聲材料聲學(xué)性能的影響可 忽略不計(jì)。 ⑤ 溫度和濕度 溫度上升 ，多孔材料的吸聲系數(shù)曲 線向高頻移動(dòng)，低頻性能 將有所降低。濕度對(duì)材料的影響很大，高的含 水率使多孔材料吸聲性 能大大降低。當(dāng)穿孔板后空 氣層填入疏松吸聲材料時(shí)，空腔內(nèi)的聲質(zhì)量和聲順都增加，穿孔的末端阻抗也增加，也即相當(dāng)于空 腔的有效深度增大，穿孔的 有效長(zhǎng)度也增加，與未填材 料時(shí)相比，共振頻率向低 頻方向移動(dòng)，移動(dòng)量通 常在一個(gè)倍頻程以內(nèi)，同時(shí)吸聲系數(shù)有所提高；其次由于在孔頸和空腔內(nèi)產(chǎn) 生較高的聲阻，當(dāng)穿 孔率比較低時(shí)，主 要產(chǎn)生在孔頸處，穿孔率較高時(shí)，主要 產(chǎn)生在空腔內(nèi)。由于空腔內(nèi)填入 吸聲材料后產(chǎn)生 了相當(dāng)高的聲阻率，因此孔頸 處的聲阻率不宜過(guò)大，可通過(guò)穿孔率 加以調(diào)節(jié)，通常穿孔率不宜 小于5％。 3)寬頻帶阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)寬頻帶阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)是由穿孔板、板后空腔、吸聲材料及剛性隔聲層構(gòu)成的阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)，： 寬頻帶阻抗復(fù)合式吸聲結(jié)構(gòu) 在寬頻帶阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)中，采用礦棉板等吸聲材料作為基板的穿孔板，代替金屬穿孔板。穿孔板背后空氣層中 填入疏松吸聲材料時(shí)，空腔 內(nèi)的聲質(zhì)量和聲順 都增加，穿孔的末 端阻抗也增加，也即 相當(dāng)于空腔的有效 深度增大，穿孔的有效 長(zhǎng)度也增加，與未填材料時(shí) 相比，共振頻率 向低頻方向移動(dòng)，移動(dòng)量通常 在一個(gè)倍 頻程以內(nèi)，同時(shí)吸聲系 數(shù) 有所提高；其次由于在孔 頸 和空腔內(nèi)產(chǎn)生較高的聲 阻，當(dāng)穿孔率比較低時(shí) ，主要產(chǎn)生 在孔頸處，穿孔率較高 時(shí)，主要產(chǎn)生在 空腔內(nèi)。由于空腔內(nèi)填入 吸聲材料后產(chǎn)生了相當(dāng)高 的聲阻率，因此孔頸處的聲阻率 不宜過(guò)大，可通過(guò)穿孔率加以調(diào) 節(jié)，通常穿 孔率不宜小于 5%。穿孔板后空氣層 填入吸聲材料時(shí)，為增 加孔頸附近的阻力，吸聲材 料應(yīng)盡量接近穿孔板，當(dāng)吸聲材 料離穿孔板 50mm 以 上時(shí)，其吸聲系數(shù) 將降低。 在寬頻帶阻抗復(fù)合 吸聲結(jié)構(gòu)外部的剛性阻尼隔聲層起到隔聲作用，可以進(jìn)一步降低罩體 外部 的聲壓級(jí)。此外，剛性隔聲層還能夠有效地保護(hù)隔聲罩。寬頻復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)中穿 孔板采用吸聲材料基板，即結(jié)構(gòu)中是由兩種吸聲材料共同作用，從根本上加寬 了吸聲頻帶。亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu) 和吸聲材料的結(jié) 合很大層度上提高了吸聲系數(shù)。 此外，結(jié)構(gòu)外層剛性阻尼 隔聲層輔助作用，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)得插入 損失值。 隔聲法 是現(xiàn)代噪聲控制 工程中常用的技術(shù)之一。聲音在空氣中 傳播時(shí)，使聲能在傳播途徑中受到阻 擋而不能直接通過(guò)的措施，稱為隔聲。許多實(shí)際情況下，由于各種條件的限制，很 難從噪聲源上進(jìn)行處理，這時(shí)可在噪聲傳播途 徑上采取措施來(lái)降低噪聲。根據(jù)形狀的不同，隔聲構(gòu)件可以分為隔聲墻與隔聲罩等，其中隔聲罩是 工程機(jī)械應(yīng)用較多的配置，常用于 發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室 的噪聲隔離，它通常是兼有隔聲、吸聲、阻尼、隔振和通風(fēng)、消聲 等功能的綜合 結(jié)構(gòu)體。罩的主要結(jié)構(gòu)一般是外層 ，為了 避免發(fā)生板的吻合效應(yīng)和低頻共振，在罩內(nèi)側(cè)金屬板 可 涂阻尼層。阻尼層常 用瀝青浸麻袋片、玻璃布、氈類 或石棉絨及特制的阻 泥漿等材料。隔聲罩通常由罩壁、吸聲層組成。根據(jù)需要的隔聲量，該隔聲罩結(jié)構(gòu) 為3mm厚的鋼板，罩壁外涂油漆(5Kg/m2)。罩 壁內(nèi)貼50 mm超細(xì)玻璃棉吸聲層（ā=）。穿孔板的小孔直徑為8mm，開(kāi)孔率為30%。為了防止縫隙漏聲，機(jī)罩上的門(mén) 窗縫隙均采用橡皮條密封。為了解決機(jī)組通風(fēng)散熱，機(jī)罩設(shè) 有進(jìn)氣道和排氣道。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，依靠裝置在柴油機(jī)前 端的風(fēng)扇，冷空氣從機(jī)罩前面兩側(cè)進(jìn)氣消 聲道進(jìn)入，流經(jīng)空 壓機(jī)，熱空氣由機(jī)罩 上方排氣消聲道排出。1） 隔聲量TL（也稱 聲透射損失）： （45） 式中，Ii 和It 分別為入射聲強(qiáng) 和透射聲強(qiáng)；τ為聲強(qiáng)透射系數(shù)。隔聲量計(jì)算公式： (46)式中，L1 和 L2 分別 代表發(fā)聲室和接收室內(nèi)空間平均聲壓級(jí)，dB；S為試件面積，m2 ；A為接收室吸聲量，m2 。2） 插入損失IL 在離聲源一定距離處的 同一點(diǎn)，安裝隔聲罩前后的聲壓級(jí)級(jí)差： (47)由于(t+a1)1，因此隔聲罩的 插入損失IL總是小于隔 聲構(gòu)件的隔聲量TL。提高罩殼內(nèi)壁的吸聲 性能，就降低了罩內(nèi)混響 聲場(chǎng)，也就相應(yīng)提高了插入損失。在隔聲罩內(nèi)壁鋪 設(shè)吸聲材料后，由于 t ： (48)一種隔聲材料或構(gòu)件，會(huì)因使用場(chǎng)合 不同，測(cè)試方法不同而得出的隔聲效果不同。隔聲結(jié)構(gòu)通常都 是采用板，板的隔聲性能主要由 控制板振動(dòng)的三 個(gè)物理量決定，它們是：板的面密 度；板的勁度；材料的內(nèi)阻(以損 耗因素表征)。曲線可分 為三個(gè)區(qū)域：勁度控制區(qū)(Ⅰ)；質(zhì)量控制區(qū)(Ⅱ)；吻 合效應(yīng)控制區(qū)(Ⅲ)。在 很低的頻 率(低于板 的簡(jiǎn)正頻率)范圍里，板受 本身 的勁度控制，隔聲曲線隨頻率的升高而降低，此時(shí)板的質(zhì)量和阻尼并不重要。頻率再升高，質(zhì)量開(kāi)始起作用。在勁 度和質(zhì)量 共同的作 用下，板將產(chǎn)生一系列 共振，其中為最低共振頻率。各共振頻率可由下式確定： (49)