薄膜共振吸声结构和薄板共振吸声结构
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。
建筑中薄板结构共振频率多在80-300Hz之间，其吸声系数约在0.2-0.5，因而可以作为低频吸声结构。如果在板内侧填充多空材料或涂刷阻尼材料，可增加板振动的阻尼损耗，提高吸声效果。
大面积的抹灰吊顶天花、架空木地板、玻璃窗、薄金属板灯罩等也相当于薄板共振吸声结构，对低频有较大的吸收。
多种共振吸声结构的吸声机理介绍
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
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
多孔材料和微穿孔板复合吸声结构研究
V ol 35No.5 Oct.2015 噪 声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第35卷第5期2015年10月 文章编号：1006-1355(2015)05-0035-04 多孔材料和微穿孔板复合吸声结构研究 裴春明1，周 兵1，李登科2，常道庆2 （1.中国电力科学研究院，武汉430074； 2.中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室，北京100190） 摘要：主要研究如何利用多孔材料拓宽微穿孔板的吸声频带，微穿孔板用来吸收低频噪声，同时加入吸声材料来提高中高频的吸声。给出复合结构吸声系数的计算方法，并在阻抗管内进行实验验证，测量结果和计算结果取得很好的一致性。研究结果表明，多孔吸声材料置于微穿孔板之前，并且二者之间有一定的空气层时，可以显著改善微穿孔板的吸声性能。 关键词：声学；微穿孔板；多孔材料；复合吸声结构中图分类号：TU112.6 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2015.05.006 Study on the Composite Sound Absorber Made up of Porous Materials and MPP PEI Chun-Ming 1,ZHOU Bing 1,LI Deng-ke 2,CHANG Dao-qing 2 (1.China Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,China;2.Key Laboratory of Noise and Vibration Research,Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China ) Abstract :This paper studied how to widen the sound absorption bandwidth of microperforated panel (MPP)with porous materials.The MPP was chosen to absorb the low frequency noise,while the porous materials were selected to enhance the sound absorption effect in the middle and high frequency range.The methods of calculation and measurement of the sound absorption coefficient were presented.The measurement results had a good agreement with the prediction results.The comparison indicated that when the porous material is put in front of the MPP with an air gap between them,the sound absorbing characteristics of the MPP can be greatly improved. Key words :acoustics ;MPP ;porous sound absorbing materials ;compound sound absorber 上世纪七十年代，马大猷院士提出微穿孔板吸声结构及其基本理论[1–3]，微穿孔板的孔径通常在毫米以下，其声阻与大气声阻相匹配，从而获得比较好的吸声系数。但在实际应用中，利用单层微穿孔板吸收100Hz ～200Hz 的低频噪声，往往需要结构具有20cm 以上的空腔，同时腔体深度增大会导致吸声频带变窄。为了拓宽微穿孔板的吸声频带，很多学者做了大量的研究，马大猷提出双层微穿孔板吸 作者简介：2015－01－21 作者简介：裴春明（1974－），男，博士，高级工程师，主要从事 电力系统电磁环境和噪声治理研究工作。E-mail:peichunming@https://www.360docs.net/doc/a04430387.html, 通信作者：李登科（1989－），男，在读博士研究生，主要从事 噪声控制等方面的研究工作。E-mail:ldk@https://www.360docs.net/doc/a04430387.html, 声结构[3]，形成两个共振吸声峰，拓宽了单层微穿孔板的吸声频带，但两个共振峰中间存在吸声波谷。赵丹晓[4]在微穿孔板后放置弹性薄板，引入机械阻抗来提高微穿孔板的低频吸声，但组合结构的低频吸声频带较窄。蔺磊[5]研究了微穿孔板后面加吸声材料的结构，提出微穿孔板和吸声材料组合的理论计算模型，理论计算和实验结果表明当吸声材料占据整个空腔时，组合结构才具有宽频带的吸声系数。文献[6]用传递矩阵法计算了高声强下微穿孔板后加吸声材料的吸声系数。 针对以上问题，本文利用传递矩阵法研究吸声材料和微穿孔板的复合吸声结构吸声特性，分析吸声材料的不同放置方式对复合结构吸声系数的影响，在没有增加材料重量和厚度的前提下，提出一种吸声材料位于微穿孔板之前的吸声结构，拓宽单层
微孔板吸声结构的理论
、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，
吸声材料
吸声材料 吸声材料 sound-absorbing material 具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。吸声材料按吸声机理分为：①靠从表面至内部许多细小的敞开孔道使声波衰减的多孔材料，以吸收中高频声波为主，有纤维状聚集组织的各种有机或无机纤维及其制品以及多孔结构的开孔型泡沫塑料和膨胀珍珠岩制品。②靠共振作用吸声的柔性材料（如闭孔型泡沫塑料，吸收中频）、膜状材料（如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中频）、板状材料（如胶合板、硬质纤维板、石棉水泥板和石膏板，吸收低频）和穿孔板(各种板状材料或金属板上打孔而制得，吸收中频)。以上材料复合使用，可扩大吸声范围，提高吸声系数。用装饰吸声板贴壁或吊顶，多孔材料和穿孔板或膜状材料组合装于墙面，甚至采用浮云式悬挂，都可改善室内音质，控制噪声。多孔材料除吸收空气声外，还能减弱固体声和空室气声所引起的振动。将多孔材料填入各种板状材料组成的复合结构内，可提高隔声能力并减轻结构重量。 对入射声能有吸收作用的材料。吸声材料主要用于控制和调整室内的混响时间，消除回声，以改善室内的听闻条件；用于降低喧闹场所的噪声，以改善生活环境和劳动条件（见吸声降噪）；还广泛用于降低通风空调管道的噪声。吸声材料按其物理性能和吸声方式可分为多孔性吸声材料和共振吸声结构两大类。后者包
括单个共振器、穿孔板共振吸声结构、薄板吸声结构和柔顺材料等。 选用吸声材料，首先应从吸声特性方面来确定合乎要求的材料，同时还要结合防火、防潮、防蛀、强度、外观、建筑内部装修等要求，综合考虑进行选择。 吸声系数材料的吸声性能常用吸声系数妶表示。入射到材料表面的声波,一部分被反射,一部分透入材料内部而被吸收。被材料吸收的声能与入射声能的比值,称为吸声系数。对于全反射面，妶=0；对于全吸收面，妶=1；一般材料的吸声系数在0～1之间。材料吸声系数的大小与声波的入射角有关，随入射声波的频率而异。以频率为横坐标，吸声系数为纵坐标绘出的曲线，称为材料吸声频谱。它反映了材料对不同频率声波的吸收特性。测定吸声系数通常采用混响室法和驻波管法。混响室法测得的为声波无规则入射时的吸声系数，它的测量条件比较接近实际声场，因此常用此法测得的数据作为实际设计的依据。驻波管法测得的是声波垂直入射时的吸声系数，通常用于产品质量控制、检验和吸声材料的研制分析。混响室法测得的吸声系数，一般高于驻波管法。 多孔性吸声材料这类材料的物理结构特征是材料内部有 大量的、互相贯通的、向外敞开的微孔，即材料具有一定的透气性。工程上广泛使用的有纤维材料和灰泥材料两大类。前者包括玻璃棉和矿渣棉或以此类材料为主要原料制成的各种吸声板材或吸声构件等；后者包括微孔砖和颗粒性矿渣吸声砖等。
共振吸声结构
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。
倾斜微穿孔板结构的吸声特性研究
V ol 38No.Z1 Apr.2018 噪 声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第38卷第Z1期2018年4月 文章编号：1006-1355(2018)Z1-0239-03 倾斜微穿孔板结构的吸声特性研究 宁景锋1，赵桂平2 (1.西安邮电大学理学院,西安710121； 2.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，西安710049) 摘要：针对实际应用中空间尺寸的限制和吸声性能的要求，提出倾斜微穿孔板吸声结构。首先，用虚拟的隔板将倾斜微穿孔板吸声结构分成有限个等宽的吸声胞元体，每个吸声胞元体的背衬空腔厚度均不相等。基于马大猷微穿孔理论和声阻抗并联原理，采用传递函数法获得不同穿孔方向倾斜微穿孔板吸声结构的吸声性能表达式。理论计算结果与现有实验测试结论相吻合。结果表明，微穿孔方向对结构吸声性能的影响较明显，适当调整微穿孔方向可获得满意的吸声系数。 关键词：声学；倾斜微穿孔板，吸声性能，微穿孔方向，声阻抗中国分类号：TU112.4+2；TK421+.6 文献标志码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2018.Z1.050 Sound Absorption Characteristics of Inclined Micro-perforated Panel Absorber NING Jingfeng 1,ZHAO Guiping 2 (1.School of Science,Xi ’an University of Posts &Telecommunications,Xi ’an 710121,China;2.State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures,Xi ’an Jiaotong University, Xi ’an 710049,China ) Abstract :In practical application,an inclined micro-perforated panel (IMPP)absorber is introduced to improve sound absorption performance.First,the IMPP absorber can be visualized as a combination of series of the traditional MPP absorbers with a large number of air cavities of different depths.The sound absorption characteristics of the IMPP absorber for different incident angles and perforated direction of perforations are derived,based on the MPP theory and the parallel connection rule of acoustic impedance.In order to verify the theoretical model,the prediction of the model is compared with the existing experimental https://www.360docs.net/doc/a04430387.html,ing the proposed model,the perforated direction of perforations,the inclined angle,and the micro-perforated diameter show great effects on the sound absorption characteristics of the inclined micro-perforated panel absorber. Keywords :acoustics;inclined MPP absorber;sound absorption;perforated direction of perforations;acoustic impedance 微穿孔板吸声结构[1]是由马大猷先生在20世纪60年代首先提出的。然而，在实际应用中，由于空间尺寸的限制和吸声性能的要求，需要设计倾斜微穿孔板吸声结构。长期以来，很多学者一直探寻提高传统微穿孔板吸声结构吸声性能的方法和技术。 收稿日期：2018-03-14 基金项目：西安交通大学国家重点实验室开放课题资助项目 （SV2018-KF-12） 作者简介：宁景锋（1984-），男，陕西省合阳人，讲师，主要研 究方向为多孔材料、微穿孔板吸声结构研究。E-mail:ningjingf@https://www.360docs.net/doc/a04430387.html, Yairi 等[2]提出采用两个不同厚度背衬空腔的微穿孔板吸声结构，一定程度上改善了微穿孔板吸声结构吸声带宽窄的状况。采用多个微穿孔板并联结构[3]，能够进一步拓宽传统微穿孔板吸声结构的吸声带宽，产生多个共振效应，但是多个不同微穿孔并联技术制造太复杂，成本太高。在微穿孔板上加工不同孔径形貌的微孔[4–5]，称为变截面或微孔径变异微穿孔板，能够在确保微穿孔板强度的情况下提高该结构的高频吸声，但对于期望的低频效果不明显。胡鹏和赵晓丹[6]采用声电类比法研究了斜置微穿孔板结构的吸声性能，认为阻抗转移法计算结果与实验 万方数据
吸声结构的吸声性能研究
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
微孔板吸声原理
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
多孔吸声材料的吸声原理及其分类
多孔吸声材料的吸声原理及其分类 一、多孔材料的吸声原理 惠更斯原理:声源的振动引起波动,波动的传播是由于介质中质点间的相互作用。在连续介质中,任何一点的振动,都将直接引起邻近质点的振动。声波在空气中的传播满足其原理。 多孔吸声材料具有许多微小的间隙和连续的气泡,因而具有一定的通气性。当声波入射到多孔材料表面时,主要是两种机理引起声波的衰减:首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动,造成和孔壁的摩擦,紧靠孔壁和纤维表面的空气受孔壁的影响不易动起来,由于摩擦和粘滞力的作用,使相当一部分声能转化为热能,从而使声波衰减,反射声减弱达到吸声的目的;其次,小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失,也使声能衰减。另外,高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快,空气与孔壁的热交换也加快。这就使多孔材料具有良好的高频吸声性能。 二、多孔吸声材料的分类多孔吸声材料按其选材的柔顺程度分为柔顺性和非柔顺性材料,其中柔顺性吸声材料主要是通过骨架内部摩擦、空气摩擦和热交换来达到吸声的效果;非柔顺性材料主要靠空气的粘滞性来达到吸声的功能。多孔吸声材料按其选材的物理特性和外观主要分为有机纤维材料,无机纤维材料,吸声金属材料和泡沫材料四大类。 1 有机纤维材料 早期使用的吸声材料主要为植物纤维制品,如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板、水泥木丝板以及稻草板等有机天然纤维材料。有机合成纤维材料主要是化学纤维,如晴纶棉、涤纶棉等。这些材料在中、高频范围内具有良好的吸声性能,但防火、防腐、防潮等性能较差。除此之外,文献还对纺织类纤维超高频声波的吸声性能进行了研究,证实在超高频声波场中,这种纤维材料基本上没有任何吸声作用。 2 无机纤维材料 无机纤维材料不断问世,如玻璃棉、矿渣棉和岩棉等。这类材料不仅具有良好的吸声性能,而且具有质轻、不燃、不腐、不易老化、价格低廉等特性,从而替代了天然纤维的吸声材料,在声学工程中获得广泛的应用。但无机纤维吸声材料存在性脆易断、受潮后吸声性能急剧下降、质地松软需外加复杂的保护材料等缺点。 3 金属吸声材料 金属吸声材料是一种新型实用工程材料,于七十年代后期出现于发达工业国家。如今比较典型的金属材料是铝纤维吸声板和变截面金属纤维材料。其中铝纤维吸声板具有如下特点: (1) 超薄轻质,吸声性能优异。
介质对声波的吸收和吸声材料及吸声结构1 - 副本 - 副本
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。
吸声机理
吸声机理 按吸声机理的差异，吸声材料可分为共振吸声材料和多孔吸声材料两大类。 共振吸声材料相当于多个亥姆霍兹吸声共振器并联而成的共振吸声结构。当声波垂直入射到材料表面时，材料内及周围的空气随声波一起来回振动，相当于一个活塞，它反抗体积速度的变化是个惯性量。材料与壁面间的空气层相当于一个弹簧，它可以起到阻止声压变化的作用。不同频率的声波人射时，这种共振系统会产生不同的响应。当入射声波的频率接近系统的固有频率时，系统内空气的振动很强烈，声能大量损耗，即声吸收最大。相反，当入射声波的频率远离系统固有的共振频率时，系统内空气的振动很弱，因此吸声的作用很小。可见，这种共振吸声结构的吸声系数随频率而变化，最高吸声作用出现在系统的共振频率处。 多孔材料内部具有大量细微孔隙，孔隙间彼此贯通，孔隙深人材料内部且通过表面与外界相通，当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面反射掉，另一部分则透入到材料内部向前传播。在传播过程中，引起孔隙的空气运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应，将声能转变为热能而耗散掉。同时，小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失也使声能衰减。此外，声波在钢性壁面反射后，经过材料回到其表面时，一部分声波透射到空气中，一部分又反射回材料内部。声波通过这种反复传播，使能量不断转换耗散，如此反复，直到平衡，进一步降低了部分声能。 吸声系数测量系统 SZZB驻波管法吸声系数测量原理：在驻波管一端的扬声器发出一个单频正弦波，声波沿管道传播，在试件端产生反射波，反射波的强度和相位与试件的声学特性有关。反射波与入射波相加，在管内产生驻波。移动探管的位置测量驻波比，最后根据驻波比计算材料的吸声系数。SZZB驻波管法吸声系数测量系统的配置：阻抗管吸声系数测量软件数据采集器功率放大器传声器前置放大器程控信号发生器SZZB驻波管法吸声系数测量系统的应用：驻波管法吸声系数测量系统根据国家标准而设计，采用不锈钢管制作，具有良好的隔声性能。它支持GB/T-18696.1 、ISO 10534-1 和ASTM E1050-98 等国家或国际标准，用于测量材料的声学特性，如材料的吸声系数、声阻抗等。在建筑声学设计中，设计师需要知道各种材料的声学特性，以便计算室内的混响时间；在汽车设计中，工程师用车内材料的声学特性计算车内降噪的效果。SZZB 驻波管测量系统被广泛应用在新材料的研究中，在大学的物理和声学实验中被广泛应用。SZZB 驻波管法吸声系数测量系统的技术参数： 1.符合国家或国际标准：满足GB/T-18696.1，ISO 10534-1和ASTM E1050-98等标准的要求。 2.频率测量范围：100～6300Hz (其中低频管的测量上限为2000Hz，高频管的测量上限为6300Hz。) 3.内置专用测试传声器：灵敏度为30mV/Pa。 4.声源：动圈式扬声器，阻抗8欧
5.1.3 共振吸声结构
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 ]
共振吸声结构之空腔共振吸声结构
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，
薄膜共振吸声结构和薄板共振吸声结构
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。
五大类吸声材料及吸声结构介绍及做法
五大类五大类吸声材料及吸声结构吸声材料及吸声结构吸声材料及吸声结构介绍及做法介绍及做法介绍及做法 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，当材料离墙面安装的距离(既空气层的厚度)等于1/4波长的奇数倍时，可获得最大的吸声系数；当空气层的厚度等于1/2波长的整数倍时，吸声系数最小。 d.材料表面装饰处理的影响 大多数吸声材料在使用时常常需要进行表面装饰处理.常见的方法有：表面钻孔 开槽，粉刷油漆，利用织布，穿孔板和塑料薄膜等。这些方法都将影响材料的吸声特性。 半穿孔的矿棉吸声板增加了材料暴露在声波中的面积，既增加了有效吸声面积，因此提高了材料的吸声特性。 粉刷油漆等于在材料表面上加了一层高流阻的材料，将会影响材料的吸声特性，特别是在高频段影响更显著。 采用金属网，玻璃布和低流阻的材料或选择穿孔率大于20%的穿孔板做护面层时，对材料的吸声性能影响不大。若穿孔率小于20%时，对高频段的吸声会有影响，低频影响不大。 2、穿孔板共振吸声结构