微孔板吸声原理
环境噪声控制工程(吸声降噪)
5.4 特殊吸声结构
5.4.1 空间吸声体 5.4.2 吸声尖劈
5.4.1 空间吸声体
特点： 悬空悬挂，吸声
性能好，节约吸 声材料； 便于安装，装拆 灵活。
5.4.2 吸声尖劈
尖劈长度无固定值，越长越好，尖劈 低频吸声性能好，其截止频率约 68.8～86Hz。宽度一般取0.3～ 0.4m，底座厚度为0.1m。一般3个
内部。
两个重要条件： 一是具有大量的、均匀的孔隙； 二是孔之间要连通，表面向外敞开。
➢.常见品种：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉、 泡沫塑料、毛毡等。
➢.吸收频率：中频、高频，背后有空气层时能吸 收低频。
表5.3不同材质在不同密度、厚度时，吸声系数
5.2.3 多孔吸声材料的吸声特性
2.影响材料吸声的因素
环境噪声控制工程
第五章 吸声降噪
5.1 概述 5.2 多孔吸声材料 5.3 共振吸声结构 5.4 特殊吸声结构 5.5 吸声设计
5.1 概述
5.1.1 吸声与吸声材料的概念 5.1.2 吸声机理 5.1.3 吸声材料的基本类型 5.1.4 表示材料吸声性能的量
5.1.1 吸声与吸声材料的概念
吸声型泡沫玻璃 加气混凝土
吸声性能不稳定，吸声系数使用前需实 测
强度高 、防水、不燃、耐腐蚀
微孔不贯通，使用少
5.3 共振吸声结构
特点： 低频吸收性能好； 装饰性强； 强度足够； 声学性能易于控制。
5.3 共振吸声结构
5.3.1 共振吸声机理 5.3.2 常用共振吸声结构
5.3.1 共振吸声机理
表5.1垂直入射及无规则入射吸声系数关系
αo
0.1 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80
多孔吸声材料的吸声机理
多孔吸声材料的吸声机理多孔吸声材料是一种用于降低噪声和改善声学环境的材料。
它通过利用多孔材料的结构特点，使声波在材料内部发生多次反射、散射和吸收，从而起到吸声的作用。
多孔吸声材料的吸声机理主要包括孔隙结构、声波的传播和散射过程以及材料的吸声特性等方面。
多孔吸声材料的吸声机理与其孔隙结构有密切关系。
多孔材料的孔隙结构是指材料内部存在的孔隙的形状、大小、分布等特征。
这些孔隙可以分为连通和非连通两种类型。
连通孔隙是指孔隙之间存在通道，使声波能够在材料内部传播；非连通孔隙是指孔隙之间没有通道，声波无法在材料内部传播。
多孔吸声材料通常采用连通孔隙结构，因为它可以使声波在材料内部发生多次反射、散射和吸收，从而增强吸声效果。
声波在多孔吸声材料中的传播和散射过程也是吸声机理的重要方面。
当声波传播到多孔吸声材料中时，一部分声波会被材料吸收，转化为热能而消失；另一部分声波会在材料内部发生散射，改变传播方向。
这些散射和吸收过程导致声波能量的衰减，从而减少了声波的反射和传播，达到吸声的效果。
此外，多孔吸声材料的孔隙结构也会对声波的散射过程产生影响。
当声波的波长与孔隙的尺寸相当或接近时，声波会被孔隙阻挡或散射，增加了声波能量的损失，提高了吸声效果。
多孔吸声材料的吸声特性也是其吸声机理的重要方面。
多孔吸声材料的吸声特性是指材料对声波的吸收能力。
吸声特性取决于材料的吸声系数，即材料吸收声波能量的能力。
吸声系数越大，材料的吸声效果就越好。
多孔吸声材料的吸声特性与材料的孔隙率、孔隙结构、孔隙大小等因素密切相关。
孔隙率越高，孔隙结构越复杂，孔隙大小越适中，材料的吸声系数就越大，吸声效果就越好。
多孔吸声材料的吸声机理主要包括孔隙结构、声波的传播和散射过程以及材料的吸声特性等方面。
通过合理设计和选择多孔吸声材料的孔隙结构和材料特性，可以实现对声波的吸收和散射，从而达到降噪和改善声学环境的目的。
多孔吸声材料在建筑、交通工具、航空航天等领域有着广泛的应用前景，对提高人们的生活质量和工作环境起到了重要作用。
吸声
第五节噪声控制技术——吸声一、材料的声学分类和吸声特性（一）、吸声材料的分类吸声材料按其吸声机理来分类，可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构两大类。
1．多孔性吸声材料①无机纤维材料，如玻璃棉、岩棉及其制品。
②有机纤维材料，如棉麻植物纤维及木质纤维制品（软质纤维板、木丝板等）。
③泡沫材料，如泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝土等。
④吸声建筑材料，如膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等。
2．共振吸声结构由于共振作用，在系统共振频率附近对入射声能具有较大的吸收作用的结构，称为共振吸声结构。
穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构薄板和薄膜吸声结构等。
（二）、吸声系数和吸声量1．吸声系数吸声系数定义为材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，可用吸声系数来描述吸声材料或吸声结构的吸声特性。
计算式为：式中：Ei—入射声能；Ea—被材料或结构吸收的声能；Er—被材料或结构反射的声能；r—反射系数。
a＝0,表示无吸声作用；a=1，表示完全吸收。
一般的材料或结构的吸声系数在0-1之间，a值越大，表示吸声性能越好，它是目前表征吸声性能最常用的参数。
吸声系数是颇率的函数，同一种材料，对于不同的频率，具有不同的吸声系数。
平均吸声系数a：中心频率125,250,500,1 000,2 000,4 000六个倍频程的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数a。
2.吸声量吸声材料的实际吸声量按下式计算：A＝aS （7-2)吸声量的单位是m2。
房间总的吸声量A可以表示为：右式第一项为所有壁面吸声量的总和，第二项是室内各个物体吸声量的总和。
二、多孔吸声材料（一）、多孔吸声材料的吸声原理内部具有无数细微孔隙，孔隙间彼此贯通，且通过表面与外界相通，当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面上反射，一部分则透入到材料内部向前传播。
在传播过程中，引起孔隙中的空气运动，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。
声波在刚性璧面反射后，经过材料回到其表面时，一部分声波透回空气中，一部分又反射回材料内部，声波的这种反复传播过程，就是能量不断转换耗散的过程，如此反复，直到平衡，这样，材料就“吸收”了部分声能。
声学材料
3.5 吸波材料的军事用途
在飞机、导弹、坦克、舰艇、仓库等各种武器 装备和军事设施上面涂复吸波材料，就可以吸 收侦察电波、衰减反射信号，减少武器系统遭 受红外制导导弹和激光武器袭击的一种方法， 这是反雷达侦察的一种有力手段。
3.5 吸波材料的军事用途
歼20
声学材料
4.扬声器材
4.扬声器材
Ed 为在外加电场下，材料的电偶极矩产生重拍引起的损耗 的量度；
Ld 为在外加磁场下，材料的磁偶极矩产生重拍引起的损耗 量度； Ec和Lc分别为材料在电场和磁场作用下产生极化和磁化的程 度。
3.4 吸波材料的分类
按材料的成型工 艺和承载能力 涂覆型吸波材料
结构型吸波材料
吸收型
按吸波原理
干涉型
按材料的损耗 机理 电损耗型:介质的极化弛豫损耗 磁损耗型:磁滞损耗和磁畴共振 传统的吸波材料:铁氧体、金属微粉、石墨、 碳化硅、导电纤维等
二氧化碲（Te02）晶体
2.4性能及影响因素
一种优良的声光材料，须具备下列条件： 1）在使用光波范围内有良好的光学质量和透 明度； 2) 容易获得大的尺寸，化学稳定好、机械强 度高； 3) 光学和声学衰减低； 4) 声速的温度系数低； 5) 声光优值高。
2.5声光材料的应用领域
第3.2建筑吸声建筑隔声
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3.2.1建筑吸声
§共振吸声结构 • 穿孔板吸声结构
■
3.2.1建筑吸声
§共振吸声结构 • 穿孔板吸声结构
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3.2.1建筑吸声
§共振吸声结构 • 穿孔板吸声结构
■
3.2.1建筑吸声
§共振吸声结构 • 穿孔板吸声结构
◎ 如果把穿孔板用作顶棚的吊顶，这时板背后的空气层厚度很大， 其共振频率可按下式作近似计算：
■
3.2.1建筑吸声
• 材料密度的影响： 在一定条件下、增大密度可以改善低中频的吸声 性能；不同的材料存在不同的最佳密度值
■
3.2.1建筑吸声
外饰面必须选用透气性好的材料。外饰面的处理不能
赌塞气孔。
• 材料表面处理影响：
■
3.2.1建筑吸声
§共振吸声结构 • 薄膜吸声结构
• 薄板吸声结构
■
薄膜吸声结构——上例中薄板用不透气软质膜状材料替代，对低频也有 较好的吸 声特性。
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3.2.1建筑吸声
§共振吸声结构 • 穿孔板吸声结构
1、构造特点： 由 各种穿孔的薄板与他们背后的空气层组成。它可看成由多个 赫姆霍兹共振腔组成。穿孔附近因摩擦损失而吸收声能。
2、 吸声频率特点：
存在共振峰，在共振峰附近吸声量最大。 一般吸收中频，与多 孔材料结合使用吸收中高频，背后留大空腔还能吸收低频。 3、影响吸声特性的因素：板厚、孔径、穿孔率、空腔深度、板后是 否填多孔材料。 例：铝穿孔板、石膏穿孔板、高压水泥冲孔板等
3临界频率控制区
当入射频率通过质量控制区后继续提高 ，质量效应与板的弯曲劲度效应相抵消， 隔声量有较大的降低，形成一个隔声量低 谷，通常称为“吻合谷”，而这种现象称 为吻合效应。 如果板在斜入射声波激发下产生的受迫 弯曲波的传播速度C0/sinθ 等于板固有的 自由弯曲波传播速度CB时，即出现 C0/sinθ = CB时，将产生“吻合效应”， 这时，墙板非常“顺从”地跟随入射声波 弯曲，使大量声能透射到另一侧去，形成 隔声量的低谷。
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细孔共振是指当声波经过材料的孔隙时，会与孔隙之间的空气发生共振，产生摩擦阻尼和声能的转化。
这种共振现象能够有效地减弱声波的强度，达到吸声的效果。
细孔共振的吸声效果主要取决于孔隙的形状、大小和孔隙密度。
多次反射是指声波在材料内部的多个界面上反射多次，通过多次反射来达到吸声的效果。
当声波经过多次反射后，其能量会逐渐耗散和转化为热能，从而减弱声波的强度。
多次反射的吸声效果主要取决于材料的厚度和界面的形状。
根据多孔材料的吸声原理和结构特点，可以将多孔吸声材料分为以下几类：1.随机纤维状吸声材料：这类材料主要由纤维状的孔隙构成，例如纤维素纤维板和无纺布。
纤维状孔隙能够形成多次反射，吸收声波的能量。
2.泡沫吸声材料：这类材料主要由开放孔隙和半开放孔隙构成，例如泡沫塑料和多孔金属。
开放孔隙和半开放孔隙能够形成细孔共振，在各个频率范围内都有较好的吸声效果。
3.网状吸声材料：这类材料主要由网状结构和开放孔隙构成，例如玻璃纤维网和金属网。
网状结构能够形成多次反射，提高吸声效果。
4.颗粒吸声材料：这类材料主要由颗粒状孔隙构成，例如聚苯颗粒和矿物棉。
颗粒状孔隙能够形成多次反射，吸收声波的能量。
除了以上分类，还有一些复合结构的多孔吸声材料，例如细孔泡沫吸声材料和多孔复合材料。
这些材料通过不同结构的组合，能够在不同频率范围内实现更好的吸声效果。
总之，多孔吸声材料通过细孔共振和多次反射来吸收声波的能量，达到降低噪音和提高声学环境的效果。
根据材料的结构和吸声原理的不同，多孔吸声材料可以分为多种类型，每种类型都有其适用的场景和吸声效果。
吸音材料的吸音原理
吸音材料的吸音原理吸音材料是一种能够减少声波反射和吸收噪音的材料。
它在许多领域中被广泛应用，例如建筑、汽车、航空航天等。
吸音材料的吸音原理是通过改变声波的传播路径和能量分布来实现的。
一般来说，声波在遇到材料时会发生反射、透射和吸收等现象。
而吸音材料主要是通过吸收声波的能量来减少反射和传播。
吸音材料的吸音原理可以从以下几个方面来解释：1. 多孔结构：吸音材料通常具有多孔的结构，这种结构能够使声波在材料中发生多次反射和散射，从而增加声波与材料之间的接触面积，提高能量的吸收效率。
多孔结构的材料通常具有较大的表面积和较小的孔隙尺寸，这样可以增加声波的散射和摩擦，进而增加材料对声波能量的吸收。
2. 摩擦耗能：吸音材料中的多孔结构可以增加声波与材料之间的接触面积，使声波在材料中发生多次反射和散射。
这种多次反射和散射会引起声波与材料之间的摩擦，从而将声波的能量转化为热能。
这种摩擦耗能的过程可以有效地减少声波的反射和传播。
3. 惯性耗能：吸音材料中的多孔结构还可以增加声波与材料之间的接触面积，使声波在材料中发生多次反射和散射。
这种多次反射和散射会引起材料中的空气和材料颗粒的振动，从而将声波的能量转化为材料的惯性能量。
这种惯性能量的转化可以有效地减少声波的反射和传播。
4. 声波吸收层：吸音材料中通常包含一层特殊的吸音材料，这一层材料能够吸收特定频率范围内的声波能量。
这种吸音材料通常具有较好的吸声性能，可以将声波的能量转化为热能或其他形式的能量，从而减少声波的反射和传播。
吸音材料的吸音原理主要包括多孔结构、摩擦耗能、惯性耗能和声波吸收层等。
这些原理使得吸音材料能够有效地吸收声波的能量，减少声波的反射和传播。
吸音材料的应用可以提高环境的舒适性，减少噪音对人体的影响，促进工作和生活的质量。
因此，吸音材料在各个领域中的应用前景非常广阔。
多孔材料的吸声原理以及影响吸声系数的因素
多孔吸声材料多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料，其中包括各种纤维材料：超细玻璃棉、离心玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维，棉、毛、麻、棕丝、草质或木质纤维等有机纤维。
纤维材料很少直接以松散状使用，通常用胶黏剂制成毡片或板材，如玻璃棉毡（板）、岩棉板、矿棉板、木丝板、软质纤维板凳。
微孔吸声砖等也属于多孔吸声材料。
泡沫塑料，如果其中的空隙相互连通并通向外表，可作为多孔吸声材料。
一、多孔材料的吸声机理多孔吸声材料具有良好吸声性能的而原因，不是因为表面的粗糙，而是因为多孔材料具有大量内外两桶的微小空隙和空洞。
图12-1（a）表示了粗糙表面和多孔材料的差别。
那种认为粗糙墙面（如拉毛水泥）吸声好的概念是错误的。
当声波入射到多孔材料上，声波能顺着微孔进入材料的内部，引起空隙中空气的振动。
由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的抹茶和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗。
因此，只有孔洞对外开口，孔洞之间互相连通，且孔洞深入材料内部，才可以有效地吸收声能。
这一点与某些隔热保温材料的要求不同。
如聚苯和部分聚氯乙烯泡沫塑料以及加气混凝土等材料，内部也有大量气孔，但大部分单个闭合，互补连通（见图12-1b），他们可以作为隔热温饱材料，但吸声小郭却不好。
二、影响多孔材料吸声系数的因素多孔材料一般对中高频声波具有良好的吸声。
影响和控制多孔材料吸声特性的因素，主要是材料的孔隙率、结构因子和空气流阻。
孔隙率是指材料中连通的空隙体积和材料总体积之比。
结构因子是有多孔材料结构特性所决定的物理量。
空气流阻反应了空气通过多孔材料阻力的大小。
三则中以空气阻留最为重要，它定义为：当稳定气流通过多孔材料时，材料两面的静压差和气流线速度之比。
单位厚度材料的流阻，称为“比流阻”。
当材料厚度不大时，比流阻越大，说明空气穿透两就小，牺牲性能就下降，但比流阻大小，声能因摩擦力、黏滞力而损耗的效率就低，吸声性能就会下降。
所以，多孔材料存在最佳流阻。
当材料厚度充分大，比流阻小，则吸声就打。
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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
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，其吸声系数高，吸收频带宽，压力损失小，气流再生噪声低，且易于控制。
为获得宽频带高吸收效果，一般用三级微穿孔板结构。
微穿孔板与外壳体之间以及微穿板之间的空腔尺寸大小按需要吸收的频带不同而异，低频腔大（150～200mm）,中频小些(80～120mm），高频更小些（30～50mm），双层结构的前腔深度一般应小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近气流的一层微穿孔板穿孔率应高于后层，为减小轴向声传播的影响，可在微穿孔板消声器的空腔内每隔500mm左右加一块横向隔板。
试验证明，微穿孔板消声器不论是低频、中频、高频消声性能实测值比理论估算值要好。
且消声量与流速有关，与消声器温升无关，当流速达到70米/秒时，一般其它型式消声器已无法解决噪声问题，而微孔型消声器可承受70m/s气流速度的冲击，仍有15dBA以上的消声器。
这也是微孔消声器优于一般消声器一个重要特点。