湖大噪声控制工程讲义02噪声控制技术-1吸声和室内声场.docx

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1、第二篇噪声控制技术噪声按传播途径可分为固体声、气体声、液体声，但在噪声控制中主要涉及到气体声与固体声，特别是气体声。噪声控制的基本程序是从声源调查入手，通过传播途径分析、降噪量确定等一系列步骤再选定最佳方案，最后对噪声控制工程进行评价。本篇主要讲述声学控制技术。噪声控制的基本程序框图如下图所示：第一章吸声和室内声场1.1 室内声学的一些基本知识1.1.1 室内声场和扩散声场声在室内声场的传播规律要比自由声场复杂得多，除了声源发出的声音构成直达声场外，还存在室内壁面和各类物体、包括人员产生的反射声场。许多噪声控制问题，往往涉及的是室内声源形成的室内声场。解决这一类问题必须了解室内声学的一些基本知

2、识。1 .室内声场为便于研究，通常把房间内的声场分解成两部分：从声源直接到达受声的直达声形成的声场叫直达声场:经过房间壁面一次或多次反射后到达受声点的反射形成的声场叫混响声场由于壁面的声学性质不可能处处均匀，房间形状一般也不规则，室内人和物对声音的反射现象更是十分复杂，声音经过多次反射，室内声场中声音的传播规律和露天半自由声场强烈地依赖于房间的大小和房内各个表面的反射性质。2 .扩散声场扩散声场是指有声源的房间内，声能量密度处处相等,任何一点上，从各个方向传来的声波几率都相等的声场。在这种理想化的声场中，声波的相位是无规则的。一般情况下，对于所有内壁面均光滑、坚硬，并且天花板、四壁为一定不规则

3、形状的大房间，声源在室内产生的声场非常接近扩散声场。3 .平均自由程声波在房间内两次相邻反射间的路程称作自由程，对于一个房间，自由程的平均值叫平均自由程。理论和试验证明，在扩散声场中，平均自由程与房间形状、声源位置无关，可用下式表示：d=4VS,式中d为平均自由程，单位为米；V为房间容积，S为房间内表面总面积。当声速为C时，声波传播一个自由程所需时间T为：=dc=4VcS,故单位时间内平均反射次数n为：n=l=cS4V1.1.2 平均吸声系数与室内声音衰减1 .平均吸声系数声波在室内碰到壁面(包括天花板与地板)时，一部分入射声波要被壁面吸收，其他部分发生反射。被壁面吸收的能量与入射能量的比值称

4、为壁面的吸声系数怯。在扩散声场中，声能向各方向的传递几率相同，因此吸声系数应是对所有入射角的平均结果。可用下式表示:YSiiCSa+a=母一二o平均吸声系数实际上表示房间壁面单位面积的平均吸声能JsiS+S?+i=l力，也称单位面积的平均吸声量。由于反射声的存在，同样声源条件，室内声场要远高于自由声场。2 .室内声音的衰减及混响、混响时间的计算当声源开始向室内辐射声能时，声波在室内空间传播，当遇到壁面时，部分声能被吸收，部分被反射；在声波的继续传播中多次被吸收和反射，在空间就形成了一定的声能密度分布。随着声源不断供给能量,室内声能密度将随时间而增加,这就是室内声能的增长过程。4wf-竺C可用下

5、式表示：D(t)=1-e4vCAlJ当声场处于稳态时，若声源突然停止发声。室内受声点上的声能并不立即消失，而要有一个过程。首先是直达声消失，反射声将继续下去。每反射一次，声能吸收一部分，因此，室内声能密度逐渐减弱，直到完全消失，这一过程称为“混响过程”或“交混回响”，TSA、4WI用下式表示：D(t)=e4v,由上式可见，在衰减过程中，D(t)随t的增加而减小。室cA内总吸声量A越大，衰减越快，房间容积V越大，衰减越慢。1.1.3扩散声场中的声能密度和声压级1 .直达声场设点声源的声功率是W,在距点声源r处，直达声的声强为：Id=平，式中Q为4r指向性因子。据I=p2pc,D=p2pc?得距点

6、声源r处直达声的声压及声能密度分别为：P；=PCId=竽rDd=国=篝，相应的声压级为LPd=LW+104rpc-4rc4r)2 .混响声场在混响声场中，单位时间声源向室内贡献的混响声为W(Ia),设混响声能密度为Dr,则总混响声能为DN,每反射一次，吸收DrVa,每秒反射cS4V次，则单位时间吸收的混响声能为DVacS/4v,当单位时间声源贡献的混响声能与被吸收的混响声能相等时，达到稳态，即：W(l-a)=DrVacS4v,因此，达到稳态时，室内的混响声能密度为：4w(a),设房间常数R=包,由此得到，混响声场中的声压p：=生空，,cSa1-arR相应的声压级为LPr=LW+10lg1O3

7、.总声场把直达声场和混响声场叠加，就得到总声场。总声场地的声能密度D为：总声场的声压平方值为p2=p；+p；=PCWj土+百Q4r,贝IJ混响声场中的声压级为LP=LW+10Ig(4/R)或LP=LW10IgR+6。例题：某机器其指向特性为I,在2000Hz倍频中声功率级为120dB(A),机器在一小房间内运转，此房间在2000Hz倍频带中的房间常数为9.29n求：(1) 在该混响声场中的声压级；(2) 高于混响声声压级IdB(A)的空间点距机器多远？解：(1)由Lp=Lw-101gR+6得LP=I20-101g929+6=116dB(2)由LP=LW+10Ig(W+、)再依已知条件对唯一的未

8、知数r求解，得1/2r=Q代入已知条件求得r=1.06米4l0(Lp-Lj10-4ILrJ.2 .混响时间混响的理论是赛宾在1900年提出的，混响时间的定量计算，迄今为止在厅堂音质设计中仍是重要的音质参量，虽然后来有几位声学专家导出了另外的混响时间的理论公式，但在实际工程中仍应用赛宾的公式。当室内声场达到稳态后，声源突然停止发声，室内声能密度衰减到原来的百万之一，即声压级衰减60dB所需要的时间，记作T,单位为秒。计算公式为:T60=I6=J，V式中V一房间容积，m3；A-室内总吸声量，m2,A=So适用条ASa件：室内声音频率低于2000Hz,a0.21.1.5吸声降噪量在混响声场中，改变房

9、间常数可改变室内某点的声压级，设Ri、R2分别为室内设置吸声装置前后的房间常数，则距声源中心r处相应的声压级Lpi、Lp2分别为：Lp1=Lw10lg-%+Lp2=Lw101gf-14rR1)(4rR2J吸声前后的声压级之差，即为吸声降噪量，为:Ln=Lnl -L0 =IOIg PPlPZO.H4rr2R2当受声点离声源很近，即在混响半径以内的位置上，Q4r2远大于4/R时，ALP的值很小，也就是说在靠近噪声源的地方，声压级的贡献以直达声为主，吸声装置只能降低混响声的声压级，所以吸声降噪的方法对靠近声源的位置，其降噪量是不大的。对于离声源较远的受声点，即处于混响半径以外的区域，如果Q4r2远小

10、于4/R,且吸声处理前后的面积不变的条件，则上式可简化为：R=Iolg坛=IOlg:一）昌Rl0a2）1此式适用于远离声源处的吸声降噪时的估算，对于一般室内稳态声场，如工厂厂房，都是破及混凝土砌墙、水泥地面与天花板，吸声系数都很少，因此有瓦京2远小于心或瓦2,则上式又可简化为：L=IOlg-,一般的室内吸声降噪处理可用此式计算，利用此式%的困难在于求取平均吸声系数麻烦，利用吸声系数和混响时间的关系，上式又可简化为ALP=K）Ign，式中Tl和T2分别为吸声处理前后的混响时间，由于混响时间可以用专门*T,2的仪器测得，所以用上式计算吸声降噪时，就免降了计算吸声系数的麻烦和不准确。例题：某房间几何

11、尺寸为25mX10mX4m,室内中央设置一无指向性声源，测得】OoOHZ时室内混响时间为2秒，距声源IOm的接收点处该频率的声压级为87dB,仿拟彩吸声处理，使该噪声降为81dB。试问该房间IOOOHz的混响时间降为多少？并估算室内应达到的平均吸声系数。解：（1）依题意，噪声降低量为AL=LDl-LM=87-81=6dBP1由ALP=I（Hg得T?=鼻=焉=05（s）%K）而10JE0.161V0.161V句（2） 由=-=-得ASa_0.161V0.16125104”2ST2（2510+254+104）20.5-,1.2吸声材料一般将能够吸收较多声能的材料称为吸声材料，将能够吸收较多声能的结

12、构称为吸声结构。吸声处理可使一般室内噪声降低约为3-5dB,使混响声很重的车间降噪6-10dB.在隔声和消声等其他噪声处理技术中，吸声材料或吸声结构也得到广泛应用，所以吸声是一种最基本的降低噪声的技术措施。1.2.1 吸声基本知识1 .吸声系数a（画图说明）吸声系数是指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EE-E材料或吸声结构的吸声特性，计算式为：a=U=r=l,式中Ei-入射声能;EiEiEl被材料或结构吸收的声能；EL被材料或结构反射的声能；r反射系数。由上式可见，当入射声波被完全反射时，a=0,表示无吸声作用；当入射声波完全没有被反射时，a=1,表示完全吸收；

13、一般材料的吸声系数a都在0和1之间，即0al,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。吸声系数是频率的函数，同一种材料，对于不同的频率，具有不同的吸声系数。通常当吸声系数0.2时，材料才能被称为吸声材料。2 .吸声量吸声量也称为等效吸声面积，其数值为吸声系数与吸声面积的乘积，可用下式表示：A=S式中A吸声量，n;a某频率声波的吸声系数；S吸声面积，m2o若房间中有敞开的窗，而且其边长远大于声波的波长，则入射到窗口上的声能几乎全部传到室外，不再有声能反射回来。这敞开的窗，即相当于吸声系数为1的吸声材料。房间中的其他物体如家具、人等等，也会吸收声能，而这些物体并不是房间壁面的一部分。因此，房间总的吸声量A可以表示为：A=XaiSi+XAi,式中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。3 .吸声材料与吸声结构的选用要求在选择吸声材料与吸声结构时，要考虑以下因素：(1)在尽可能宽的频带范围内对吸声系数要求高，吸声性能要长期稳定可靠;(2)有一定的软科学强度，不易破碎、耐用、不易老化；(3) 表面适于