聲學分享丨降噪措施之吸聲降噪

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聲學分享丨降噪措施之吸聲降噪

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2021-04-16 10:17

吸聲降噪
空調系統噪聲通過空調末端或建筑結構傳播到空調使用房間內，一部分聲能直接傳播到人耳，稱為直達聲;大部分的聲能通過室內的各個界面多次反射后傳播到達人耳，稱為混響聲。人耳聽到的聲音為直達聲與混響聲的疊加。如果在室內天花、墻壁或地板等界面布置吸聲材料或吸聲構造，吸收掉部分反射聲能，可使得混響聲減弱，這就是吸聲降噪的原理。根據室內穩態聲壓級計算公式可得到吸聲降噪的“降噪量”為:

目前，國內外采用“吸聲降噪”的方法進行噪聲控制已經非常普遍，一般降噪量可達6dB。不過需要注意的是，吸聲降噪只能降低混響聲，不能降低直達聲，不能把房間內的噪聲都吸掉。如果原本房間吸聲很少，采用吸聲降噪效果明顯；如果原來房間已有一定的吸聲，則增加同樣的吸聲量，得到的降噪量就較小。因此，希望只依靠吸聲降低噪聲級10dB上，通常不可能實現。
多孔吸聲材料
吸聲材料中最常見的是多孔吸聲材料，一般多孔材料的內部有無數微小的孔隙，且各相鄰孔隙之間彼此連通，它們通過材料的表面與外界接通。當聲波向多孔材料表面入射時，一部分聲能直接反射，而另一部分能量進入材料內部傳播。當聲波在材料內部傳播時，會引起材料內部孔隙內的空氣運動與構成孔壁的固體結構摩擦，由于空氣的粘滯以及熱傳導效應，使得聲能轉換為熱能并消耗。此外，孔隙中的空氣與孔壁、纖維之間的熱交換將引起熱能損失，導致聲能的衰減。通過多孔吸聲的理論機理可發現，聲波頻率和多孔材料內部孔隙內的空氣質點的振速直接影響空氣與孔壁之間的熱交換速度。因此多孔材料在高頻噪聲具有良好吸聲性能。
吸聲系數是評價吸聲材料吸聲性能優劣的主要參數之一。當聲波入射到材料表面時，入射聲能（Ei）的一部分在材料表面被反射（Er），一部分被進入材料并被其吸收，一部分則透過材料，其中被材料吸收掉的聲能所占比率如下式所示。

多孔材料參數對吸聲的影響：
1.材料厚度的影響
材料的厚度對其吸聲性能有關鍵性的影響。當材料薄時增加厚度，材料的低頻吸聲性能將有較大的提高，但厚度對于高頻的吸聲性能影響較小。

2.材料容重的影響
容重（或密度）對于不同的材料，一般都存在一個最理想的容重范圍，在這個范圍內材料的吸聲性能比較好，而容重過高或過低都不利于提高材料的吸聲性能。下圖為超細玻璃棉容重變化對吸聲系數的影響（厚度為5cm）。

3.背后空腔的影響
空腔深度對低頻的吸聲影響較大，即材料低頻的吸聲系數隨空腔深度的增大而提高。
當多孔材料背后留有空氣層時，與該空氣層用同樣的材料填滿的吸聲效果近似。隨著空氣層厚度的增加，吸聲系數的低頻逐漸增加，但增加到一定厚度后，效果不再繼續明顯增加。在實際應用中，為了改善多孔材料的低頻吸聲性能，往往在材料與剛性壁面之間留有一定深度的空腔，它相當于增加材料層的厚度，也相當于增加了材料的容重，但通過留空腔安裝多孔材料的方法，要比增加材料的厚度或容重來提高低頻的吸聲性更加經濟。

當材料后背空腔深度等于1/4波長的奇數倍時，其相應的頻率可獲得最大的吸聲系數。因為離剛性壁面1/4波長處的聲壓為零，但空氣質點的振動速度最大，因此材料所起的摩擦阻尼耗損的聲能也最大，從而使材料產生最大的吸聲效果。離剛性壁面1/2波長處的聲壓最大，這時的質點振動速度為零，相應頻率材料的吸聲系數最小。下圖材料空腔深度90mm，材料吸聲頻率特性曲線，其1/4波長相應的頻率為1000Hz左右的吸聲系數為最大。而1/2波長相應的頻率為2000Hz左右的吸聲系數為最小。下圖為：材料空腔深度為1/4波長時的吸聲特性。

4.護面層的影響
大多數多孔性吸聲材料需要在材料表面覆蓋一層護面材料。由于護面層本身也具有聲學作用，因此對材料層的吸聲性能也會有一定程度的影響。
吸聲性能好的多孔性材料應要求表面具有良好的透氣性。從聲阻抗的角度來說，就是希望表面聲阻抗率接近空氣的特性阻抗。分多孔性吸聲材料加上護面層以后，護面層的聲質量和聲阻就會疊加在原來的聲阻抗上。聲質量的作用會使共振頻率向低頻方向移動，這在實際問題中有時反而是有利的。聲質量所產生的慣性抗與頻率成正比，因此，它在低頻的附加聲抗很小，對吸聲系數幅值的影響可以忽略，而在高頻時使得聲抗明顯提高，從而使得吸聲系數降低。聲阻的影響往往可以忽略不計，這是因為吸聲材料層本身已有相當大的聲阻，再增加一點護面層的聲阻沒有多大實際效果。
對材料的聲阻抗已經在較佳狀態的吸聲材料，護面層的聲阻抗應盡量小，以盡可能小地改變材料表面的聲阻抗。一般常用的護面層有穿孔板、玻璃布等。對于穿孔板，其穿孔率應大于20%，最好大于25%，才能很好地保證對吸聲材料的性能影響較小。
5.溫度和濕度的影響
在常溫條件下，溫度對多孔材料的吸聲性能沒有什么影響。
在高溫或低溫條件下，因溫度變化而引起聲速的變化，從而導致聲波波長的改變，使材料的吸聲頻率特性作相對移動，其變化趨勢一般是溫度提高，吸聲性能向高頻移動；溫度降低，吸聲特性向低頻移動。如圖所示。

6.多孔材料
在潮濕的環境下使用時，由于吸濕或含水，其內部孔隙被充入水分，使材料內部的孔隙減小，從而影響它的吸聲性能。下圖為玻璃棉吸水率逐漸增加對吸聲的影響，曲線表明，吸水率比較小時如5%，首先使高頻的吸聲系數降低，隨著吸水量的逐漸增加，如吸水率增加到20%及50%，吸聲系數不僅高頻降低，而且會進一步的擴大至中低頻范圍。在濕度大的條件下使用吸聲材料時，應注意選擇具有防潮能力吸聲材料，或對材料進行防水保護。