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1.薄板共振吸声结构
把一个不透气的薄层如胶合板、薄木板、草纸板、硬质纤维板、石膏板或金属板等周边固定,背后留有一定厚度的空气层,就构成薄板共振吸声器。它是一个薄板和板后空气层组成的振动系统,其声阻抗率和共振频率为
式中 M——薄板的面密度,kg/㎡;
D——空气层的厚度,m。
当入射声波的频率接近于振动系统的固有频率时发生共振,此时系统的振动最甚,声吸收显著。通常薄板共振结构的共振频率在80~300Hz的低频范围内,如果用重量小、不透气的材料如油毡、漆布、人造革等作薄板材料,由于M值小,其共振频率向高频移动;而由于刚度小,则可获得较大的吸声系数。
一般薄板结构的共振吸声系数为0.2~0.5。在空气层加填多孔材料,在板的边缘安置海绵、软橡皮、毛毡等软材料,都能提高吸声系数。
2.穿孔板吸声结构
对低频噪声常采用穿孔板共振吸声结构,它是在一块板上打许多孔,组合成许多并联的共振器。当共振器的孔数为n时,其共振频率为
或
(1-1)
式中 D——穿孔板后空气层的厚度,cm;
Lk——孔径有效长,cm;
s——孔的截面积,c㎡;
p——穿孔率,即穿孔面积在总面积中占的百分比。
当孔颈(d)大于板厚(t)时,Lk=t+0.8d;当空腔内壁贴多孔材料时,Lk=t+1.2d;当圆孔为正方形排列时,;当圆孔为三角形排列时,。
共振时的吸声系数为
式中 rA——相对声阻;
r——流阻。
吸声系数高于0.5的频带宽度为
一般来说,穿孔率在10%以内,既有共振作用,又有阻尼作用。但当穿孔率在20%以上时,几乎没有共振作用,这时穿孔板已不再是共振吸声结构,而仅仅成为护面板了。当板后空气层厚度增加时,低频吸声系数增加,高频吸声系数稍有下降。
3.微穿孔板吸声结构
微穿孔板吸声结构是在板厚小于1mm的薄金属板上钻以孔径小于1mm的微孔,穿孔率为1%~5%,后部留有一定厚度的空气层。其吸声系数和吸声带宽远优于穿孔板吸声结构,共振频率与式(1-1)一样,但此时的Lk为
式中 pD/3——末端修正值;
D——腔深。
试验表明,当微穿孔板的厚度t=0.2~1.0mm,孔径d=0.2~1.0mm,穿孔率p=0.5%~4.0%时,其吸声效果较好,尤以p=1.0%~2.5%更好;当t>1mm,d>1mm,穿孔率p过大或过小时,吸声系数较明显地下降。
当发生共振时微穿孔板的吸声系数为
吸收声系数ao/2时频带宽度Δf=f2-f1由下式确定
其中
r=atkr/d2p
m=0.294×10-3tkm/p
式中 P——穿孔率,%;
t——板厚,mm;
kr——声阻系数,;
km——声质量系数,,其中x=ha√f,a,h为常数。对于隔热的板a=0.117,h=0.32;导热性能较好的板a=0.235,h=0.21。
4.空间吸声体
将吸声结构单独的一块一块地吊在天花板或墙上,则声波不仅会被向着声源一面的吸声材料所吸收,而且由于绕射作用,有一部分声波还被背面吸收,这种吸声结构称为空间吸声体,如图1所示。
图1 空间吸声体 |
空间吸声体所用的吸声材料有超细玻璃、泡沫塑料、矿棉、卡普隆纤维、地毯毛等。先用木材或钢板制成框架,再用塑料高纱、玻璃纤维布、穿孔板或钢网罩面。其悬挂面积最好取房间平顶面积的35%~40%为好,或者取发电机房内表面积的20%为宜。悬挂高度一般取室内净高的1/5~1/7。
吸声降噪应注意以下几点。
i.吸声降噪的最大降噪量一般不会超过6~10dB,效果不会很大。
ii.吸声降噪仅对那些室内壁面吸声较低、消声量较小的地方,才会收到较好的效果,否则投资很大。
iii.离大噪声源较远的部位,或人员接收的反射声比直射声强时,才适宜采用吸声降噪措施,或者说,只有在混响占主要地位、房间壁面光滑、房间不太大、反射声很强的场合,采用吸声处理才能有较好的降噪效果。