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1、环境声学及其相关技术第次课本讲稿第一页，共四十四页噪声污染控制的原则噪声污染控制的原则 隔隔 声声 吸声吸声 消消声声 隔振隔振 本讲稿第二页，共四十四页 众所周知，只有当噪声源、传播途径、接受者三要素同时存在，噪声才构成对环境的污染和对人的危害。因此控制噪声必须从三方面着手:噪声源的控制传播途径的控制接受者的防护本讲稿第三页，共四十四页噪声源的控制?控制噪声最积极的方法，就是在声源上进行治理。如提高工艺水平、改进操作方法、提高零部件的加工精度等。具体可以从以下方面进行。振动控制技术。应用新材料、改进机械设备的结构改革工艺和操作方法 提高零部件加工精度和装配质量本讲稿第四页，共四十四页传播途径
2、的控制 利用区域分开的方法降低噪声 利用地形和声源的指向性降低噪声利用绿化降低噪声 123视频本讲稿第五页，共四十四页传播途径的控制 利用区域分开的方法降低噪声 利用地形和声源的指向性降低噪声利用绿化降低噪声 123视频本讲稿第六页，共四十四页传播途径的控制 本讲稿第七页，共四十四页接受者的防护 常用的办法有：佩戴隔音耳塞、耳罩、头盔，采取轮班作业，缩短在噪声环境中的工作时间等。它们主要是利用隔声的原理来阻挡噪声传入耳膜.本讲稿第八页，共四十四页噪声污染控制的原则噪声污染控制的原则 隔隔 声声 吸声吸声 消消声声 隔振隔振 本讲稿第九页，共四十四页 隔声隔声隔声隔声是噪声控制工程中常用的措施之
3、一。它是利用墙体、各种板材及构件使噪声源和接收者分开，阻断噪声在空气中的传播，从而达到降低噪声的目的。当声波在传播过程中,遇到匀质屏障物,使一部分声能被屏障物反射,一部分被屏障物吸收,一部分声能透过屏障物辐射到另一空间,透射声能仅是入射声能的一小部分,具有隔声能力的屏障物,称为隔声构件或隔声设备.隔声 隔声构件隔声量的大小与隔声构件的材料、结构和声波的频率有关。本讲稿第十页，共四十四页 隔声 双层墙的隔声性能双层墙的隔声性能实践与理论证明，单纯依靠增加结构的重量来提高隔声效果既浪费材料，隔声效果也不理想。若在两层墙间夹以一定厚度的空气层，其隔声效果会优于单层实心结构，从而突破质量定律的限制。两
4、层匀质墙与中间所夹一定厚度的空气层所组成的结构，称为双层墙。一般情况下，双层墙比单层匀质墙隔声量大5-10dB；如果隔声量相同，双层墙的总重比单层墙减少2/3-3/4。空气层的作用提高了隔声效果。其机理是当声波透过第一层墙时，由于墙外及夹层中空气与墙板特性阻抗的差异，造成声波的两次反射，形成衰减，并且由于空气层的弹性和附加吸收作用，使振动的能量衰减较大，然后再传给第二层墙，又发生声波的两次反射，使透射声能再次减少，因而总的透射损失更多。本讲稿第十一页，共四十四页常见的隔声设备有：隔声罩；隔声间；隔声屏等本讲稿第十二页，共四十四页噪声污染控制的原则噪声污染控制的原则 隔隔 声声 吸声吸声 消消声
5、声 隔振隔振 降噪措施中，吸声是一种最有效的方法，因而在工程中被广泛应用。采用吸声手段改善噪声环境时，通常有两种处理方法：一是采用吸声材料，二是采用吸声结构。本讲稿第十三页，共四十四页吸声材料 在普通房间里，当室内声源发出噪声时，人们除了可以听到由声源传来的直达声以外，还会听到由室内各表面反射而形成的反射声，使在室内的人们受到更大的噪声影响。当声波入射到物体表面时，一部分能量被反射，一部分能量被吸收，其余一部分声能却可以透过物体。这种情况下，吸声材料和物体的吸声结构就成为一种很重要的防止噪声污染的方法。本讲稿第十四页，共四十四页吸声材料 多孔性吸声材料的吸声机理多孔性吸声材料的吸声机理 多孔性
6、吸声材料要具有吸声性能，就必须具备两个重要条件：多孔性吸声材料要具有吸声性能，就必须具备两个重要条件：一是具有大量的孔隙，二是孔与孔之间要连通。一是具有大量的孔隙，二是孔与孔之间要连通。当声波入射到多孔性吸声材料表面后，一部分声波从多孔材当声波入射到多孔性吸声材料表面后，一部分声波从多孔材料表面反射，另一部分声波透射进入多孔材料，进入多孔材料的料表面反射，另一部分声波透射进入多孔材料，进入多孔材料的这部分声波，引起多孔性吸声材料内的空气振动，由于多孔性材这部分声波，引起多孔性吸声材料内的空气振动，由于多孔性材料中空气与孔的摩擦和粘滞阻力等，将一部分声能转化为热能。料中空气与孔的摩擦和粘滞阻力等
7、，将一部分声能转化为热能。此外，声波在多孔性吸声材料内经过多次反射进一步衰减，此外，声波在多孔性吸声材料内经过多次反射进一步衰减，当进入多孔性吸声材料内的声波再返回时，声波能量已经衰减很当进入多孔性吸声材料内的声波再返回时，声波能量已经衰减很多，只剩下小部分的能量，大部分则被多孔性吸声材料损耗吸收多，只剩下小部分的能量，大部分则被多孔性吸声材料损耗吸收掉。掉。本讲稿第十五页，共四十四页 影响多孔性吸声材料吸声系数的因素影响多孔性吸声材料吸声系数的因素 1流阻流阻Rl是评价吸声材料或吸声结构对空气粘滞性能影响大小的参量。流阻的定义是：微量空气流稳定地流过材料时，材料两边的静压差和流速之比，流阻与
8、空气的粘滞性、材料或结构的厚度、密度等都有关系。通常将吸声材料或吸声结构的流阻控制在一个适当的范围内，吸声系数大的材料或结构，其流阻也相对比较大，而过大的流阻将影响通风系统等结构的正常工作，因此在吸声设计中必须兼顾流阻特性。吸声材料 2材料的厚度大量的试验证明：吸声材料的厚度决定了吸声系数的大小和频率范围。增大厚度可以增大吸声系数，尤其是增大中低频吸声系数。同一种材料，厚度不同，吸声系数和吸声频率特性不同；不同的材料，吸声系数和吸声频率特性差别也很大，具体选用时可以查阅相关声学手册。本讲稿第十六页，共四十四页吸声材料 3材料的容重或空隙率材料的容重是指吸声材料加工成型后单位体积的重量。有时，也
9、用空隙率来描述。空隙率是指多孔性吸声材料中连通的空气体积与材料总体积的比值，材料的容重或空隙率不同，对吸声材料的吸声系数和频率特性有明显影响。一般情况下，密实、容重大的材料，其低频吸声性能好，高频吸声性能较差；相反，松软、容重小的材料，其低频吸声性能差，而高频吸声性能较好。因此，在具体设计和选用时，应该结合待处理空间的声学特性，合理地选用材料的容重。4湿度和温度湿度对多孔性材料的吸声性能也有十分明显的影响。随着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声材料中的空气不再连通，空隙率下降，吸声性能下降，吸声频率特性也将改变。因此，在一些含水量较大的区域，应合理选用具有防潮作用的超细玻璃棉毡等，以满足南方
10、潮湿气候和地下工程等使用的需要。温度对多孔性吸声材料也有一定影响。温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时，低频吸声性能下降，因此在工程中，温度因素的影响也应该引起注意。本讲稿第十七页，共四十四页吸声材料 5材料后空气层的影响在实际工程结构中，为了改善吸声材料的低频吸声性能，通常在吸声材料背后预留一定厚度的空气层。空气层的存在，相当于在吸声材料后又使用了一层空气作为吸声材料，或者说，相当于使用了吸声结构。6材料饰面的影响在实际工程中，为了保护多孔性吸声材料不致变形以及污染环境，通常采用金属网、玻璃丝布、及较大穿孔率的穿孔板等作为包装护面；此外，有些环境还需要对表面进行喷漆等，这些都将不同程度地
11、影响吸声材料的吸声性能。但当护面材料的穿孔率（穿孔面积与护面总面积的比值）超过20%时，这种影响可以忽略不计。本讲稿第十八页，共四十四页吸声材料 常用吸声材料的吸声系数及相关参数材料名称 容重 kg/m 3 厚度(cm)倍频带中心频率(Hz)125 250 500 1k 2 2k 吸声系数 超细玻璃棉 25 2.5 0.02 0.07 0.22 0.59 0.94 0.94 5 0.05 0.24 0.72 0.97 0.90 0.98 10 0.11 0.85 0.88 0.83 0.93 0.97 矿棉 240 6 0.25 0.55 0.78 0.75 0.87 0.91 毛毡 370
12、5 0.11 0.30 0.50 0.50 0.50 0.52 微孔砖 450 620 4 0.09 0.29 0.64 0.72 0.72 0.86 5.5 0.20 0.40 0.60 0.52 0.65 0.62 膨胀珍珠岩 360 10 0.36 0.39 0.44 0.50 0.55 0.55 本讲稿第十九页，共四十四页吸声材料 常用建筑材料的吸声系数建筑材料 倍频带中心频率(Hz)125 250 500 1k 2 2k 吸声系数普通砖 0.03 0.03 0.03 0.04 0.05 0.07 涂漆砖 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 混凝土块 0.36
13、0.44 0.31 0.29 0.39 0.25 涂漆混凝土块 0.10 0.05 0.06 0.07 0.09 0.08 混凝土 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 木料 0.15 0.11 0.10 0.07 0.06 0.07 灰泥 0.01 0.02 0.02 0.03 0.04 0.05 大理石 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 玻璃窗 0.15 0.10 0.08 0.08 0.07 0.05 本讲稿第二十页，共四十四页吸声材料 一些常用建筑结构的吸声系教及相关参数材料名称 材料 厚度(cm)空气层厚度(cm)倍频带中心频率(Hz)
14、125 250 500 1k 2 2k 吸声系数 刨花板 2.5 0 0.18 0.14 0.29 0.48 0.74 0.84 5 0.18 0.18 0.50 0.48 0.58 0.85 三合板 0.3 5 0.21 0.73 0.21 0.19 0.08 0.12 10 0.59 0.38 0.18 0.05 0.04 0.08 细木丝板 1.6 5 0 0.04 0.11 0.20 0.21 0.60 0.68 5 0.29 0.77 0.73 0.68 0.81 0.83 甘蔗板 1.3 0 0.06 0.12 0.20 0.21 0.60 0.68 3 0.28 0.40 0.3
15、3 0.32 0.37 0.26 木质纤维板 1.1 0 0.06 0.15 0.28 0.30 0.33 0.31 5 0.22 0.30 0.34 0.32 0.41 0.42 泡沫水泥 5 0 0.32 0.39 0.48 0.49 0.47 0.54 5 0.42 0.40 0.43 0.48 0.49 0.55 本讲稿第二十一页，共四十四页Unitofmeasure纤维类材料纤维类材料纤维类材料纤维类材料 纤维类材料又分无机纤维和有机纤维两类。无机纤维类主要有玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品。有机纤维类主要有棉麻下脚料、棉絮、稻草、海草及由甘蔗渣、麻丝等经过加工而制成的各种软质纤
16、维板 本讲稿第二十二页，共四十四页Unitofmeasure泡沫泡沫泡沫泡沫类材类材类材类材料料料料 主要有脲醛泡沫塑料、氨基甲酸酯泡沫塑料等。这类材料的优点是容积密度小（1014kg/m3）、导热系数小、质地软。缺点是易老化、耐火性差。目前用的最多的是聚氨酯泡沫塑料 本讲稿第二十三页，共四十四页Unitofmeasure颗粒颗粒颗粒颗粒类材类材类材类材料料料料 主要有膨胀珍珠岩、多孔陶土砖、矿渣水泥等。它们具有保温、防潮、不燃、耐热、耐腐蚀、抗冻等优点 本讲稿第二十四页，共四十四页吸声结构 吸声处理中较常采用的另一措施就是采用吸声结构。吸声结构的吸声机理，就是利用赫姆霍兹共振吸声原理。共振吸
17、声原理当声波入射到赫姆霍兹共振吸声器的入口时，容器内口的空气受到激励，将产生振动，容器内的介质将产生压缩或膨胀变形，最简单的赫姆霍兹共振吸声器赫姆霍兹共振吸声器的共振频率为赫姆霍兹共振吸声器达到共振时，其声抗最小，振动速度达到最大，对声的吸收也达到最大。声速，入口管长度，入口管面积容器体积本讲稿第二十五页，共四十四页吸声结构 工程中常用的吸声结构有空气层吸声结构、薄膜共振吸声结构和板共振吸声结构、穿孔板吸声结构、微穿孔板吸声结构、吸声尖劈等，其中最简单的吸声结构就是吸声材料后留空气层的吸声结构。1 空气层吸声结构空气层吸声结构 1.空腔厚度0，2.空腔厚度100mm，3.空腔厚度=300mm低
18、频的吸声性能可得到大大改善本讲稿第二十六页，共四十四页TextText*资料来源：2.2.2.2.薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 将薄的胶合板、塑料板、金属板等材料的周边固定在墙或顶棚的框架（称龙骨）上，这种由薄板和板后的封闭空气层构成的系统称为薄板共振吸声结构。当声波入射到薄板上时，薄板就产生振动，发生弯曲变形，板因此而出现内摩擦损耗，使振动的能量转变为热量，达到减噪的目的。当入射声波的频率与板系统的固有频率相同时，便发生共振，板的弯曲变形最大，消耗声能最多。工程中，薄板厚度一般为36mm，空气层厚度为30100mm，其吸声系数一般为0.20.5，共振频率为
19、100300Hz，属低频吸声。若在薄板结构的边缘放一些柔软材料，如橡胶条、海绵条、毛毡等，可以明显改善其吸声效果。吸声结构 本讲稿第二十七页，共四十四页3.3.3.3.单单孔共振吸声孔共振吸声孔共振吸声孔共振吸声结结构构构构由腔体和颈口组成，腔体通过颈部与大气相通，孔颈中的空气柱很短，可视为不可压缩的整体，当声波入射时，孔颈中的气柱在声波的作用下便像活塞一样做往复运动，与颈壁发生摩擦使声能转变为热能而损耗。当系统的固有频率与入射声波频率一致时，便发生共振，声能得到最大吸收。这种结构对低频吸声作用明显。是最简单的赫姆霍兹共振吸声结构.吸声结构 按照板穿孔的多少将其分为单孔共振吸声结构和多孔共振吸
20、声结构微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构,穿孔率通常只有穿孔率通常只有 1%3%，其孔径一般小于，其孔径一般小于 3mm微穿孔板吸声结构同样属微穿孔板吸声结构同样属于共振吸声结构，其吸声机理与穿孔板结构也基本相同。与普通穿孔板吸声结构相比，其特于共振吸声结构，其吸声机理与穿孔板结构也基本相同。与普通穿孔板吸声结构相比，其特点是吸声频带宽、吸声系数高，缺点是加工困难、成本高。点是吸声频带宽、吸声系数高，缺点是加工困难、成本高。本讲稿第二十八页，共四十四页Text*资料来源：4.4.4.4.空间吸声体和吸声尖劈空间吸声体和吸声尖劈空间吸声体和吸声尖劈空间吸声体和吸声尖劈 空间吸声体是由框架、吸声材料
21、和护面结构做成具有各种形状的单元体。它们悬挂在有噪声的空间，各个侧面都能起到吸声的作用，具有吸声系数高、造价低、安装方便等特点。空间吸声体常采用超细玻璃棉作为填充材料，采用木架或金属框等为支撑结构，采用玻璃丝布作为外包装材料，有时也采用穿孔率大于 20%的穿孔板作为外包装，吸声结构 本讲稿第二十九页，共四十四页吸声结构 4.4.空空间间吸声体和吸声尖劈吸声体和吸声尖劈 吸声尖劈具有很高的吸声系数，可以达到吸声尖劈具有很高的吸声系数，可以达到 0.99 0.99，常用于有特殊，常用于有特殊用途的声学用途的声学结结构的构造。构的构造。吸声尖劈的吸声性能与吸声尖劈的总长度吸声尖劈的吸声性能与吸声尖劈
22、的总长度LL和和 以及空腔的深度以及空腔的深度HH、填充的吸声材料的吸声特性等都有关系，、填充的吸声材料的吸声特性等都有关系，LL越长，其低频吸声性能越长，其低频吸声性能越好。此外，上述参数之间有一个最佳协调关系，需要在使用时根据越好。此外，上述参数之间有一个最佳协调关系，需要在使用时根据吸声的要求进行优化，必要时还需要通过实验加以修正。吸声的要求进行优化，必要时还需要通过实验加以修正。本讲稿第三十页，共四十四页噪声污染控制的原则噪声污染控制的原则 隔隔 声声 吸声吸声 消消声声 隔振隔振 本讲稿第三十一页，共四十四页 消声器是一种在允许气流通过的同时，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。
23、它主要用于机械设备的进、排气管道或通风管道的噪声控制。一个性能好的消声器，可使气流噪声降低2040dB（A）。消声器类型很多，按其降噪原理主要有如下三种类型：消声 本讲稿第三十二页，共四十四页阻性消声器 阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上，或使之按一定的方式排列在管道中，就构成了阻性消声器。当声波进入消声器后，由于摩擦力和粘滞阻力的作用，部分声能转化为热能散失，起到了消声作用。阻性消声器结构简单，能较好地消除中、高频噪声，但不适合在高温、高湿环境中使用，对低频噪声消声效果也较差。在实际应用中被广泛用于消除风机、燃气轮机等的进气噪声。常见阻性消声器的结
24、构形式有直管式、折板式、片式、蜂窝式、迷宫式、声流式、盘式及室式等。本讲稿第三十三页，共四十四页抗性消声器 抗性消声器不使用吸声材料，它是利用管道截面的突变或旁接共振腔，使声波发生反射或干涉，从而使部分声波不再沿管道继续传播、达到消声的目的。抗性消声器耐高温、耐气流冲击，适用于消除中低频噪声，实际应用中常用于消除空压机、内燃机和汽车排气噪声。常用的抗性消声器主要有扩张室（也叫膨胀室）消声器和共振腔消声器。扩张室消声器的基本结构是扩张室和接管的组合。本讲稿第三十四页，共四十四页复式消声器 阻性消声器在中高频范围内有较好的效果，而抗性消声器可以有效地降低中低频噪声。两者结合起来组成阻抗复合消声器，
25、便可在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。复式消声器 微穿孔板消声器是一种特殊的消声结构，它利用微穿孔板吸声结构而制成，是我国噪声控制工作者研制成功的一种新型消声器。通过选择微穿孔板上的不同穿孔率与板后的不同腔深，能够在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。因此，微穿孔板消声器能起到阻抗复合式消声器的消声作用。本讲稿第三十五页，共四十四页微穿孔板消声器常见的阻抗复合式消声器本讲稿第三十六页，共四十四页噪声污染控制的原则噪声污染控制的原则 隔隔 声声 吸声吸声 消消声声 隔振隔振 本讲稿第三十七页，共四十四页*资料来源：隔振概述 隔振器 阻尼减振 隔振就是将振源与基础或其它物体间近似于刚性的联接改
26、成弹性联接，以防止或减弱振动能量的传递，从而达到防振的目的。隔振的分类：（1）积极隔振或主动隔振 对振动源采取隔振措施，防止它对周围设备和建筑物的影响 （2）消极隔振或被动隔振 对怕振的仪器仪表等物品采取隔振措施，以防止和减弱其它振动源通过基础向仪器设备传递振动 本讲稿第三十八页，共四十四页隔振概述 隔振器 阻尼减振 尽管积极隔振和消极隔振在目标上有所不同，但依据的原理和采用的方法基本上是一致的。常用的隔振器包括：金属弹簧隔振器、橡胶隔振器空气弹簧隔振器、隔振垫本讲稿第三十九页，共四十四页*资料来源：金属弹簧隔振器由钢丝、钢板或钢条制成。是目前国内外应用较广泛的低频隔振器，尤其应用于静态压缩量
27、大于5cm或环境条件不允许采用橡胶材料的地方。它具有弹性好、耐高温、耐油、耐腐蚀、寿命长、承载能力高等优点。缺点是本身阻尼小，共振时传递率大，高频隔振性能差。常用的金属弹簧隔振器有圆柱形螺旋弹簧隔振器和板条式隔振器。金属弹簧隔振器本讲稿第四十页，共四十四页*资料来源：橡胶隔振器是一种适合于中小型设备和仪器隔振的装置。它具有良好的隔振缓冲和隔声性能，形状可自由选择，不会产生共振激增现象，可承受压缩、剪切或剪切-压缩力，但不能承受拉力。由于橡胶成型容易，也易于与金属牢固地粘接，因此可以设计制造出各种形状的隔振器，而且重量轻、体积小、价格低、安装方便。其缺点是易老化，耐高、低温性能差，不耐油污，承载
28、能力也较低。根据受力状况，橡胶隔振器可分为三种：压缩型、剪切型和复合型。橡胶隔振器 本讲稿第四十一页，共四十四页隔振概述 隔振器 阻尼减振 用金属板制成的机罩、风管以及机器设备的壳体等金属结构，常会因振动的传导发生剧烈振动，从而产生较强的噪声。降低这种振动噪声普遍采用的方法是在振动构件上紧贴或喷涂一层高阻尼的材料，或者把板件设计成夹层结构。这种降噪措施习惯上称作阻尼减振，简简简简称阻尼称阻尼称阻尼称阻尼 本讲稿第四十二页，共四十四页阻尼减振的原理 当金属板壳被涂上高阻尼材料后，受激产生振动时，阻尼层也随之振动，一弯一折使阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，从而使金属板和阻尼层之间、阻尼层内部分子之间不断发生相对位移，由于其摩擦阻力很大，便使振动能量不断转化为热能而被消耗；同时阻尼层的刚度总是力图阻止板面的弯曲振动，从而降低了金属板的噪声辐射，这就是阻尼减振的原理。本讲稿第四十三页，共四十四页振动测试及在工程中的应用视频本讲稿第四十四页，共四十四页