吸声降噪原理

一般消声器的原理

一般消声器的原理是通过改变声音传播路径或改变声波传播方式来减少噪音。

常见的消声器有以下几种原理：

1. 吸声原理：消声器通过吸收声波的能量，将声波能量转化为热能，从而减少声音的反射和传播。吸声材料通常是多孔材料，如泡沫塑料、玻璃纤维和矿棉等。当声波穿过这些材料时，材料内的孔隙和纤维会使声波受到多次反射和散射，从而使声波能量被吸收。

2. 隔声原理：消声器通过隔离声源和接收点之间的声波传播路径，减少声音传播。常见的隔声材料有密封胶带、隔音墙体等。这些材料能够阻隔声波的传播，减少声波的震动和传递。

3. 反相原理：消声器通过发出与噪音相反的声波，使两个声波相遇时相互抵消，达到降噪效果。这种原理通常适用于主动噪音控制技术，需要使用麦克风和扬声器等设备来检测和发出声波。

以上是一般消声器常见的工作原理，不同种类的消声器可能会采用不同的原理来实现降噪效果。

吸声处理与室内降噪

一、吸声 1.1 吸声系数与降噪系数 吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。 不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。按照ISO标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5KHz。将 100-5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。在工程中常使用降噪系数NRC粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1K、2K四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等0.2的材料才被认为是吸声材料。当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常需要使用高吸声系数的材料。如离心玻璃棉、岩棉等属于高NRC吸声材料，5cm厚的24kg/m3的离心玻璃棉的NRC可达到0.95。

测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。 在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。 在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大，吸声面积越多，吸声效果越明显。可以利用吸声天花、吸声墙板、空间吸声体等进行吸声降噪。 1.2吸声原理 纤维多孔吸声材料，如聚脂纤维吸音板、矿棉、植物纤维喷涂等，吸声机理是材料内部有大量微小的连通的孔隙，声波沿着这些孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。多孔材料吸声的必要条件是 ：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能，事实上，这些材料由于内部孔洞没有连通性，声波不能深入材料内部振动摩擦，因此吸声系数很小。 与墙面或天花存在空气层的穿孔板，即使材料本身吸声性能很差，这种结构也具有吸声性能，如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝吸声砖等。 这类吸声被称为亥姆霍兹共振吸声，吸声原理类似于暖水瓶的声共振，材料外部空间与内部腔体通过窄的瓶颈连接，声波入射时，在共振频率上，颈部的空气和内部空间之间产生剧烈的共振作用损耗了声能。亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在共振频率上具有较大的吸声系数。 薄膜或薄板与墙体或顶棚存在空腔时也能吸声，如木板、金属板做成的天花板或墙板等，这种结构的吸声机理是薄板共振吸声。在共振频率上，由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。 二、 吸声材料及吸声结构

吸声原理和吸声性能评价

一、 吸声原理

声波在介质中传播时因振动质点的疏密度和振动幅度不同，会造成声波传播时各个振动质点间存在速度和温度梯度差，即在介质中存在不同的传播速度及能量损耗。多孔吸声材料内部具有与外表面彼此相互连通的微通道，当声波入射到多孔材料表面时会像光一样产生多次反射( 或散射) 、透射、吸收等现象。声波还会使柔性材料的分子链甚至更大的结构单元发生振动，并使材料产生内摩擦和发热等现象，即将声能转化成热能及振动能耗散或在材料表面产生反射。[1]图1为声波与材料的相互作用示意图。

图1 声波与材料的相互作用示意图

1. 多孔吸声材料的吸声机理

多孔吸声材料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, 一部分在材料表面反射掉, 另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的空气运动, 与形成孔隙的固体筋络发生摩擦, 由于粘滞性和热传导效应, 将声能转化成热能而耗散掉。声波在刚性壁面反射后, 经过材料回到其表面时, 一部分声波透射到空气中, 一部分又反射回材料内部,声波通过这种反复传播, 使能量不断转化耗散, 如此反复, 使得材料“吸收”了部分声能。

2. 共振吸声结构的吸声机理

共振吸声结构以各类穿孔板最为常见。穿孔板与后面的空腔共同构成共振吸声结构。当声波入射到材料表面, 一部分在材料表面反射掉, 另一部分则透射到材料内部继续传播。当入射声波的频率和系统的固有频率相等时, 空气中的主空气柱由于共振产生剧烈振动, 空气柱和孔径侧壁摩擦而消耗声能。[2]

二、 吸声性能评价与表征

吸声材料的吸声性能好坏, 主要通过其吸声系数的高、低来表示。吸声系数是指声波在物体表面反射时, 其能量被吸收的百分率, 通常用符号a表示, a值越大,

吸声性能就越好。

a =(Ei-Ea)/Ei

式中, Ea为未被吸收的声能, Ei为入射总声能。由于材料的吸声系数有关, 即同一材料各个频率的吸声系数是不同的。我国混响室法吸声系数测量规定的测试频率范围为100 ～ 5000 Hz 。降噪系数(NRC)是取250、500、1000和2000四个频带吸声系数的平均值。

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------------- 吸声降噪在室内的应用

目前，房屋室内噪声主要是由于房屋结构和材料引起的，以中低频声波和振动为主，具有响度低、穿透力强、持续时间长、后期治理困难等特点。长时间的中低频声波和振动，对人的干扰更大，易使人烦躁和焦虑。当室内的持续噪声污染超过30分贝——相当于低声耳语的声音时，人的正常睡眠和休息就会受到干扰，使人产生心理障碍，莫名其妙地出现注意力不集中、记忆力减退、烦躁焦虑等症状。尤其是一些对噪声敏感人群，如中老年人、儿童、孕妇和病人或神经紧张的人，更容易受到噪声的伤害。

室内噪声产生的原因

一、通过门窗传进的室外噪声。很多人在购房时对户型、采光、通风等比较注意，却往往忽略了对环境噪声的考虑。

二、通过分户墙墙壁传进的邻居生活声音。目前高层塔楼的隔墙一般采用轻质隔墙，隔音功能较差。

三、通过室内暖气、上下排水管道传导的声音。晚上楼房里冲马桶的哗哗声、水龙头的振动声，都会影响人的睡眠。

四、通过楼房的楼板地面传声。楼上住户的脚步声很让人心烦。一些楼房的楼板比较薄，上下楼之间的楼板传声不但影响生活和休息，还会影响邻里关系。

五、通过楼房的泵房、电梯等设备传声。一些高层住宅楼的自来水或者中水水泵安装在楼内的地下室里面，如果购买底层房屋时不知道，入住后发现就为时已晚。

下面通过专业知识的介绍来了解吸音降噪的原理与应用。

一：吸声原理

吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。

不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。

测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。