環(huán)保專業(yè)知識輔導(dǎo)之吸聲降噪工程(3)
二、共振吸聲結(jié)構(gòu)
共振吸聲結(jié)構(gòu),和多孔吸聲材料相比,一般吸聲的頻率范圍較窄,吸聲效率較低,但是它的優(yōu)點是具有較好的低頻吸聲效果,吸收的頻率容易選擇和控制,從而可以彌補多孔吸聲材料在低頻區(qū)域吸聲性能的不足。在廳堂的聲學(xué)處理和噪聲控制中,常常用到各種形式的共振吸聲結(jié)構(gòu)。
1、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)
將不透氣的薄板固定在剛性壁前一定距離處,就構(gòu)成了板共振吸聲結(jié)構(gòu)。這個由薄板和空氣層組成的系統(tǒng)可以視為一個由質(zhì)量塊和彈簧組成的振動系統(tǒng),當入射聲波的頻率和系統(tǒng)固有頻率接近時,板就產(chǎn)生共振,內(nèi)部摩擦將聲能轉(zhuǎn)換為熱能耗散掉。其主要吸聲范圍在共振頻率附近區(qū)域。
板狀材料的共振頻率和板的面密度、材料的彈性系數(shù)、空氣層厚度、結(jié)構(gòu)尺寸及安裝方法等因素有關(guān),一般可采用下式計算: 式中: ―聲速,m/s; ―空氣密度, ; ―板的面密度, ; ―空氣層厚度,m。
增加板的面密度和空氣厚度,可以使結(jié)構(gòu)的共振頻率向低頻區(qū)域移動。常用的板共振結(jié)構(gòu)的共振頻率處于80~300Hz的頻率范圍,吸聲系數(shù)可達0.2~0.5。
薄板共振吸聲頻率范圍很窄,只能作為以共振頻率附近頻域為主要吸聲范圍的結(jié)構(gòu)。通過兩個途徑可以適當展寬它的有效吸聲范圍:一是采用密度很小的薄板進行多層組合;二是在空腔中填充多孔材料以增加板振動的阻尼。如果在板與龍骨之間增加海綿、毛氈、軟橡膠等彈性材料層,也可以改善整個結(jié)構(gòu)的吸聲特性。
2、薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)
吸聲結(jié)構(gòu)中采用的膜狀材料,是指剛性很小、沒有透氣性、受力拉張后具有彈性的材料,如塑料膜、帆布等。
膜的吸聲機理基本基本類似于板結(jié)構(gòu)的吸聲,系統(tǒng)的共振頻率和膜的面密度、空氣層厚度及膜所受的拉力有關(guān)。在膜處于松馳的狀態(tài)下,其共振頻率為: 式中: ――膜的面密度, ; ――空氣層厚度, 。
常用膜狀共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率在200~1000Hz范圍內(nèi),共振頻率鄰近頻域的吸聲系數(shù)一般為0.3~0.4。膜狀材料主要用于中頻范圍的吸聲,非常薄的膜共振結(jié)構(gòu)其共振頻率可處于高頻范圍。在實用中,為改善吸聲性能,可在其背后空氣層內(nèi)充填多孔材料。
3、單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)
單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)既亥姆霍茲共振吸聲器,基本結(jié)構(gòu)參數(shù)及特性見圖5-2-5。
單腔共振吸聲結(jié)構(gòu)由一個剛性容積和一個連通外界的頸口組成。空腔中的空氣具有彈性,類似于一個彈簧;頸口處的小空氣柱相當于質(zhì)量塊,組成一彈性系統(tǒng)。當聲波入射到頸口時,由于孔頸處的摩擦阻尼,使聲能變?yōu)闊崮堋.斎肷渎暡l率等于共振結(jié)構(gòu)的固有頻率時,孔頸處的空氣柱發(fā)生共振,此時此地的振速為極大值,相應(yīng)吸收的聲能量大。外界頻率偏離共振頻率時,振速相應(yīng)減小,聲能吸收也變少。若聲波的波長大于共振腔的尺寸時,其系統(tǒng)參數(shù)可以簡化為集中參數(shù),其共振頻率可用下式計算: 式中: ―聲速, ; ―頸口半徑, ; ―空腔容積, ; ――頸長, 。
這種吸聲結(jié)構(gòu)吸聲頻帶較窄,具有較強的頻率選擇性,多用于低頻有明顯音調(diào)噪聲的吸收。一般情況下,都是多個共振腔組合使用,很少單獨使用,通過調(diào)節(jié)各腔的結(jié)構(gòu)尺寸來適應(yīng)不同頻率的吸收。
如果想展寬共振吸聲結(jié)構(gòu)的有效吸聲頻帶范圍,可以在頸口處放置一些多孔吸聲材料,或放一層薄的紡織物,以增加頸口處的聲阻。對一定的聲阻來說,振速越大,消耗的聲能越多,聲阻只有加在速度極大處才有明顯的吸聲效果。在空腔內(nèi)填充多孔吸聲材料,也可改善共振效應(yīng),但效果不會太大。因空腔中的平均速度接近于零,不能發(fā)揮聲阻的效用,充填不得當,還容易減弱原有的共振效應(yīng)。
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