环保专业知识辅导之吸声降噪工程(3)

　　二、共振吸声结构

　　共振吸声结构，和多孔吸声材料相比，一般吸声的频率范围较窄，吸声效率较低，但是它的优点是具有较好的低频吸声效果，吸收的频率容易选择和控制，从而可以弥补多孔吸声材料在低频区域吸声性能的不足。在厅堂的声学处理和噪声控制中，常常用到各种形式的共振吸声结构。

　　1、薄板共振吸声结构

　　将不透气的薄板固定在刚性壁前一定距离处，就构成了板共振吸声结构。这个由薄板和空气层组成的系统可以视为一个由质量块和弹簧组成的振动系统，当入射声波的频率和系统固有频率接近时，板就产生共振，内部摩擦将声能转换为热能耗散掉。其主要吸声范围在共振频率附近区域。

　　板状材料的共振频率和板的面密度、材料的弹性系数、空气层厚度、结构尺寸及安装方法等因素有关，一般可采用下式计算： 式中： ―声速,m/s; ―空气密度, ; ―板的面密度, ; ―空气层厚度,m。

　　增加板的面密度和空气厚度，可以使结构的共振频率向低频区域移动。常用的板共振结构的共振频率处于80～300Hz的频率范围，吸声系数可达0.2～0.5。

　　薄板共振吸声频率范围很窄，只能作为以共振频率附近频域为主要吸声范围的结构。通过两个途径可以适当展宽它的有效吸声范围：一是采用密度很小的薄板进行多层组合;二是在空腔中填充多孔材料以增加板振动的阻尼。如果在板与龙骨之间增加海绵、毛毡、软橡胶等弹性材料层，也可以改善整个结构的吸声特性。

　　2、薄膜共振吸声结构

　　吸声结构中采用的膜状材料，是指刚性很小、没有透气性、受力拉张后具有弹性的材料，如塑料膜、帆布等。

　　膜的吸声机理基本基本类似于板结构的吸声，系统的共振频率和膜的面密度、空气层厚度及膜所受的拉力有关。在膜处于松驰的状态下，其共振频率为： 式中： ――膜的面密度， ; ――空气层厚度， 。

　　常用膜状共振吸声结构的共振频率在200～1000Hz范围内，共振频率邻近频域的吸声系数一般为0.3～0.4。膜状材料主要用于中频范围的吸声，非常薄的膜共振结构其共振频率可处于高频范围。在实用中，为改善吸声性能，可在其背后空气层内充填多孔材料。

　　3、单腔共振吸声结构

　　单腔共振吸声结构既亥姆霍兹共振吸声器，基本结构参数及特性见图5-2-5。

　　单腔共振吸声结构由一个刚性容积和一个连通外界的颈口组成。空腔中的空气具有弹性，类似于一个弹簧;颈口处的小空气柱相当于质量块，组成一弹性系统。当声波入射到颈口时，由于孔颈处的摩擦阻尼，使声能变为热能。当入射声波频率等于共振结构的固有频率时，孔颈处的空气柱发生共振，此时此地的振速为极大值，相应吸收的声能量大。外界频率偏离共振频率时，振速相应减小，声能吸收也变少。若声波的波长大于共振腔的尺寸时，其系统参数可以简化为集中参数，其共振频率可用下式计算： 式中： ―声速， ; ―颈口半径， ; ―空腔容积， ; ――颈长， 。

　　这种吸声结构吸声频带较窄，具有较强的频率选择性，多用于低频有明显音调噪声的吸收。一般情况下，都是多个共振腔组合使用，很少单独使用，通过调节各腔的结构尺寸来适应不同频率的吸收。

　　如果想展宽共振吸声结构的有效吸声频带范围，可以在颈口处放置一些多孔吸声材料，或放一层薄的纺织物，以增加颈口处的声阻。对一定的声阻来说，振速越大，消耗的声能越多，声阻只有加在速度极大处才有明显的吸声效果。在空腔内填充多孔吸声材料，也可改善共振效应，但效果不会太大。因空腔中的平均速度接近于零，不能发挥声阻的效用，充填不得当，还容易减弱原有的共振效应。

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