環(huán)保專業(yè)知識(shí)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(diǎn)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(bǔ)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(gè)由薄板和空氣層組成的系統(tǒng)可以視為一個(gè)由質(zhì)量塊和彈簧組成的振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)入射聲波的頻率和系統(tǒng)固有頻率接近時(shí)，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(jì)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(dòng)。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(dá)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?yàn)橹饕暦秶慕Y(jié)構(gòu)。通過兩個(gè)途徑可以適當(dāng)展寬它的有效吸聲范圍：一是采用密度很小的薄板進(jìn)行多層組合;二是在空腔中填充多孔材料以增加板振動(dòng)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(gè)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(jī)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(shí)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(gè)剛性容積和一個(gè)連通外界的頸口組成。空腔中的空氣具有彈性，類似于一個(gè)彈簧;頸口處的小空氣柱相當(dāng)于質(zhì)量塊，組成一彈性系統(tǒng)。當(dāng)聲波入射到頸口時(shí)，由于孔頸處的摩擦阻尼，使聲能變?yōu)闊崮堋．?dāng)入射聲波頻率等于共振結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)，孔頸處的空氣柱發(fā)生共振，此時(shí)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(shí)，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(shí)，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(jì)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(qiáng)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(gè)共振腔組合使用，很少單獨(dú)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(huì)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(dāng)，還容易減弱原有的共振效應(yīng)。

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