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三、吸声降噪
吸声降噪又称吸声处理,是指利用吸声材料或吸声结构对房间进行内部处理,增加房间内部的吸声量,降低房间内部混响声,以达到降低噪声的目的的一种方法。
由于吸声降噪只能降低混响声,而不能降低声源直达声,吸声降噪的实际效果和室内声场特性、声源特性、吸声处理的方式等因素有关。
1、吸声降噪机理
在具有声源的一个房间内,某一点的声能量除来自声源的直接辐射能量(称直达声)外,还有来自房间各个内壁多次反射形成的混响声。直达声和混响声相互叠加的结果,导致了室内声级比同样声源在自由声场(例如消声室、露天的开阔空间等)所产生的声级要高,人的主观感觉也有被噪声包围的感觉。如果在这样的房间内壁上布置一些吸声材料或吸声结构,就可以减少声的反射,吸收一部分混响声的能量,从而降低室内声级,改善人的主观感觉。这就是吸声降噪的基本机理。对于一些没有声源,噪声由外部传递到室内的场所,例如道路两侧的建筑,适当的吸声也有一定降低噪声的效果。
吸声处理的使用是有一定的局限性的,只能减弱反射声,对于声源的直达声没有任何降噪效果。
在所谓一些有“声学缺陷”的房间,吸声处理的作用会更明显,这类房间主要表现特征是:
(1)混响时间长
很多房间的内表面材料的吸声系数都很低,而房间容积又较大,因此房间内的混响时间很长,尤其是低频混响更为严重。
(2)多重回声
这种声学现象是由声波在壳顶结构与地面之间的多次反射形成的。凭借人的听觉即可判断出一个声音在房间内的多次反复。
对这类房间进行吸声处理,就更有必要了。
2、室内声场分析
为了分析吸声处理和降噪效果的关系,首先应了解室内声场分布的空间特征。假定在室内有一个声功率为W的声源,当声源距反射面较远时,由声源辐射的直达声密度为:
式中: ――声源指向因子; ――距声源的距离,m; ――声速, 。
根据声源在房间内的不同位置,声源指向因子 相应有不同的数值:当声源处于房间的中心时, ;声源若置于一个壁面的中心时, ;若处于两个壁面交线的中心时 ;而声源处于三个壁面的交点时, 。
由室内多次反射而产生的稳态混响声能量密度为:
式中: ,房间常数; ,房间平均吸声系数; ―面积为 的吸声系数;S―房间内表面的总面积, 。
房间内总的平均能量密度等于直达声和混响声的能量密度之和:
而总的平均声能量密度和声压又有如下关系:
式中: ―房间内某点的有效声压值,Pa; ―空气密度, ; ―声速, 。
声压和声功率的关系为: 若以声压级的形式表示,则可得到:
在标准情况下,取 ,可得到经常采用的声功率级和声压级的关系:
式中: ――声源声功率级,dB; ――距声源为 处的声压级,dB。
可以看出,室内总声压级与距离 的关系同自由场条件下的关系不同。当 较小,小至可满足 时,总声能量以直达声为主,混响声可以忽略。反之,当 较大,以至于 时,总声能量就以混响声为主,直达声可以忽略。 ,由此可以确定一个临界距离: 在此距离上,直达声与混响声的大小相等。当 时,直达声为主要能量。当 时,混响声为主要能量,只有在这个区域内进行吸声降噪处理才会有较明显的效果。
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