腔体深度对吸声系数的影响

郭辰曦

（北京市156中学，北京 100034）

1 问题的提出

电厂的厂房内部墙体上由很多穿孔板构成，其中穿孔板的孔径相同，现有的薄穿孔与墙体之间距离也相同。

图1中的电厂墙体上的金属穿孔薄板主要是起到吸收噪声的目的，金属板上的孔径不同，吸收不同厂房内部噪声。本文将论述穿孔板与墙体之间的距离变化时，该结构的噪声吸收系数变化规律[1]。

2 孔板的结构变化

薄孔板与墙体之间的空气夹层相当于簧弹振子，振动的空气可认为是由很多小球组成的碰撞体，质量为 m，速度为V，薄孔板的质量为M，空气与薄孔板碰撞后返回速度为v1，引起薄板振动速度为v2。根据动量定律、能量守恒和弹簧振子得出了吸声系数：

从公式(1)和(2)可以看出，当弹簧振子位移最大时，c os（ωt）=1，即α =1，吸声系数最大；当弹簧振子位移为零时 cos（ωt）=0，即 α=0，薄孔板不吸收噪声。因此，吸声系数的数值一定处于（0，1）之间的变化曲线，见图2所示。

从公式(1)和(2)可以定性得出了图2吸声系数曲线，从曲线看出，吸声系数变化范围大，直观上感觉单一腔体的薄吸声板对噪声吸收效果有待改善，下面进行详细论述[2]。

空气质量可以表示为

将公式(3)代入公式(1)，可以得到：

其中，D为薄穿孔板至墙体之间的距离（简称腔体）

当腔体D不断变化时，吸声系数随之变化，如果由多个腔体组成，上述公式可变为：

从公式(5)看出，将腔体划分不同高度腔体后，吸声系数的峰值相比单一腔体会变宽。

从图3看出，4腔体结构出现4个峰值，且平均吸声系数大于0.6；而单一腔体会出现吸声系数为0的状态。因此，4腔体结构的吸声板优于单腔体结构[3]。

3 结语

（1）本文从余弦变化规律定性的分析了吸声特性；（2）利用空气质量的正弦变化规律，给出了4腔体的吸声结构优于单腔体结构；（3）建议电厂薄穿孔板采用多腔体结构，对厂房内部的吸声效果会更好。

图1 不同腔体深度的薄穿孔板结构示意图

图2 吸声系数的初步判断结果

图3 单一腔体与四腔体吸声系数的曲线比较

[1]冯涛,王晶,刘斌,等.用传递矩阵法计算多层泡沫材料的法向吸声系数[J].机械设计与制造,2012,(2)：35-37.

[2]Boseung Kim, Junhong Park. Sound absorption structure in helical shapes made using fibrous paper[J].Composite Structures,2015,(134)：90-94.

[3]刘克，Noceke C，马大猷.扩散场内微穿孔板吸声特性的实验研究[J].声学学报，2000,25(3)：211-218.