天花板的穿孔率是怎么计算的？ – 手机爱问
在板厚小于1。0毫米的薄板上穿以孔径小于1。0毫米的微孔，穿孔率在1～5%之间，后部留有一定的厚度（5～20cm）的空气层，空腔内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。 微穿孔板吸声结构是一种低声质量、高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。 微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： z=r jwm=...全部
在板厚小于1。0毫米的薄板上穿以孔径小于1。0毫米的微孔，穿孔率在1～5%之间，后部留有一定的厚度（5～20cm）的空气层，空腔内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。
微穿孔板吸声结构是一种低声质量、高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。
微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： z=r jwm=jctg(WD/C) （1） 式中： ρ -- 空气密度（公斤/厘米3）； C -- 空气中声速（米/秒）； D -- 腔深（穿孔板与后壁的距离）（毫米）； m -- 相对声质量； r -- 相对声阻； w -- 角频率，W=2πf(f为频率)； 而r和m分别由式（2）（3）表达： r=atkr/dzp （2） m=(0。
294)×10-3tkm/p （3） 式中： t-- 板厚（毫米） d-- 孔径（毫米） p-- 穿孔率（%） kr-- 声阻系数 kr=(1 x2/32)1/2 (2x)1/2/8×d/t km--声质量系数 km=1 (1 (1/(9 (x2/2)))) 0。
85d/t 其中x=ab f，a和b为常数，对于绝热板a=0。147,b=0。32对于导热板a=0。235，b=0。21。声吸收的角频带宽度，近似地由 r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。
r/m=(l/d2)×(kr/km) (4) 式中 l-- 常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。 上式也可以用式（5）表达 r/m=50f((kr/km)/x2) (5) 而kr/km的近似计算式为 kr/km=0。
5＋0。1x＋0。005x2 (6) 利用以上各式就可以从要求的r、m 、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。
这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。 共振时的最大吸声系数α0为 α0=4r/(1 r)2 (7) 具体设计微穿孔板吸声结构时，可通过计算，也可查图表，计算结果与实测结果相近。在实际工程中为了扩大吸声频带的宽度，往往采用不同孔径、不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。
微穿孔板消声器 微穿孔板声学结构在消声技术领域也早有十分广泛的应用，利用微穿孔板声学结构设计制造的微穿孔板消声器种类繁多，最简单的是直管式消声器，而多数是阻抗复合式消声器。
微穿孔板消声器用金属穿孔薄板制成，常见的微穿孔板可用钢板(管)、不锈钢板(管)、合金板(管)等材料制做，由于微穿孔板后的空气层内可填装多孔性岩棉材料，即利用吸声材料的阻性吸声原理,进一步达到降噪消声目的。
其吸声系数高，吸收频带宽，压力损失很小，气流再生噪声低，且易于控制。为获得宽频带高吸收效果，一般用双层微穿孔板结构。微穿孔板与外壳之间以及微穿孔板之间的空腔尺寸大小按需要吸收的频带不同而异，吸收低频空腔大些（150~200毫米），中频小些（80~120）毫米，高频更小些（30~50毫米），双层结构的前腔深度一般应小于后腔，前后腔深度之比不大于1： 3，前部接近气流的一层微穿孔板穿孔率应高于后层，为减小轴向声传播的影响，可在微穿孔板消声器的空腔内每隔500毫米左右加一块横向隔板。
单层管式微穿孔板消声器是一种共振式的吸声结构。对于低频消声，当声波波长大于共振腔（空腔）尺寸时，可以应用共振消声器计算式（7）来计算微穿孔板消声器的消声量LTL： LTL=10lg(1 (a 0。
25)/(a2 b2×f/fo-fo/f)2))（分贝）（7） 式中 a=rs b=sc/2πfov r -- 相对声阻 s -- 通道截面积（米2） v -- 板后空腔体积（米3） c -- 空气中的声速（米/秒） f -- 入射声波频率（赫） f0 -- 共振频率（赫） f0=(c/2π)×(p/tD)1/2 t=t 0。
8d 1/3PD t -- 微穿孔板的厚度（米） p -- 穿孔率（%） D -- 板后空腔深度（米） D -- 穿孔孔径（米） 对于中频消声，微穿孔板消声器的消声量可以应用阻性消声器的计算式（8）进行计算： LTL=ψ(α0)pL/s (分贝) （8） 式中 ψ（α0） -- 消声系数，它是与吸声系数α0 有关的量， α0和ψ(α0)相互关系经验值可由表查得 P -- 管道横断面的周长（米） L -- 管道的长度（米） S -- 管道横截面面积（米2） 微穿孔板消声器高频消声性能实测值比理论估算值要好。
试验证明，消声量与流速有关，与消声器温升无关。流速增高，气流再生噪声提高，消声性能下降，金属微穿孔板消声器可承受较高气流速度的冲击，当流速达到70米/秒时，仍有10分贝以上的消声量。这也是微穿孔板消声器优于一般阻性消声器的又一重要特点。
。 阻性消声器是利用敷设在气流通道内的多孔吸声材料，吸收声能，降低噪声而起到消声作用。 抗性消声器，主要是通过控制声抗的大小来消声的。它不使用吸声材料，而是在管道上接截面突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗失配，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。
常用的抗性消声器主要有扩张室式和共振腔式两大类。 阻性消声器对中、高频噪声消声效果好，而抗性消声器适用于消除低、中频噪声。在工业生产中碰到的噪声多是宽频带的，即低、中、高各频段的声压级都较高。
在实际消声中，为了在低、中、高的宽广频率范围获得较好的消声效果，常采用阻抗复合式消声器。 阻抗复合式消声器，是按阻性与抗性两种消声原理通过适当结构复合起来而构成的。常用的阻抗复合式消声器有“阻性 - 扩张室复合式”消声器、“阻性 - 共振腔复合式”消声器、“阻性 - 扩张室 - 共振腔复合式”消声器以及“微穿孔板”消声器。
在噪声控制工作中，对一些高强度的宽频带噪声，几乎都采用这几种复合式消声器来消除，图 8。32 所示是常见的一些阻抗复合式消声器。 阻抗复合式消声器，可以认为是阻性与抗性在同一频带的消声值相迭加。
但由于声波在传播过程中具有反射、绕射、折射、干涉等特性，所以，其消声值并不是简单的迭加关系。对于波长较长的声波来说，当消声器以阻与抗的形式复合在一起时有声的耦合作用。在实际应用中，阻抗复合式消声器的消声值通常由实验或实际测量确定。
图 8。32 常见的阻抗复合式消声器 阻抗复合在一起，可在低、中、高频范围均获得良好的消声效果，在试验台上可分别测试消声器的静态和动态消声性能。静态试验指不带气流，只用白噪声做声源，这样可扣除气流对消声性能的影响而测得消声器实际的消声能力；动态试验是指送气流后的消声性能，分别测试 20 米 / 秒、 40 米 / 秒、 60 米 / 秒下的声学性能及空气动力性能。
动态消声值随着气流速度的增高而逐渐下降。 微穿孔板消声器是一种特殊的消声结构，它利用微穿孔板吸声结构而制成，是我国噪声控制工作者研制成功的一种新型消声器。通过选择微穿孔板上的不同穿孔率与板后的不同腔深，能够在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。
因此，微穿孔板消声器能起到阻抗复合式消声器的消声作用。 图 8。33 微穿孔板消声器的理论计算模型 微穿孔板消声器的理论计算模型如图 8。33 所示。当管中无气流时，可得到质量守恒和轴向动量守恒两个方程， (8。
4。1) (8。4。2) 式中 是管壁上 ( 即 r ＝ R 处 ) 的径向速度，其值由边界上的条件确定。 再考虑物态方程，便得到穿孔管中的波动方程， (8。
4。3) 在穿孔板壁面处，应满足， (8。4。4) 式中 为壁面法向相对声阻抗率。必须指出，之所以采用穿孔板壁面的声阻抗率是基于这样的假定：当孔间距远远小于波长时，可认为壁面具有均匀的阻抗。
将 (8。4。4) 式代入 (8。4。3) 式中，即得到关于 p 的二阶线性偏微分方程， (8。4。5) 此方程可分离变量，令 (8。
4。6) 则上式可化为， (8。4。7) 令 、 ，则这个方程的解的形式为， (8。
4。8) 可见在管内传播着两种波，即右行波 和左行波 ，据此可推导出微穿孔板消声器的消声量 或传声损失 。 不妨假设上游的入射波波幅为 、反射波波幅为 ，而下游的透射波波幅为 ，根据消声器两端分别满足声压连续和体积速度连续，可以得到， (8。
4。9) 式中 。最后得到圆形微穿孔板消声器的消声量近似估算公式， (8。4。10) 式中公式的根号内是复数，因此使用不方便，需进一步化为实变量函数形式。
经推导，可得， (8。4。11) 对于任意截面的微穿孔板消声器，其消声量公式为， (8。4。12) 式中 为截面周长， 为截面面积， 为内管半径， 为穿孔板管段长度， 为波数， 为微穿孔板壁面的声阻率， 为微穿孔板壁面的声抗率。
事实上，以上两式仍相当复杂，不便于实际应用。在—定条件下，此式可适当化简和近似，记 为微穿孔板的穿孔率，则， (8。4。13) 在共振频率处，如通道半径 R 较大，可以满足近似条件，可使用近似式。
各种情况下的计算表明，当 R 大于 10 厘米 时，近似式的误差不超过 5 ％ (1dB 左右 ) 。只有在 R 小于 10 厘米 时，共振频率处误差较大，仍需由 (8。4。11) 式进行计算。
在其它情况下，可直接使用简化式 (8。4。13) 计算消声量。 对于双层微孔板消声器，是两层微孔板串联，其修正系数为， (8。
4。14) 微穿孔板消声器在气流下的消声性能，特别是它在高速气流下的消声性能，对于其工程应用具有重要意义。有人在流速 10~120 米 / 秒范围内，对双层微穿孔板消声器进行了性能试验，并选用相同长度、相同截面的玻璃棉加护面板的阻性消声器作比较试验。
试验是在风洞上进行的。风洞及试验装置如图 8。34 所示。 图 8。34 微穿孔板消声器实验装置示意图 试验用消声器有双层微穿孔板型和超细玻璃棉加护面穿孔板型两种，每种分为两节，每节长一米，结构如图 8。
35 和图 8。36 所示。 图 8。35 试验用微穿孔板消声器结构示意图 图 8。36 玻璃棉加护面板消声器结构示意图 微穿孔板的规格为：板厚 0。5 毫米 ，穿孔率 2。7 ％，前腔 10 厘米 ，后腔 4 厘米 。
超细玻璃棉的容重为 30 公斤 / 立方米，厚度 14 厘米 ，护面穿孔板孔径 48 毫米 ，板厚 1 毫米 ，穿孔率 20 ％。 实验研究表明：气流速度 v 与消声量 的关系如下： 对于微穿孔板消声器， (8。
4。15) 对玻璃棉加护面板消声器 ( 简称棉式消声器 ) ， (8。4。16) 比较以上两式可以发现：棉式消声器受气流影响比微穿孔板消声器大。 低频段的消声量一般不易测准，与以上两式有一定的差异。
微穿孔板消声器与棉式消声器在不同气流速度下的消声量对比如下， ① 微穿孔板消声器的消声量 与 曲线的斜率小于棉式消声器，因此随着气流速度的增高，微穿孔板消声器比棉式消声器受气流影响小得多。
从数字上看，当气流速度为 20 米 / 秒时，两种消声器的平均消声量均接近于 30dB ；但气流速度为 50 米 / 秒时，微穿孔板消声器平均消声量仅减少 10dB ，而棉式消声器平均消声量减少 20dB ；气流速度为 80 米 / 秒时，微穿孔板消声器平均消声量仅减少 20dB ，而棉式消声器平均消声量减少 30dB ，消声值接近于零；气流速度为 100 米 / 秒时，微穿孔板消声器还有 5dB 的平均消声量；而棉式消声器却产生 3~4dB 的平均负消声量；气流速度为 100 米 / 秒以上时，微穿孔板消声器还有 2~3dB 的平均消声量，而棉式消声器却产生 8~9dB 的平均负消声量。
在气流速度为 30~80 米 / 秒的范围内，微穿孔板消声器的流速加倍，消声量仅减少约为 10dB ，棉式消声器则减少 15dB 。 ② 随着气流速度的增大，加长消声器已不能增加消声量。从 1 米 长和 2 米 长的两种消声器 - 关系对比发现：对微穿孔板消声器，在气流速度为 70 米 / 秒时，两条曲线相交，即两种长度的消声器消声效果相同；对棉式消声器，这个交点在 50 米 / 秒。
就是说，对微穿孔板消声器，在气流速度为 70 米 / 秒时， 加长消声器已看不出明显的消声效果；而对棉式消声器，在气流速度为 50 米 / 秒时，加长消声器效果就不大了。当然，这一结果是与环境噪声有关的。
③ 此外，对于风洞的减噪效果对比表明：随着气流速度的增加，微穿孔板消声器比棉式消声器好得多。 ④ 通过试验研究结果分析可知：在高速气流下，采用微穿孔板消声器能得到较好的消声效果。其原因是微穿孔板消声器穿孔率低、孔细而密，对流场影响小，因而产生的再生噪声低，而棉式消声器穿孔率高、孔大，对流场影响大，产生的再生噪声高。
高速气流产生的再生噪声主要是湍流噪声，即主要起源于边界层的偶极辐射，以及边界的湍流脉动激起管壁的振动。在消声器内壁，由湍流所产生的噪声声功率 W 与气流速度 V 、阻力系数 、管道直径 D 的关系为， (8。
4。17) 在试验中，所用微穿孔板消声器和棉式消声器的 D 、 V 相同，故再生噪声的声功率比仅与阻力系数比有关。微穿孔板消声器的 值，显然比棉式消声器的 值小得多。因此，对于同样形式的消声器，微穿孔板消声器比棉式消声器的再生噪声要小得多。
这就是在高速气流下微式消声器比棉式消声器性能好的主要原因。 近年来，我国已研制成功在多种条件下使用的微穿孔板消声器，如通风空调消声器、鼓风机进排气消声器、燃汽轮机消声器，飞机发动机试车消声器、内燃机消声器等，并已形成系列化产品，经工程上使用，效果良好。
经过适当的组合，微穿孔板消声器能够在一个宽阔的频率范围内或在某些特定的频率范围内得到高的消声量，而且阻损可以控制到很小。此外，它能够耐高温和气流冲击，不怕油雾和水蒸汽。受到短期的火焰喷射也不至于损坏，这对于蒸汽排气放空系统、内燃机、燃气轮机以及发动机试验站的排气系统的消声是很有意义的。
在高速气流下，微穿孔板消声器具有比阻性消声器、扩张室消声器、阻抗复合消声器更好的消声性能和空气动力性能。这对于高速送风系统、消声器内流速高的空气动力设备是有益的。由于在很高速气流下，微穿孔板消声器还有一定的消声性能，这对大型空气动力设备的消声器可以较大幅度的减小尺寸，降低造价。
对于要求洁净的场所，由于微穿孔板消声器中没有玻璃棉之类纤维材料，使用后可以不必担心粉屑吹入房间，同时，施工、维修都方便得多。以微穿孔板吸声结构作为元件组成的复合消声器，也有好的消声效果。收起
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