2吸声材料和隔声构造

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 声波传入围护结构的三种途
径： • (1)经由空气直接传播，即 通过围护结构的缝隙和孔洞 传播。例如敞开的门窗、通 风管道、电缆管道以及门窗 的缝隙等。 • (2)透过围护结构传播。经 由空气传播的声音遇到密实 的墙壁时，在声波的作用下， 墙壁将受到激发而产生振动， 使声音透过墙壁而传到邻室 去。 • (3)由于建筑物中机械的撞 击或振动的直接作用，使围 护结构产生振动而发声。
根据对多孔吸声材料吸声特性的研究，多孔材 料对中、高频声吸收较好，而对低频声吸收性能较 差，若采用共振吸声结构则可以改善低频吸声性能。
• 薄膜与薄板共振吸声结构 • 穿孔板共振吸声结构 • 微穿孔板共振吸声结构 • 薄塑盒式吸声体
当声波入射到薄板上时，将激起板面振动， 使板发生弯曲变形，由于板和固定支点之间的摩 擦，以及板本身的内阻尼，使一部分声能转化为 热能损失，声波得到衰减。当入射声波频率与薄 板固有频率一致时，产生共振，消耗声能最大。
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吸声材料和吸声结构，广泛地应用于音质设计 和噪声控制中。 • 对建筑师来说，把材料和结构的声学特性和其 他建筑特性如力学性能、耐火性、吸湿性、外 观等结合起来综合考虑，是非常重要的。 • 通常把材料和结构分成吸声的、或隔声的、或 反射的，一方面是按材料分别具有较大的吸收、 或较小的透射、或较大的反射，另一方面是按 照使用时主要考虑的功能是吸声、或隔声、或 反射。但三种材料和结构没有严格的界限和定 义。
多孔吸声材料，如玻璃棉、岩棉、泡沫塑料、毛毡等具 有良好的吸声性能，不是因为表面粗糙，而是因为多孔 材料具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。 当声波入射到多孔材料上，声波能顺着孔隙进入材料内 部，引起空隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力、 空气分子与孔隙壁的摩擦，使声能转化为摩擦热能而吸 声。 多孔材料吸声的必要条件是 ：材料有大量空隙，空隙之 间互相连通，孔隙深入材料内部。
错误认识一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良 好的吸声性能。 错误认识二：内部存在大量孔洞（单个闭合、互不连通）的材料， 如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能。
+ 多孔吸声材料对声音中高频有较好的吸声性能。影响多孔吸声材
料吸声特性的因素主要有：材料的厚度、密度、孔隙率、结构因 子和空气流阻等。 + 1、空气流阻：单位厚度时，材料两边空气气压和空气流速之比， 反映空气通过多孔阻力的大小。空气 流阻是影响多孔吸声材料最 重要的因素。流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸 声性能下降；流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸 声性能亦下降。因此，多孔材料存在最佳流阻。 在实际工程中， 测定空气流阻比较困难，但可以通过厚度和容重粗略估计和控制 （对于玻璃棉，较理想的吸声容重是12-48Kg/m3,特殊情况使用 100Kg/m3或更高） + 2、孔隙率：材料中孔隙体积和材料总体积之比。
当声波斜向入射时，入射角度为θ，这时的吸声系数称为斜入射吸声系数，
建筑声环境中，出现垂直入射和斜入射的情况较少，而普遍情况是声波 从各个方向同时入射到材料和结构表面，则称这种入射情况为“无规则 入射”或“扩散入射”。这时材料和结构的吸声系数称为“无规则吸声 系数”获“扩散吸声系数”， 这种入射条件是一种理想的假设条件 ，在混响室内可以较好的接近这种 条件，通常也是在混响室内测定“扩散吸声系数”
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1 f0 2
1 1.4 107 ( K) m L
一般情况下，K=(1~3)×106kg/(m2s2)，当板的 刚度因素K和空气厚度L都比较小时，根号内第二项 可以略去。但是，当L较大，超过100cm，共振频率 就几乎与空气层厚度无关了。该结构的共振频率一 般在80~300Hz之间，属低频率吸声，常见的薄板厚 度为3~6mm，空气层厚度为3~10cm。其吸声系数 一般在0.2~0.5之间。
• 胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、
金属板固定在框上，连同板后封闭空气层，构 成的振动系统固有频率为：
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1 0c K 1 1 1.4 10 f0 ( K) 2 mL m 2 m L 2 m — 膜的面密度，kg / m ； L — 空气层厚度，cm； K — 结构的刚度因素，kg /(m s )
7、吸湿、吸水会影响材料的吸声 性能。是由于吸湿吸水后，材料 中孔隙减少。首先使高频吸声系 数降低，随含湿量的增加，其影 响的频率范围将进一步扩大。
8、声波的频率和入射条件
多孔材料的吸声系数随声波的提高而增加。材料和结构的吸声特性和声 波入射角度有关。驻波管法是用于对垂直入射声波的测量；混响室法是测 量对无规则入射声波的吸收。 声波垂直入射到材料和结构表面的吸声系数，成为“垂直入射（正入射） 吸声系数”。 这种入射条件可在驻波管中实现。其吸声系数的大小可通过驻波管法来测定。
• 1、比较薄的板比较容易振动可提供较多的声吸收 • 2、吸声系数的峰值一般都处在低于200-300Hz日
范围，同时随着薄板单位面积重量的增加以及背后 空气层中填放多孔材料，吸声系数的峰值向低频移 动 • 3、在薄板背后的空气层里填放多孔材料，会使吸 声系数的峰值有所增加 • 4、薄板表面的涂层对吸声系数没有影响 • 5、用块状多孔材料吸声板与背后空气层组合时， 具有二者的特征
吻合效应
当某一频率的声波以某一角度θ入射到墙体上时，使墙体发生 弯曲振动，如果声波的波长λ与墙体的固有弯曲波长λb发生吻 合，恰好满足关系λb= λ/sin θ,这时声波将激发墙体固有振 动，墙体向另一侧辐射出大量的声能，墙体的隔声能力大大下 降，这种现象叫吻合效应。这时，墙板非常“顺从”地跟随入 射声波弯曲，使大量声能透射到另一侧去，形成隔声量的低谷。 能产生吻合效应的最低入射频率称为“临界吻合频率”，记作fc。 声波无规入射时，每种隔声 材料都会在某一频率上发生 吻合效应，在隔声曲线上的 低谷称为“吻合谷”。 薄、轻、柔的墙体吻合频 率高；厚、重、刚的墙体吻 合频率低。
• 皮革、人造革、塑料薄膜等材料具有不透气、柔
软、受张拉时有弹性等特性。这些膜材料与其背 后封闭的空气形成共振系统。共振频率的计算公 式为：
600 mL mL 2 m — 膜的面密度，kg / m ； L — 空气层厚度，cm。
1 f0 2
0c
2
薄膜吸声结构的共振频率通常在200~1000Hz范 围，最大吸声系数约为0.3~0.4，一般把它作为中频 范围的吸声材料。 把薄膜作为多孔材料面层时，吸声系数比没有多 孔材料时普遍有所提高。
当入射声波频率与单腔共振结构的固有频率一致 时，产生共振，吸声效果最佳。单腔共振结构的固有 频率为：
c f0 2 P (t 0.8d ) L
f 0 — 共振频率（Hz） c — 声速，一般取34000cm / s； t — 穿孔板厚度，cm； d — 孔径，cm； P — 穿孔率，即穿孔面积与总面积之比，当圆孔按正方形排列时， d d P ( ) 2 ,圆孔等边三角形排列，P ( ) 2 , 其中D为孔距（cm)。 4 D 2 3 D L — 背后空气层厚度（cm）。
• 前两种情况，声音是在空气中传播的，称为 “空气传声”。而第三种情况， 是振动直接撞击构件使构件发声，这种声音传播的方式称为 “固体传声”， 但最终仍是经空气传至接收者。对空气传声与固体传声的控制方法是有区别 的。
一、单层匀质密实墙 单层密实均质板材壁面在噪声的疏密压力波作 用下，使板产生相似于压缩变形（纵波）和剪 切变形（弯曲波）的情况，这些波传到板体的 另一侧，则形成透射波。对单层密实均质板材 来说，吸收声能很小，可以忽略不计。 实践证明，单层密实均质板材壁面的隔声量与入 射声波的频率有很大关系
由二层均质墙与中间所夹一定厚度空气层所组成 的结构称为双层隔声墙或双层隔声结构。 当声波依次透过特性阻抗完全不同的墙体、空气 介质时，造成声波的多次反射，发生声波的衰减， 并且由于空气层的弹性和附加吸收作用，使振动能 量大大衰减。
如果用增加单层墙体的 面密度或增加厚度或增 加自重的方法来提高隔 声作用，要达到相同的 隔声效果，双层隔声墙 体比单层实心墙体重量 减少2/3~3/4，隔声量增 加5~10dB。
微穿孔板吸声结构是我国著名声学专家马大 猷教授于1964年首先提出。在厚度不超过1mm 的薄金属板上开一些直径不超过1mm的微孔，开 孔率控制在0.5%~5%，板后留下一定厚度（如 5~20cm）的空腔，空腔内不填充任何吸声材料， 这样就构成了微穿孔板吸声结构。常用的多是单 层或双层微穿孔板结构。其性能介于多孔吸声材 料和穿孔板共振吸声结构之间。
薄的板材如钢板、铝 板、胶合板、塑料板、草 纸棉板、石膏板等按一定 的孔径和穿孔率穿上孔， 在背后留下一定厚度的空 气层，就构成了穿孔板共 振吸声结构。
• 单腔共振吸声结构（如左
图）的腔体中空气具有弹 性，相当于弹簧，孔颈中 空气柱具有一定质量，相 当于质量块，整个结构可 以看作是质量块和弹簧的 共振系统。当声波入射到 共振器时，空气柱将在孔 颈中往复运动，由于摩擦 作用，使声能转化为热能。
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把吸声材料和结构做 成放置在建筑空间内 的吸声体。可以根据 使用场合的具体条件， 把吸声特性的要求与 外观艺术处理结合起 来，设计成各种形状， 以达到良好的声学效 果和建筑效果。
• 吸声尖劈是消声室中最
常用的强吸声结构，其构 造是用直径3.2～3.5钢筋 制成所需形状和尺寸的框 子，在框架上粘缝布类罩 面材料，内填棉状多孔材 料。近年来多把棉状材料 制成厚毡，裁成尖劈，装 人框架内。
5. 可变吸声结构
5. 空气吸收 由于空气的热传导与粘滞性，以及空气中 水分子对氧分子振动状态的影响等造成。 声音频率越大，空气吸收越强烈(一般大 于1KHz将考虑空气吸收)。 6. 洞口
在剧院中，舞台台口相当于一个偶合空间，
台口后有天幕、侧幕、布景等吸声材料。 其吸声系数一般为0.3-0.5