复合吸声材料—空间吸声体 吸声尖劈

复合吸声材料—空间吸声体吸声尖劈

摘要

吸声材料是指具有较强的吸收声能、能有效减低噪声性能的材料。其凭借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用。根据其吸声机理，可将其分为多孔性吸声材料、共振吸声结构和由它们组成的复合吸声结构等。

空间吸声体及吸声尖劈作为两个比较特殊的吸声材料倍受人们的关注。本文通过空间吸声体及吸声尖劈的结构、原理等，介绍到目前为止这两种复合吸声材料的应用状况。

关键词

空间吸声体吸声尖劈

引言

随着科技的发展、社会的进步，噪声控制也逐渐走进人们的视野、吸引了人们的注意。声学材料包括隔声材料、吸声材料、阻尼材料及其复合材料。作为噪声控制中的一种——吸声材料，在其中也有着一定的除噪作用。而且，越来越多的复合型吸声材料开始活跃在噪声及振动控制的各个领域。

1、吸声材料

1.1吸声材料的定义及分类

吸声材料是指具有较强的吸收声能、能有效减低噪声性能的材料。其凭借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用。

吸声的种类有很多种，根据其吸声机理，可将其分为多孔性吸声材料、共振吸声结构和由它们组成的复合吸声结构等

1.2吸声原理及选用

声音源于物体的振动，它会引起邻近空气的振动而形成声波，并在空气介质中向四周传播。当声音传入构件材料表面时，声能一部分被反射，一部分穿透材

料，还有一部由于构件材料的振动或声音在其中传播时与周围介质摩擦，由声能转化成热能，声能被损耗，即通常所说声音被材料吸收。

选用吸声材料，首先应从吸声特性方面来确定合乎要求的材料，同时还要结合重量、防火、防潮、防蛀、强度、外观、建筑内部装修等要求，综合考虑进行选择。[1]

1.3多孔性吸声材料及共振材料

1.3.1多孔性吸声材料

1.3.1.1多孔性吸声材料的吸声机理与构造特征

多孔吸声材料吸声是依靠声波在微细通道内传播过程中，空气分子振动时在微孔内与孔壁摩擦，空气中的粘滞损失使声能变为热能而不断损耗，同时，声波在多孔性吸声材料内经过多次反射而衰减。

为使多孔吸声材料具有较强的吸声能力，多孔性吸声材料在结构上必须满足如下要求：a、材料内部必须有大量的微孔和间隙，不仅材料中空气体积与材料总体积之比大即孔隙率要高，而且这种空隙要尽可能细小，并且在材料内部均匀分布，这样材料内部筋络总面积大，有利于声能吸收。如容积密度为20kg/m3超细玻璃纤维，玻璃纤维本身所占的空间实际上不到1%，而99%以上是孔隙。b、材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不是密闭的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声作用。C、微孔向外敞开，使声波易于进入微孔中，不具有敞开微孔仅有凸凹表面的材料不会有良好的吸声性能。[2]

1.3.1.2多孔材料吸声性能的频率特征

典型的吸声频谱特性曲线是多峰曲线。多孔吸声材料的吸声特性曲线总的变化趋势是吸声系数随频率的增加而增大。在低频段材料吸声系数一般较低，当频率提高时，吸声系数相应增大，并有不同程度的起伏变化。

1.3.1.3影响多孔性吸声材料吸声性能的因素

1、孔隙率与密度；

2、流阻；

3、材料厚度；

4、吸声材料背后空腔；

5、材料护面层；

6、湿度和温度。

1.3.2共振吸声材料

和多孔材料相比，共振吸声结构吸声的频率范围较窄，吸声效率较低，但是它的优点是具有较好的低频吸声效果，吸收的频率选择和控制，从而可以弥补多孔吸声材料在低频区域吸声性能的不足。[3]

2、空间吸声体

2.1空间吸声体的特点、起源及原理

空间吸声体是一种分散悬挂于建筑空间上部，用以降低室内噪声或改善室内音质的吸声构件。空间吸声体具有用料少、重量轻、投资省、吸声效率高、布置灵活、施工方便的特点。许多国家从20世纪50年代起已开始使用空间吸声体，70年代应用逐渐广泛。中国从70年代起开始应用，80年代应用日趋增多。

空间吸声体与室内表面上的吸声材料相比，在同样投影面积下，空间吸声体具有较高的吸声效率。这是由于空间吸声体具有更大的有效吸声面积（包括空间吸声体的上顶面、下底面和侧面）；另外，由于声波在吸声体的上顶面和建筑物顶面之间多次反射，从而被多次吸收，使吸声量增加，提高了吸声效率。通常以中、高频段吸声效率的提高最为显著。

空间吸声体的吸声性能常用不同频率的单个吸声体的有效吸声量来表示。空间吸声体吸声降噪（或降低混响时间）的效果主要取决于空间吸声体的数量、悬挂间距以及材料和结构，还与建筑空间内的声场条件有关。如原室内表面吸声量很少，反射声较多，混响时间很长，则悬挂空间吸声体后的降噪效果常为5～8分贝，最高时可达10～12分贝；如原室内表面吸声量较大，混响过程不明显，则不必悬挂空间吸声体。[4]

2.2空间吸声体的分类

空间吸声体根据建筑物的使用性质、面积、层高、结构形式、装饰要求和声源特性，可有板状、方块状、柱体状、圆锥状和球体状等多种形状。其中板状的结构最简单，应用最普遍。

2.2.1十字形空间吸声体

产品结构：吸音棉板四边固化处理，外包阻燃装饰。

安装方式：挂钩或其他。

2.2.2蘑菇形空间吸声体

产品结构：阻燃装饰布做饰面，内置微孔吸音棉

安装方式：挂钩或其他。

2.2.3三角体空间吸声体

产品结构：阻燃装饰布做饰面，内置微孔吸音棉。

安装方式：挂钩或其他。

2.2.4长方体空间吸声体

产品结构：阻燃装饰布做饰面，内置微孔吸音棉

安装方式：挂钩或其他。

2.2.5其它造型空间吸声体[5]

2.3选择空间吸声体需考虑的因素

2.3.1材料和结构

常见的空间吸声体由骨架、护面层和吸声填料构成。材料的选择应视空间吸声体的大小、刚度和装修要求而定。骨架可采用木材、角钢、薄壁型钢等。护面层可采用塑料窗纱、钢丝网和各种板材(如薄钢板、铝板、塑料板等)的穿孔板，其板厚可取0.5～1.0毫米,孔径可取4～8毫米,穿孔率应大于20%。吸声填料通常采用超细玻璃棉外包玻璃纤维布，其填充密度可取25～30千克/米3，厚度应根据声源频谱特性在5～10厘米范围内选定。

2.3.2悬挂数量

空间吸声体的悬挂数量应根据吸声体的吸声特性和降低室内噪声（或控制混响时间）所需增加的吸声量来计算确定。实际工程中为了满足降低噪声或控制混响时间的要求，空间吸声体的总面积宜取建筑物顶面积的40～50%。

2.3.3悬挂方式

空间吸声体大多悬挂于建筑物空间的顶部，且以离顶吊挂居多。为了提高悬挂空间吸声体的建筑装修效果，应对空间吸声体的形式、色彩、悬挂方式等进行综合考虑。若使空间吸声体悬挂成一定的艺术图案，并与采光、照明、通风和建筑装修等互相配合，则整体效果更好。

空间吸声体适用于广播电台、电视台录音室、演播室、学校、体育馆、大剧院、图书馆、文化中心、礼堂、多功能厅、会议室及音乐厅等对音质要求较高的场所。[6]

3、吸声尖劈

3.1吸声尖劈结构及原理

吸声尖劈是一种用于消声室的特殊吸声结构。通常可分为尖部和基部两部分。安装时在尖壁和壁面之间留有空气层。其结构是用直径 3.2-3.5mm的钢丝制成一定形状和尺寸的骨架，外面套上玻纤布、塑料窗纱等罩面材料，里面装以多孔材料，如玻璃棉毡、玻璃纤维、矿渣棉、泡沫塑料等。

吸声尖劈是利用特殊阻抗的逐渐变化，由尖劈端面特性阻抗接近空气的特性阻抗，逐步过渡到接近吸声材料的特性阻抗，从而达到最高的声吸收效果，其平均吸声系数可达到1.0。尖劈长度无固定值，越长越好，尖劈低频吸声性能好，其截止频率约68.8～86Hz。宽度一般取0.3～0.4m，底座厚度为0.1m。一般3个尖劈与底座组成一个单元，根据现场设计要求，可采用多个单元。吸声尖劈一般吊挂在屋顶或四壁，其背后与墙壁应留有一定空间，约为0.05～0.1m。这是为了形成一段空气层，提高吸声性能。当空气层厚度为1/4波长时，吸声系数最大。同时，入射声波可穿透吸声尖劈或通过四周绕射到尖劈背后，通过与屋顶的折射和反射使尖劈多次吸声。

3.2吸声尖劈的材料种类

3.2.1聚脂纤维

采用100％天然纤维热压成板。装饰性强，施工简便，色彩花型丰富，其性能远远高于传统玻璃纤维和石棉纤维等普通吸音产品。其特殊的吸音机理，创造了出色的保温性能，从而营造十分舒适的恒温空间；国家级检测机构出具的甲醛放射性安全合格证明，真正意义上的绿色环保产品；每立方米229公斤；良好的物理稳定性，决定了不会因温度和温度的改变而膨胀和缩小；柔顺、自然的质感、高弹，在巨大的外力冲击下也绝不断裂，可以承受体育场和各种运动场所内任意的撞击；除尘容易，维护简单。灰尘及杂质，用吸尘器和掸子轻弹即可。较脏处也可以用毛巾加水和洗涤剂擦拭。

3.2.2玻璃纤维棉和石棉纤维棉

玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。在融化状态下，借助外力，吹制式甩成絮状细纤维，纤维和纤维之间为立体交叉，

互相缠绕在一起，呈现出许多细小的间隙。这种间隙可看作孔隙。因此，玻璃棉可视为多孔材料，具有良好的绝热、吸声性能。

3.2.3植物纤维

植物丝吸声材料是由天然棕树树皮等植物经科学加工成长纤维状，再以防潮粘物混合压铸而成；天然反朴的外观富有装饰效果，其多孔具有良好的吸音和降噪性能；植物丝具有较高的强度，如做吸音墙面则可用螺钉把植物丝固定在木龙骨或者轻钢龙骨上，如做吸音天花吊顶，可直接搁放在轻钢龙骨上。因此，玻璃棉可视为多孔材料，具有良好的绝热、吸声性能。

3.2.4三聚氰胺海绵(密胺海绵)

三聚氰胺吸音海绵的一个非常重要的优点是具有很强的吸音能力。在中高频范围，三聚氰胺吸音海绵具有很强的吸音能力；而在低频范围，其重量轻则成为又一明显的优点；三聚氰胺吸音海绵的耐高温及防火特点可以归功于所用的防火剂。三聚氰胺吸音海绵长时间的工作温度使其在聚合体泡沫中占领先地位。三聚氰胺吸音海绵因而适用于建筑工业、车辆结构和航天器等领域。[7]

总结

空间吸声体和吸声尖劈是两种很有吸引力的声学产品。本文从两种吸声材料的原理及特点出发，除了让我们了解其结构及功能外，我们必须注意，空间吸声体和吸声尖劈在运用的过程中，随声场变化而有很大差异。根据建筑物的使用性质、面积、层高、结构形式、装饰要求和声源特性，我们所选择的吸声材料也是有所差异的。在生活中使用时，应考虑到建筑物各个方面的因素，选择最适合的一种吸声材料进行使用。如，空间吸声体一般适用于广播电台、电视台录音室、演播室、学校、体育馆、大剧院、图书馆、文化中心、礼堂、多功能厅、会议室及音乐厅等对音质要求较高的场所。吸声尖劈作为一种特殊的吸声体，主要为了满足消声室内的自由声场，在消声室的建造中，它不仅能满足各界面所要求的宽频带强吸声的特点，同时还能节省材料。随着科技的发展、社会的进步，噪声控制也逐渐走进人们的视野、吸引了人们的注意，我们应了解噪声控制材料中的吸声材料，认识到他们的重要性。

参考文献

[1] 常用吸声材料应用中注意的问题[M]．中国五金交易城．2012-10-11.

[2]郑长聚，洪宗辉.环境噪声控制工程[M].北京，高等教育出版社，1988.

[3]张林.噪声及其控制[M].哈尔滨，哈尔滨工程大学出版社，2002.

[4]体育训练馆声学特性分析-三峡大学学报[J].自然科学版-2011年第4期 (4).

[5]中小型多功能体育馆建筑声学设计探索——以浙江大学紫金港校区多功能体育馆为例-华中建筑[J].2011年第6期 (3).

[6 ] 宋拥民, 赵跃英, 盛胜我. 自由场中测量空间吸声体的吸声量[J]. 声学技术,2002 , 21 (增刊) :4792480.

[7]惠通迪尔.产品简介[EB/OL].http://www.ikoo.co/jianpi.html.