建筑物理 第3章 材料和结构的声学特性

• 影响多孔材料吸声特性的主要因素： （2） 厚度
增加材料厚度，可 增强低频声的吸收， 吸声频带相应变宽， 但对高频吸收的影 响则很小。因为高 频声波主要在多孔 材料的表面被吸收， 而低频声主要在材 料的内部被吸收。
• 影响多孔材料吸声特性的主要因素有
（3）材料吸湿
多孔材料受潮后， 材料的间隙和小孔 中的空气被水分所 替代，使孔隙率降 低。从而导致吸声 性能的改变。
注意3
材料或结构的声学特性和入射声波 的频率和入射角度有关。
即某一材料或结构对不同频率的声 波会产生不同的反射、吸收和透射；相 同频率的声波以不同角度入射时，也有 不同的反射、吸收和透射。所以说到材 料或结构的声学特性时，总是与一定的 频率和入射角对应。
• 吸声材料和吸声结构 • 隔声和构件的隔声特性 • 反射和反射体
穿孔（狭缝）板吸 声结构：
相当于许多并列的亥姆 霍兹共振器
f
0
c
2
p
L(t )
圆孔按正方形分布：
P
4
d D
2
0.8d
f
0
c
2
p
L(t )
• 上式使用的条件是孔距在孔径的2倍以上 ，穿 孔率和空腔厚度都不应过大。当穿孔率大于0. 15、空腔厚度大于20cm（室内吊顶）时，应 按下式计算。
第三讲 材料和结构的声学特性
建筑声环境的形成及其特性，一方 面取决于声源的情况，另一方面取决于 建筑空间以及形成建筑空间的物质。
无论是创造良好的音质还是控制噪 声，都需要了解和把握材料和结构的声 学特性，以便正确合理地、有效灵活地 加以使用。
在研究建筑空间 围护结构的声学特性时， 对室内声波而言，通常 考虑的是反射和吸收 （这里的吸收含透射， 即吸收是指声波入射到 围护结构后不再返回该 空间的声能损失）；对 室外声波而言，通常考 虑的是透射。
E
E0
Er
E0
1 r 1 Er E E
E0
E0
吸声性能良好的材料或结构， 隔声性能是否也良好？
注意1
材料的吸声性能：着眼于声源一侧,声 波入射后不再返回该空间的声能损失；
材料的隔声性能：着眼于入射声源另 一侧透射声能的大小，目标是透射声 能要小。
注意2
某种材料或结构是吸声的，还是隔 声的、或是反射的，并没有严格的界定 和精确的定义。因为任何一种材料或结 构都会对入射声波产生反射、吸收和透 射，只是三者的比例不同，而这些比例 对不同频率的声波又会不同。
半空间中均匀分布，同时入射声波的相位无规则， 干涉相应可忽略时的吸声系数。
• αT比α0更接近实际， αT和α0之间没有 普遍适用的对应关系。
• 驻波管法用于对垂直入射声波的测量；混 响室法测量无规则入射声波的吸收系数。
• 材料吸声系数实验 报告
• 标准:GBJ75-84 • 报告中必须指明材
料规格型号及安装 方法。报告中可以 读出平均吸声系数 和降噪系数。
• 吸声量
• 对于建筑围蔽结构
A S
n
A 1S12S 2 nS n iS i i 1
• 对于在声场中的人、物或空间吸声体，由于 表面积很难确定，常直接用吸声量。
开窗
50厚玻璃棉 240砖墙
吸声系数 α 材料面积S (m2) 吸声量A =αS
1.0 100 m2 100 m2
0.8 100 m2
• 孔洞对外开口 • 孔洞之间互相连通 • 孔洞深入材料内部
诱敌深入 围而歼之
表面粗造的 密实材料
开孔型材料
闭孔型材料
• 影响多孔材料吸声特性的主要因素： （1） 材料孔隙率或表观密度
孔隙率是指材料中的 空气体积和总体积之 比。这里所说的空气 体积是指处于连通状 态的气泡并且是能够 被入射到材料中的声 波引起运动的部分。
Biblioteka Baidu• 吸声系数
E0 Er 1 r
E0
E0——入射到材料或结构表面的总声能，J Er——被材料或结构反射回去的声能，J
• 吸声系数与声波入射角有关。
• 垂直入射（正入射）吸声系数α0：声波垂直入射 到材料和结构表面的吸声系数
• 斜入射吸声系数αθ：入射角度为θ时的吸声系数 • 扩散入射（无规入射）吸声系数αT ：入射声波在
薄膜（板）共振
• 对于不受张拉或张力很小的膜
f0
1
2
0c2 600
M0L M0L
M0——膜的单位面积质量，kg/m2 L——膜与刚性壁之间空气层的厚度，m
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0.3～0.4，一般作为中频范 围的吸声材料。
80 m2
0.02 100 m2
2 m2
• 吸声材料和结构，根据其吸声机理的不同，可 分为：
多孔吸声材料
吸声材料和吸声结构
共振吸声结构
复合吸声结构
• 多孔材料一直是主要的吸声材料。最初这类材料 以麻、棉等有机材料为主，现在则以玻璃棉、岩
棉为主。还可以加工成板状或加工成毡。
• 多孔材料吸声的必要条件是 ：
• 影响多孔材料吸声特性的主要因素有
（4）背部条件
多孔材料与刚性壁 之间留有空腔时， 与材料实贴在刚性 壁上相比中低频吸 声能力会有所提高， 其吸声系数随空气 层厚度的增加而增 加，但增加到一定 值后效果将不明显
• 影响多孔材料吸声特性的主要因素有
（5）面层影响
织物覆面，只要透气性强，基本无影响； 油漆、粉刷的影响有时很严重； 穿孔板护面的影响主要取决于开孔面积、穿 孔率，孔径、板厚也会有影响； 其它形式饰面如木条、漏窗等，开孔率在25 %以上即很少影响。
f0
c
2
p
L t pL2 / 3
• 开微孔（孔径小于1mm）或在穿孔板后铺 多孔材料的办法，可以使共振频率向低频 偏移，整个吸声频率范围的吸声系数会显 著提高。
• 皮革、人造革、塑料薄膜等弹性可张拉材料与 其后封闭空气层形成共振吸声系统——薄膜共 振吸声结构
• 胶合板、硬质纤维板、石膏板、金属板等板材 固定在框架上，连同板后封闭空气层，也构成 振动系统——薄板共振吸声系统结构
空腔共振吸声结构：结构中封闭有一定体积的 空腔，并通过一定深度的小孔与声场空间连接。 其吸声原理可以用亥姆霍兹共振器来说明。
• 亥姆霍兹共振器的固有频率
f0
c
2
s
V t
c——声速，34000cm/s； s——颈口面积，cm2； V——空腔体积，cm3； t——孔颈深度，cm； δ——开口末端修正量，cm，对于圆孔，δ=0.8d