吸声材料与吸声结构
声学第四讲吸声材料与吸声结构
声学第四讲吸声材料与吸声结构在声学中，吸声材料和吸声结构被广泛应用于消除噪音和改善声学环境。
吸声材料是一种能够吸收声波的材料，而吸声结构则是由吸声材料构成的一种结构。
本文将详细介绍吸声材料和吸声结构的原理、分类及其在实际应用中的应用情况。
一、吸声材料的原理和分类吸声材料的吸声原理是通过材料的吸声机制将声波的能量转化为其他形式的能量，从而减少声波的反射和传播。
吸声材料的吸声机制通常有以下几种：1.完全弹性反射吸声：利用材料的吸声面来实现声波的全反射，并分散或吸收声波能量。
2.摩擦吸声：通过材料的内聚力和材料表面的摩擦来消耗声波的能量。
3.多次散射吸声：利用材料内部结构的复杂性，使声波在材料中进行多次反射和散射，从而减少声波的反射。
根据吸声材料的基本原理和性质，可以将吸声材料分为以下几类：1.多孔吸声材料：多孔吸声材料是一种由孔隙空间构成的材料，其中孔隙可以是连通的或不连通的。
当声波进入多孔吸声材料时，会在孔隙中进行多次散射和漫反射，从而吸收声波能量。
常见的多孔吸声材料包括岩棉、玻璃纤维、聚酯纤维等。
2.薄膜吸声材料：薄膜吸声材料是一种表面覆盖或悬挂在墙面或天花板上的薄膜材料，其一般由一层透声性好的薄膜和一层吸声材料构成。
当声波到达薄膜吸声材料时，会在其表面上进行反射和散射，并被吸声材料吸收。
薄膜吸声材料常用于音乐厅、影院等场所的声学处理。
3.共振吸声材料：共振吸声材料是一种利用共振效应来吸收声波能量的材料。
这种材料的共振频率与声波的频率相匹配，从而达到最大的吸声效果。
共振吸声材料常用于低频声波的吸收，例如船舶、飞机等的隔音处理。
二、吸声结构的原理和应用吸声结构由吸声材料构成，并在实际应用中形成具有吸声效果的结构。
吸声结构的设计和构造直接影响着整个声学环境的吸声效果。
1.吸声板：吸声板是一种常见的吸声结构，由多孔吸声材料构成，并通常具有一定的厚度。
吸声板可以根据声学要求进行设计和排列，以达到吸收特定频率范围内的声波。
第三章 建筑材料及结构的吸声与隔声
6 饰面的影响 大多数多孔吸声材料要根据强度﹑维护﹑ 清扫﹑艺术处理等项要求进行表面处理，。 为了尽可能地保持原来的吸声特性，饰面 应具有良好的透气性能。 7 声波的频率和入射条件 多孔材料的吸声系数随着频率的提高而增 加。吸声系数和声波的入射条件有关。
8 材料吸湿﹑吸水 多孔材料吸湿吸水后，材料的间隙和小 孔中的空气被水分所代替，使空隙率降低， 因此使吸声性能改变。一般随着含水率的 增加，首先降低了对高频声的吸声系数， 继而逐步扩大其影响范围。
• 弹性垫层是以软木﹑矿棉等弹性材料作为楼板结 构层与面层之间的“浮筑层”，用以减轻结构层 的振动，从而改善楼板隔绝撞击声的性能。要注 意的是在面层和墙的交接处也要采用弹性隔离措 施，以免将振动传递给墙体。 • 楼板下做吊顶，其目的是隔绝上面楼板的撞击声 向下面房间的空气传声。采用弹性吊顶，即吊筋 与吊顶的连接采用弹性挂钩，从而切断吊筋的 “声桥”作用。
三 共振吸声结构 • 空腔共振吸声结构是另一种常用的吸声结 构。根据吸声原理，各种穿孔板﹑狭缝板 背后设置空气层形成的吸声结构，均属于 空腔共振吸声结构。这类结构取材方便。
• 最简单的空腔共振吸声结构是亥姆霍兹共 振器。它是一个封闭空腔通过一个开口与 外部空间相联系的结构。当外界入射波的 频率f等于系统的固有频率时，孔颈中的空 气柱就由于共振而产生剧烈振动。在振动 过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。
• 多孔材料具有良好的高频吸声性能 • 影响多孔材料吸声特性的因素，主要有以 下几个： 1 材料中空气的流阻 空气流阻太大，声波难于进入材料层内部， 吸声性能会下降；如流阻过小，声能因摩 擦力﹑粘滞力小而损耗的效率就低，吸声 性能也会下降。所以，多孔材料存在最佳 流阻。
2 孔隙率 孔隙率，是指材料中的与外部联通的空隙体积 和材料总体积之比。多孔材料的孔隙率一般都在 70%以上，多数达到90%。 3 材料厚度 同一种纤维材料，容重越大，其孔隙率越小， 流阻就越大。同一种多孔材料，随着厚度的增加， 中﹑低频范围的吸声系数会有所增加，并且吸声 材料的有效频率范围也会扩大
建筑物理声学复习整理
1.吸声材料和吸声结构的分类？①多孔材料，板状材料，穿孔板，成型顶棚吸声板，膜状材料，柔性材料吸声结构：共振吸声结构，包括1。
空腔共振吸声结构，2。
薄膜，薄板共振吸声结构。
其他吸声结构：空间吸声体，强吸声结构，帘幕，洞口，人和家具，空气吸收(空气热传导性，空气的黏滞性和分子的弛豫现象，前两种比第三种的吸收要小得多)。
吸声与隔声有什么区别？吸声量与隔声量如何定义？它们与那些因素有关？答：吸声指声波在传播途径中，声能被传播介质吸收转化为热能的现象。
隔声指防止声波从构件一侧传向另一侧。
吸声量：指材料的吸声面积与其吸声系数的乘积，单位为m2。
隔声量：指建筑构件的传声损失，，单位为（dB）。
它们主要与构件的透射系数有关，和构件的反射系数和吸声系数有关。
2. 衍射的定义：当声波在传播过程中遇到障碍物的起伏尺寸与波长大小接近或更小时，将不会形成定向反射，而是声能散播在空间中，这种现象称为散射，或衍射。
影响因素：障碍物的尺寸或缝孔的宽度与波长接近或更小时，才能观察到明显的衍射现象，不是决定衍射能否发生的条件，仅是使衍射现象明显表现的条件，波长越大，越容易发生衍射现象。
3.解释“波阵面”的概念，在建筑声学中引入“声线”有什么作用？答：声波从声源发出，在某一介质内向某一方向传播，在同一时刻，声波到达空间各点的包迹面称为“波阵面”，或“波前”。
“声线”主要是可以较方便地表示出声音的传播方向；利用作图法确定反射板位置和尺寸。
波阵面为平面的称为“平面波”，波阵面为球面的称为“球面波”。
4.什么是等响线？从等响线图说明人耳对声音的感受特性。
答：等响线是指响度相同的点所组成的频谱特征曲线，从等响线图可知：1.人耳在高声压级下，对声音频率的响应较一致；2.在低声压级下，人耳对于低于1000Hz的声音和高于4000Hz的声音较不敏感，而对1000Hz~ 4000Hz的声音感受最为敏锐；3.在同一频率下，声压级提高10dB，相对响度提高一倍。
吸声材料的结构及其发展
吸声材料的结构及其发展随着工业和城市化的发展，城市噪音问题愈加突出，吸声材料的需求量也随之增多。
在各种噪音环境中，如机房、电力设备房、音乐会厅、广播室、录音室、办公室等，吸声材料都起着重要的作用。
吸声材料不仅要有较高的吸音性能，还要在多方面满足使用者的需求，因此对吸声材料的结构和性能也越来越高。
吸声材料的结构开孔式开孔式吸声材料在材料表面或材料深处形成了一定形状和尺寸的孔洞，材料的吸声作用是通过声波作用于孔洞内部来实现的。
孔的尺寸和孔的形状对吸声性能有很大的影响。
柔性多孔吸声材料此种材料结构通常都具有柔性，即能够在吸声作用的同时具备减小机械振动的效果。
常见的材料有海绵、泡沫合成材料等，这些材料常常用于各类隔音、隔热、隔震、减震等方面。
薄膜式薄膜式吸声材料是一种功能性薄膜材料，它通过在多孔介质、金属或晶体结构表面覆盖或加工出一定规则的几何图形，在某种声波频率下使声波发生反射或干涉相消而导致吸声的效果。
吸声材料的发展纳米吸声材料纳米技术的发展，为吸声材料提供了更好的性能和更多的选择。
纳米材料由于其材料尺寸小，表面积大，对声波的散射和吸收作用显著，使之成为吸声材料领域的一种重要发展方向。
生物基材料传统吸声材料多为人造材料，但随着对生态环境的关注和生物技术的进步，利用生物材料代替传统吸声材料逐渐成为趋势。
生物基材料具有良好的生物相容性、自我修复等特性，在城市生活噪音治理、生态建筑等方面具有广泛的应用前景。
吸声材料的结构和发展都需要不断创新和突破。
吸声材料从传统的开孔式、泡沫型、布贴型演变到更为复杂的薄膜型，从纳米技术的应用到生物基材料的开发都为吸声材料的近期和远期发展带来了更多的新机遇。
(完整版)噪声控制技术——吸声
≈
小孔与外部空气相通； 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。
入射声波
原理：入射声图波单激腔发共振孔吸颈声结中构空示意气图柱往复运动，与颈壁
摩擦，部分声能转化为热能而耗损，达到吸声目的。
当入射声波的频率与共振器的固有频率相同时，发生
共振，空气柱运动加剧，振幅和振速达最大，阻尼也
式中 l——颈的实际长度(即板厚度)，m；
——d颈口的直径，m。
空腔内壁贴多孔材料时，有
lK l 1.2d
【讨论】单腔共振吸声结构使用很少， 是其它穿孔板共振吸声结构的基础。
2.多孔穿孔板共振吸声结构
简称穿孔板共振吸声结构。 结构：薄板上按一定排列钻很多小孔或狭缝，将
穿孔板固定在框架上，框架安装在刚性壁上，板 后留有一定厚度的空气层。实际是由多个单腔 （孔）共振器并联而成。
使用环境 5
4 护面层
1 厚度对吸声性能的影响
由实验测试可知：
同种材料，厚度增加一倍，吸声最佳频 率向低频方向近似移动一个倍频程
厚度越大，低频时吸声系数越大； ＞2000Hz，吸声系数与材料厚度无关； 增加厚度，可提高低频声的吸收效果， 对高频声效果不大。
图2-15 不同厚度的超细玻璃棉的吸声系数
特征：穿孔薄板与刚性壁面间留一定深度的 空腔所组成的吸声结构。
分类：按薄板穿孔数分为
单腔共振吸声结构 多孔穿孔板共振吸声结构
材料：轻质薄合金板、胶 合板、塑料板、石膏板等。
穿孔吸声板
1.单腔共振吸声结构
又称“亥姆霍兹”共振吸声器或单孔共振吸声器
结构：
封闭空腔壁上开一个
当腔深D近似等于入射声波的1/4波长或其奇数 倍时，吸声系数最大。
第三章吸声材料与吸声结构
3.4 玻璃棉吸声系数的比较
3.5 其它吸声结构
1、空腔共振吸收，如穿孔石膏板、狭缝吸音砖等。
c
s
f0 2 V t
c
P
f0 2 Lt
c
P
f0 2 Lt PL2 / 3
例题
某穿孔板厚度4mm，孔径8mm，孔距
20mm，穿孔按照正方形排列，板后空气
层厚10cm，求共振频率。
S 材料表面积 n 吸声体个数 T1 空室混响室混响时间 T2防入材料后混响时间
2、驻波管法测量材料吸声系数：
利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压 Pmax和极小声压Pmin推导出0
0=Pmin/Pmax
3、 T 和 0 的值有一定差别， T是无规入射时的 吸声系数，是正入射时的吸声系数。 0工程上主 要使用T
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。
在厅堂建筑中，为了防止回声、声反馈、声聚焦 等声学缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面 及局部使用吸声。
3.6.2 吸声降噪
在车间、厂房、大的开敞式空间（机场大厅、办公室、 展厅等），由于混响声的原因，会使噪声比之同样声 源在室外高10-15dB。，通过在室内布置吸声材料，可 以使混响声被吸掉，降低室内噪声。
1、随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但 高频变化不大（多孔吸声材料对高频总有较大的吸收）。
2、厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加； 但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于 最佳流阻，吸声系数反而下降。
常用的吸声材料和吸声结构
常用的吸声材料和吸声结构一、吸声材料和吸声结构在没有进行声学处理的房间里，人们听到的声音，除了由声源直接通过空气传来的直达声之外，还有由房间的墙面、顶棚、地面以及其它设备经多次反射而来的反射声，即混响声（reverberant sound）。
由于混响声的叠加作用，往往能使声音强度提高10多分贝。
如在房间的内壁及空间装设吸声结构，则当声波投射到这些结构表面后，部分声能即被吸收，这样就能使反射声减少，总的声音强度也就降低。
这种利用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声的降噪技术，称为吸声（sound absorption）。
1．吸声材料材料的吸声性能常用吸声系数（absorption coefficient）来表示。
声波入射到材料表面时，被材料吸收的声能与入射声能之比称为吸声系数，用α表示。
一般材料的吸声系数在0.01～1.00之间。
其值愈大，表明材料的吸声效果愈好。
材料的吸声系数大小与材料的物理性质、声波频率及声波入射角度等有关。
通常把吸声系数α＞0.2的材料，称为吸声材料（absorptive material）。
吸声材料不仅是吸声减噪必用的材料，而且也是制造隔声罩、阻性消声器或阻抗复合式消声器所不可缺少的。
多孔吸声材料的吸声效果较好，是应用最普遍的吸声材料。
它分纤维型、泡沫型和颗粒型三种类型。
纤维型多孔吸声材料有玻璃纤维、矿渣棉、毛毡、苷蔗纤维、木丝板等。
泡沫型吸声材料有聚氨基甲醋酸泡沫塑料等。
颗粒型吸声材料有膨胀珍珠岩和微孔吸声砖等。
表10-2如前所述，多孔吸声材料对于高频声有较好的吸声能力，但对低频声的吸声能力较差。
为了解决低频声的吸收问题，在实践中人们利用共振原理制成了一些吸声结构（absorptive structure）。
常用的吸声结构有薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构和微穿孔板吸声结构。
（1）薄板共振吸声结构。
把不穿孔的薄板（如金属板、胶合板、塑料板等）周边固定在框架上，背后留有一定厚度的空气层，这就构成了薄板共振吸声结构。
噪声3吸声技术结构、材料与类型电子教案
《环保设备与应用》教案图4.2-1 几种空间吸声体的形状（2）空间吸声体的优点空间吸声体在噪声控制工程中日益受到重视不仅是由于它有良好的装饰效果，更主要的是由于它有下述优点：①吸声效率高容重相同的超细玻璃棉，但空间吸声体吸声系数高得多。
在相同的投影面积条件下，板状空间吸声体的吸声效率比贴实吸声材料的普通方法提高2倍、圆柱和三棱柱形空间吸声体提高3.14倍，而球形体立方体形空间吸声体则可提高4倍。
②安装方便对于一个已建成的高噪声车间，要做普通满铺吸声吊顶，一般要先搭满堂脚手架，在墙上埋木砖，在原顶棚下预埋吊筋，再钉大龙骨、中龙骨、小龙骨，铺吸声材料及加罩面材料，工作量很大，且要影响正常生产。
而对于空间吸声体则简单得多。
可在原顶棚下适当位置埋膨胀螺丝，将空间吸声体吊挂；可在侧墙上安装钢架，将空间吸声体平铺其上；可在侧墙上安装花篮螺丝，利用拉紧的钢丝绳悬挂空间吸声体；还可直接将空间吸声体挂上。
在侧路上挂空间吸声体可利用射钉枪，同样十分方便。
挂空间吸声体速度快，且不妨碍生产或对生产影响较小，这对于不能停产的车间很有益。
空间吸声体维修也方便，哪个吸声体有了问题，取下它即可。
③节省经费节省经费。
吸声效率高，安装方便都意味着投资的节省，空间吸声体比满铺吸声吊顶要节省1/3以上的费用。
2.2.5吸声结构在腔壁上开一个小孔与外部空气相通的结构图4.2-2，可用陶土、煤渣等烧制或水泥、石膏浇注而成。
图4.2—2 单孔共振吸声结构这种结构的腔体中空气具有弹性，相当于弹簧。
开孔孔颈中的空气柱很短，可视为不可压缩的流体，比拟为振动系统的质量M ，声学上称为声质量；有空气的空腔比作弹簧K ，能抗拒外来声波的压力，称为声顺；当声波入射时，孔颈中的气柱体在声波的作用下便象活塞一样做往复运动，与颈壁发生摩擦使声能转变为热能而损耗，这相当于机械振动的摩擦阻尼，声学上称为声阻。
声波传到共振器时，在声波的作用下激发颈中的空气柱往复运动，在共振器的固有频率与外界声波频率一致时发生共振，这时颈中空气柱的振幅最大并且振速达到最大值，因而阻尼最大，消耗声能也就最多，从而得到有效的声吸收。
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• 结构因子：反映多孔材料内部纤维或颗粒排列的情况， 是衡量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。
• 空气流阻：单位厚度时，材料两边空气气压和空气流
速之比。
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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。
1S0
T2
0.161V0
2S0
并且 2 S 0 1 S 0 S S 1 S 0 S
由上式推导得到：材料吸声系数 =0.161V(1/T2-1/ T1)/S
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混响室法可以测量吸声材料的吸声系数，也可
以测量吸声结构的吸声量
吸声系数=0.161V(1/T2-1/ T1)/S 单个结构的吸声量A= 0.161V(1/ T2 -1/ T1)/n 其中：V 混响室体积
错误认识二：内部存在大量孔洞的材料，如聚苯、聚 乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能。
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3.3 影响多孔吸声材料吸声系数的因素
• 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主要是材料的厚度、密度、孔 隙率、结构因子和空气流阻等。
• 密度：每立方米材料的重量。
• 孔隙率：材料中孔隙体积和材料总体积之比。
值
吸声量：对于平面物体A= S, 单位是平方米（或塞宾） 对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量
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3
吸声量或吸声系数的测量
1、混响室法 由塞宾公式
T 0.161V
S
设混响室空室时的混响时间T1，放入吸声材料后的混 响时间T2。（混响室体积和内表面积分别为V0、S0）
T1
0.161V0
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2、薄膜、薄板共振吸声结构 如玻璃、薄金属板、架空木地板、空木墙裙等。
薄膜吸声 薄板吸声
600 f0 M0L
f0
1
2
1.4107 K M0L M0
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3、空间吸声体。 4、尖劈—强吸声结构（声阻逐渐加大）。
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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2KHz将进行考虑)。
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3、多孔吸声材料的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当多孔吸 声材料背后有空腔时，与该空气层用同样的材料填满的效果类似。尤 其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高，吸声系数 将随空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了。
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4、使用不同容重的玻璃棉叠和在一起，形成容重逐渐 增大的形式，可以获得更大的吸声效果。
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1248Kg/m3,特殊情况使用100Kg/m3或更高）。
1、随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频变化 不大（多孔吸声材料对高频总有较大的吸收）。
2、厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加；但当容重 增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系 数反而下降。
5、多孔吸声材料表面附加有一定透声作用的饰面，如 小于0.5mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻璃 丝布等，基本可以保持原来材料的吸声特性。使用穿孔 面材时，穿孔率须大于20%，若材料的透气性差时，如 塑料薄膜，高频吸声特性可能下降。
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3.4 玻璃棉吸声系数的比较
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3.5 其它吸声结构
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6
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。
有时吸声系数会大于 等于1，主要是由于实 验室或安装时边缘效应 造成
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3.2 多孔材料的吸声机理
• 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。
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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。
工等多方面。
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2
3.1 吸声系数与吸声量
吸声系数定义：=(E总-E反）/ E总，即声波接触吸声介面后失去能量占总能量 的比例。吸声系数小于1。
同一吸声材料，声音频率不同时，吸声系数不同。一般常用100Hz-5000Hz的 18个1/3倍频带的吸声系数表示。
有时使用平均吸声系数或降噪系数粗略衡量材料的吸声能力。 平均吸声系数：100Hz-5000Hz的1/3倍频带吸声系数的平均值 降噪系数（NRC)：125Hz/250Hz/500Hz/1000Hz吸声系数的平均
第三章 吸声材料与吸声结构
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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。
吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩 棉等纤维或多孔材料。
吸声结构：材料本身可以不具有吸声特性，但材料 制成某种结构而产生吸声。如穿孔石膏板吊顶。
在建筑声环境的设计中，需要综合考虑材料的使用，
包括吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加
1、空腔共振吸收，如穿孔石膏板、狭缝吸音砖等。f0c Nhomakorabea2
s
Vt
f0
c
2
P
Lt
f0 2c
P
LtPL 2/3
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共振吸声效果和吸声腔内加入吸声材料 （玻璃棉）后的吸声效果
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狭缝吸音砖内放如入吸声材 料增大吸声效果 右图为美国某音乐教室。 下图为狭缝吸音砖放入玻璃 棉的情况。
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S 材料表面积
n 吸声体个数
T1 空室混响室混响时间 T2防入材料后混响时间
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2、驻波管法测量材料吸声系数：
利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压 Pmax和极小声压Pmin推导出0
0=Pmin/Pmax
3、 T 和 0 的值有一定差别， T是无规入射时的 吸声系数，是正入射时的吸声系数。 0工程上主 要使用T