降噪措施

吸声处理与室内降噪

一、吸声 1.1 吸声系数与降噪系数吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。按照ISO标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5KHz。将 100-5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。在工程中常使用降噪系数NRC粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1K、2K四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等0.2的材料才被认为是吸声材料。当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常需要使用高吸声系数的材料。如离心玻璃棉、岩棉等属于高NRC吸声材料，5cm厚的24kg/m3的离心玻璃棉的NRC可达到0.95。测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大，吸声面积越多，吸声效果越明显。可以利用吸声天花、吸声墙板、空间吸声体等进行吸声降噪。 1.2吸声原理纤维多孔吸声材料，如聚脂纤维吸音板、矿棉、植物纤维喷涂等，吸声机理是材料内部有大量微小的连通的孔隙，声波沿着这些孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。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。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能，事实上，这些材料由于内部孔洞没有连通性，声波不能深入材料内部振动摩擦，因此吸声系数很小。与墙面或天花存在空气层的穿孔板，即使材料本身吸声性能很差，这种结构也具有吸声性能，如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝吸声砖等。这类吸声被称为亥姆霍兹共振吸声，吸声原理类似于暖水瓶的声共振，材料外部空间与内部腔体通过窄的瓶颈连接，声波入射时，在共振频率上，颈部的空气和内部空间之间产生剧烈的共振作用损耗了声能。亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在共振频率上具有较大的吸声系数。薄膜或薄板与墙体或顶棚存在空腔时也能吸声，如木板、金属板做成的天花板或墙板等，这种结构的吸声机理是薄板共振吸声。在共振频率上，由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。

二、吸声材料及吸声结构

2.1 聚脂纤维吸音棉聚脂纤维吸音棉内部纤维蓬松交错，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸声材料，具有良好的吸声特性。离心玻璃棉可以制成墙板、天花板、空间吸声体等，可以大量吸收房间内的声能，降低混响时间，减少室内噪声。聚脂纤维吸音棉的吸声特性不但与厚度和容重有关，也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。聚脂纤维吸音棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。聚脂纤维吸音棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。当声波入射到聚脂纤维吸音棉上时，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和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。聚脂纤维吸音棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响聚脂纤维吸音棉吸声性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。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。对于离心玻璃棉来讲，吸声性能存在最佳流阻。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。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（高频吸收总是较大的）。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。对于厚度超过5cm的容重为16Kg/m3的离心玻璃棉，低频125Hz约为0.2，中高频（>500Hz）的吸声系数已经接近于1了。当厚度由5cm继续增大时，低频的吸声系数逐渐提高，当厚度大于1m以上时，低频125Hz的吸声系数也将接近于1。当厚度不变，容重增大时，聚脂纤维吸音棉的低频吸声系数也将不断提高，当容重接近110kg/m3时吸声性能达到最大值，50mm厚、频率125Hz处接近0.6-0.7。容重超过120kg/m3时，吸声性能反而下降，是因为材料变得致密，中高频吸声性能受到很大影响，当容重超过300kg/m3时，吸声性能减小很多。聚脂纤维吸音棉的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当吸音棉板背后有空气层时，与相同厚度无空气层的玻璃棉板吸声效果类似。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。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。例如将一层 2.5cm厚24kg/m3的棉板与一层2.5cm厚32kg/m3的棉板叠和在一起的吸声效果要好于一层5cm厚32kg/m3的棉板。将24kg/m3的吸音棉板制成1m长的断面为三角型的尖劈，材料面密度逐渐增大，平均吸声系数可接近于1。聚脂吸音棉具有防火、保温、易于切割等优良特性，是建筑吸声最常用的材料之一。聚脂纤维吸音板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。厚度0.9cm或2.5cm。这一类的建筑材料既有良好的装饰性吸声性能又好，降噪系数NRC一般可以达到0.85以上。在体育馆、车间等大空间内，为了吸声降噪，常常使用以聚脂纤维吸音棉为主要吸声材料的吸声体。吸声体可以根据要求制成板状、锥体或其他异型体。由于吸声体有多个表面吸声，吸声效率很高。在道路隔声屏障中，为了防止噪声反射，需要在面向车辆一侧采取吸声措施，往往也使用聚脂纤维吸音棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。

2.2 纸面穿孔石膏板纸面穿孔石膏板常用于建筑装饰吸声。纸面石膏板