建筑物理声学吸声材料与吸声结构

第四讲、吸声材料与吸声结构4.1吸声材料作用和分类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、加工等多方面。较小隔声材料较大吸声材料按用途分较大透声材料较大反射材料较大吸声材料分类由rr1事实上隔声材料中包含了反射材料及吸声材料吸声系数：从反射界面定义:0011EEErrEE4.1.1吸声系数与吸声量定义吸声系数定义：=(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。吸声系数永远小于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吸声系数的平均值（尾数四舍五入整理成.5或.0）吸声量：对于平面物体A=S,单位是平米（或塞宾）对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量4.1.2吸声材料分类吸声央劈特殊吸声结构簿膜共振吸声结构簿板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构共振吸声结构泡沫状可粒状纤维状多孔吸声材料吸声材料和结构的分类:4.2.1多孔材料的吸声机理A构造特征：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，而是因为多孔材料从表到里具有大量均匀、互相连通的微孔，且表面微孔向外敞开、具有适当的通气性.4.2多孔吸声材料错误认识一：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：内部存在大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能。Ⅰ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。Ⅱ空气振动是不断压缩和膨胀的过程，与多孔骨架发生热交换也减少声能。C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。B吸声机理：4.2.2影响材料吸声吸的因素•1密度:：每立方米材料的重量kg/m3。•密度太大→密实;太小→透气性太好;存在一最佳值.孔隙率：材料中孔隙体积和材料总体积之比。空气流阻：单位厚度时，材料两边空气气压和空气流速之比。%100总体积空气体积孔隙率存在一最佳值流速两侧静压差空气流阻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）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。厚度: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）。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。容重:安装条件: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。饰面状况: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。含湿量:重湿度（含湿量）增加、吸声性能下降（先降低高频，再到低频）4.2.3多孔材料的吸声特性吸声特点：总趋势是随频率的增加而增加，伴有起伏，且起伏随增加而变化平缓，一般吸收中高频，加空气层后也吸收低频。4.3共振吸声结构4.3.1空腔共振吸收，如穿孔石膏板、狭缝吸音砖等。A构造特性B吸声机理:当薄壁与空径比声波小很多时,孔径处空气变形很小,起质量块作用.类似于活塞,空腔中空气起弹簧作用.C吸声特性:在共振频率处有最大吸声系数.共振吸声效果和吸声腔内加入吸声材料（玻璃棉）后的吸声效果穿孔板共振吸声频率的计算Ldtpcfc)8.0(2当L20cm时当L20cm时3/)8.0(22pLLdtpcfc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。4.3.2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。A构造特性B吸声机理:系统出现共振时,摩擦或内应力消耗最大,从而将声能转换为热能.C吸声特性薄膜共振频率薄板共振频率mLfc6000.4~0.3，1000HZ~200，。cm)(),/(2吸收中频声为空气层厚度为薄膜面密度Lmkgm)104.1(1217KLmfc0.5~0.2，300HZ~，80。)S/(22吸收低频声为刚度因数mkgK4.4.1、空间吸声体4.4.2、尖劈—强吸声结构（声阻逐渐加大）4.4其他吸声结构4.4.3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)。4.4.4洞口在剧院中，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0.3-0.54.5吸声在建筑声学中的应用举例4.5..1室内音质的控制玻璃棉产品可以制成吊顶板、贴墙板、空间吸声体等，在建筑室内起到吸声作用，降低混响时间。一般地，房间体积越大，混响时间越长，语言清晰度越差，为了保证语言清晰度，需要在室内做吸声，控制混响时间。如礼堂、教室、体育场，电影院。对音乐用建筑，为了保证一定丰满度，混响时间要长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。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。4.5.2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。•吸声降噪最多可以获得10-15dB的降噪量。降噪量=10lg(A0/A1),未加入吸声材料时室内吸声量越少，加入吸声材料后室内吸声量越多，降噪效果越好。大面积使用尖劈进行吸声降噪。4.1.2吸声量或吸声系数的测量：1、混响室法其中：V混响室体积S材料表面积.T60,1空室混响室混响时间,T60,2防入材料后混响时间.12111,60161.0SSVT22112,60161.0SSVT)11(161.02,601,60212TTSV2、驻波管法：minmaxppn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推倒出T3、T和的值有一定差别，是无规入射时的吸声系数，T是正入射时的吸声系数。工程上主要使用.nnT124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End!