理论教育 吸声与隔声的材料选择

吸声与隔声的材料选择

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:吸声材料的气孔应是粗大的、开放的,且应相互连通。为了全面反映材料的吸声性能,规定取125 Hz、250 Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz六个频率的平均吸声系数来表示。对上述六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料,认为是吸声材料。表9-2多孔吸声材料基本类型薄板振动吸声结构。吸声材料强度比较低,应设置在护壁高度以上,以免碰撞损坏。

吸声与隔声的材料选择

吸声材料是能在较大程度上吸收由空气传递的声波能量的建筑材料,主要用于音乐厅、影剧院及播音室等室内的墙面、地面、顶棚等部位,选用适当的吸声材料,能很好地改善声波在室内传播的质量,获得良好的音响效果。

隔声材料是能减弱或隔断声波传递的材料。隔声性能以隔声量表示,隔声量用材料入射声能与透过声能相差的分贝数表示,数值越大,隔声性能越好。

1.材料的吸声性能

声音起源于物体的振动,例如,人说话时喉间声带的振动和击鼓时鼓皮的振动,都能产生声音,声带和鼓皮就叫作声源。声源的振动迫使邻近的空气随着振动而形成声波,并在空气介质中向四周传播。声音在传播过程中出现两种现象,一部分声能随着距离的加大而扩散,另一部分声能由于空气分子的吸收而减弱。当声波遇到材料表面时,一部分声波被反射,另一部分则穿透材料,其余部分传递给材料被吸收。材料吸收的声能E与入射声能E0之比,称为吸声系数α,它是评定材料吸声性能好坏的主要指标,用公式表示如下:

式中 α——材料的吸声系数;

E——材料吸收的声能;

E0——传递给材料的全部入射声能。

假如入射声能的55%被吸收,45%被反射,则该材料的吸声系数就等于0.55。当入射声能全部被吸收而无反射时,吸声系数等于1;当门窗开启时,吸声系数相当于1。一般材料的吸声系数为0~1,吸声效果随吸声系数增大而加强。

2.吸声系数的影响因素

(1)材料表观密度的影响。多孔材料表观密度增加,能使低频吸声效果有所提高,高频吸声性能却下降。

(2)材料厚度的影响。多孔材料的低频吸声系数,一般随着厚度的增加而提高,但厚度对高频影响不显著。

(3)空气层的影响。材料空气层的作用相当于增加了材料的厚度,吸声效果一般随着空气层厚度的增加而提高。根据这个原理,调整空气层厚度,可以提高其吸声效果。

(4)材料孔隙特征的影响。吸声材料的气孔应是粗大的、开放的,且应相互连通。吸声材料的表面孔洞和开口连通孔隙越多则吸声效果越好。材料孔隙充水或堵塞会大大降低吸声效果。

吸声性能除了与材料本身性质、厚度及表面状况(有无空气层及空气层的厚度)有关外,还与声波的入射角及频率有关。为了全面反映材料的吸声性能,规定取125 Hz、250 Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz六个频率的平均吸声系数来表示。对上述六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料,认为是吸声材料。

3.常用的吸声材料与结构

(1)多孔吸声材料。多孔吸声材料具有良好的中、高频吸声性能。多孔吸声材料具有大量的内外连通微孔,声波入射到材料表面时,声波很快地顺着微孔进入材料内部,引起孔隙内空气的振动,由于摩擦、空气黏滞阻力和材料内部的热传导作用,相当一部分声能转化为热能而被吸收。

多孔吸声材料基本类型见表9-2。

表9-2 多孔吸声材料基本类型(www.daowen.com)

(2)薄板振动吸声结构。胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板石棉水泥板和金属板等材料,具有低频吸声特性,还有助于声波的扩散。将其固定在墙或顶棚的龙骨上,并在背后留有一定厚度的空气层,即做成薄板振动吸声结构,这种结构是在声波作用下,板内部和龙骨之间出现摩擦损耗,使声能转变为机械振动,而起吸声作用,共振频率一般在80~300Hz。

(3)穿孔板组合式共振吸声结构。这种吸声结构是由穿孔的胶合板、石膏板、硬质纤维板、石棉水泥板、铝合金板和薄钢板等固定在龙骨上,并在背后设置空气层而形成,具有中频的吸声特性,一般可看作多个单独共振吸声器并联而成。穿孔板厚度、穿孔率、孔径、孔距、背后空气层厚度以及是否填充多孔吸声材料等,都直接影响吸声结构的吸声性能,这种吸声结构在建筑中使用得比较普遍。

(4)共振吸声结构。这种结构具有密闭的空腔,且具有较小的开口孔隙,当受到外力激荡时,密闭的空腔会按一定的频率振动,颈部空气分子在声波的作用下像活塞一样进行往复运动,因摩擦而使声能消耗,从而达到吸声的效果。

(5)悬挂空间吸声体结构。这种吸声体结构有平板形、球形、椭圆形和棱锥形等多种形式,悬挂在顶棚上,构成了悬挂空间吸声体,由于这种结构增加了有效的吸声面积,产生边缘效应,加上声波的衍射作用,大大提高了吸声效果。

4.选用吸声材料的基本要求

选用吸声材料应注意以下几点:

(1)应将吸声材料安装在最容易接触声波和反射次数最多的表面上。

(2)吸声材料强度比较低,应设置在护壁高度以上,以免碰撞损坏。

(3)多孔吸声材料易吸湿,安装时应注意胀缩的影响。

(4)选用的吸声材料应不易虫蛀、腐朽,且不易燃烧。

(5)应尽量选用吸声系数较高的材料,以便节约材料用量。

(6)安装吸声材料时应注意勿使材料的细孔被油漆填塞而降低其吸声效果。

5.隔声材料

能减弱或隔断声波传递的材料称为隔声材料。声音按传播途径分为空气声(通过空气传播的声音)和固体声(通过固体的撞击或振动传播的声音)。

对空气声的隔绝,主要服从声学中的“质量定律”,即材料的表观密度越大,质量越大,越不易受声波作用而产生振动,其隔声效果越好。所以,应选用表观密度大的材料(如钢筋混凝土、钢板及实心砖等)作为隔绝空气声的材料。

隔绝固体声的最有效措施是隔断声波的连续传播,采用不连续的结构处理,即在产生和传递固体声的结构(如梁、框架、楼板与隔墙等)之间加入具有一定弹性的衬垫材料,如软木、橡胶毛毡地毯或设置空气隔离层等,以阻止或减弱固体声的继续传播。

综上所述,材料的隔声与材料的吸声的原理是不同的,因此,吸声效果好的多孔材料,其隔声效果不一定好,吸声性能好的材料未必就是合适的隔声材料,不能简单地把吸声性能好的材料替代隔声材料来使用。

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