第二章声学材料、吸声结构及吸声原理.doc

第二章：常见的声学材料、吸声结构及吸声原理我们经常在电影院、报告厅、会议室、多功能厅以及工厂的车间内的建筑物中的墙面、顶棚上设置有如穿孔板、木丝板、玻璃棉、阻燃面料等类材料。这些材料具有能够把入射在它上面的声能吸收掉的特性，所以称为吸声材料。吸声材料是处理建筑中声学问题的主要物质手段之一。建筑中的吸声材料的应用是十分广泛的，同时吸声材料往往还和其他隔声材料结合使用。正确的使用吸声材料可以达到改善厅堂音质、消除回声和颤动回声及控制和降低噪声干扰等目的。所以，争取了解吸声材料的吸声原理，了解吸声材料的吸声特性，对于我们合理选择吸声材料和确定正确的设计方案是十分必要的。第一节：吸声系数和吸声量声波在传播过程中，遇到各类材料时，都会发生一部分声能被反射，一部分声能向材料的内部传播并被吸收的现象。所以任何材料都有一定的吸声能力，只是吸声能力大小不同。吸收的声能越多，吸声能力就越好。一般地，质地坚硬、光滑、结构紧密的材料反射性强，吸声性差。如：玻璃、水磨石、大理石；粗糙松软、具有互相贯穿内外微孔的多孔材料吸声性能好，反射性能差，如玻璃棉、矿棉、泡沫塑料、微孔砖等。第一节：吸声系数吸声系数是表示材料吸声能力大小的量。声波遇到材料表面时，被吸收的声能与入射声能之比就叫做吸声系数。用表示。即：=吸收声能/入射声能X100%也就是说，只有当入射声能100%被吸收时，而没有任何反射时，吸声系数才会等于1。如，门窗完全开启时它的吸声系数才相当于1。所以，从理论上说，材料的吸声材料的范围在01之间。但是实践中我们专门制作的悬挂空间的吸声体咳获得吸声系数大于1的吸声结构。材料的吸声系数设计较为复杂的数学分析，实验室条件下，一般常用的测试法为驻波管法或混响室法测定。驻波管法是由一端放扬声器另一端装试样的管子组成的测定正入射吸声系数的一起。混响室法是一个具有扩散声场的封闭声学试验室，由它测得的吸声系数是声波无规则入射状态下的平均值。它与工程的实际情况较为接近，所以较为实用也一般较为为人接受。二、吸声量由于吸声系数是表示单位面积的吸声量，所以如果有一个吸声系数，面积为S（m2）的材料，那么，它的吸声量A就等于A=S这样，如果有一个房间墙面地面布置了几种不同材料的吸声材料，它相对应的吸声系数和面积为1、2、3和S1 、S2 、S3则该房间的总吸声量为A= S11+ S22+ S33+利用这个关系式,当已知吸声量为A时,可以得到吸声材料所许面积的计算公式:S = A/ 第二节、吸声材料和吸声结构的作用及分类在音质设计过程中，吸声材料和机构主要来控制反射声以获得合适的混响时间。此外，当强反射声造成声场分布不均匀，产生回声时，利用吸声材料可以调整声场分布，消除回声。在噪声控制中，对房间墙面、顶棚进行吸声处理，或者悬挂强吸收的吸声体，可以减弱反射，降低噪音。此外，在消声管道或消声设备中，例如空调系统中使用的阻性消音器，都普遍使用了吸声材料或吸声结构，构成消音通道，有效的降低了噪音。常见的吸声材料和吸声结构种类是很多的，根据材料的外观特征加以分类，大体上分为表2-1中所列几种，根据结构由可以分为表2-2中所列几种。常见吸声材料及特性常见的吸声结构第三节：各类吸声结构特性及声学设计中正确选择和布置声学材料一、 多孔吸声材料：多孔吸声材料是普通应用的吸声材料，最初是以麻、棉、毛等有机纤维材料为主，现在则大部分由玻璃棉、矿棉等无机纤维代替。多孔吸声材料吸有大量内外相连通的微小间隙和连续，因而具在通气性，这是多孔材料最基本的构造特征。当声波进入多孔材料表面时，声波顺着微孔进入材料内部，引起孔隙中空气的振动，由于存在摩擦和空气的粘滞阻力，使一部分声能转变为热能，此外，气体压缩放热、膨胀吸热，因此，孔中的空气与孔壁纤维之间进行热交换，也能使声能被吸收。所以多孔材料的先决条件是声波能进入微孔内，所以在施工工作中采取措施防止灰尘污垢或抹灰油漆等封闭，否则会降低吸声性能。影响多孔吸声材料的主要因素有以下几项：1、 材料中的空气流阻：空气受到材料的特性影响，空气流速和材料两边的静压差，若影响其吸声性能，存在一个最佳流阻。2、 孔隙率：材料中孔隙与材料厂的总体积之比，孔隙率越大，材料内的空气越多，吸声性能越好。3、 材料厚度：增加多孔材料的厚度可以提高其吸声系数，甚至可以影响多孔材料的特性，改变多孔材料对中、低频吸收较少的特性。4、 材料背后的条件：多孔材料背后与该空气层用同样的材料填充有类似的效果，所以利用空气层，也可以提高吸声系数，同时又节省材料。5、 声波的频率和入射条件：多孔材料的吸声系数随频率提高而增大，50厚多孔材料对吸收中高频吸收效果明显，吸声系数也明显加大。驻玻管法与实验室混响法对多孔材料的吸声系数测试吸声是不一样的，就说明声波平行入射与不规则入射是不一样的。对于同一种，实用时还常用容量厚度来控制其吸声特性，材料厚度一样时，增大容量可以提高中低频的吸声系数但比较大厚度所引起的变化小。如图234页建筑构理。二、 空腔共振吸声结构：最简单的空腔共振吸声结构是詹姆霍斯共震器，它是一个封闭空腔通过一个开口与外部空气相联系的结构，各种穿孔板设置空气层形成吸声结构。其吸声原理用图235页（建构）来说明，孔颈中颈柱的弹性受到声压而产生压缩，使立腔内颈柱与立腔形成一个类似弹簧一悬挂物的简单振动结构。由于共震使孔颈中颈柱产生频繁振动，振动中而消耗声能。对于穿孔板也可以看作每个开孔与背后空气腔形成一个共振体系，受压时摩擦消耗声能而吸收声能。穿孔结构与所吸收频率高低有关，与共震频率越近，吸声系数就越大，同时与穿孔率有关，穿孔率越大吸声系数也越大。三、 薄膜的吸声结构人造革、皮革、塑料薄膜受张拉时只有弹性表面，与其背后封闭的空气层形成共震结构，用于吸收与共频率相近似的一般的薄膜吸声结构的共震频率在2001000Hz，最大吸声系数为0.30.4，一般我们把它当作中频范围的吸声材料。四、 薄板吸声结构应该，我们设计时把“薄板共震膜是不正确”的，严格意义上说，薄板与其固定在周边的框架上，这同封闭的空气层形成一个振动系统。薄板材料包括：胶合板、硬质纤维板、石膏板、石膏水泥板、水泥压力板等。其吸声特性受板的刚度、空气层厚度、龙骨间距等原因的影响。其频率经实验测得：o = 手写Mo 板的单位面积质量 kg/m2L 板与刚性壁之间空气厚度 cm K 结构的刚性因素 kg/(m2.s2)五、 空气吸声体 严格定义上说，空间吸声体不是什么的吸声结构，但它与一般结构不同的，它是现场吊装在顶棚墙面的，它不是与顶棚刚性连接的，而是自成一体的吸声结构，广泛应用于厂房、体育场等。空间吸声体一般有2个以上的面与声波接触，所以其有效吸声面积大于投影面积。空间吸声体的规格形状通常根据使用场合不同有所变化而进行艺术处理，常有矩形、正方形、锥形、多向体以及球形面等。六、 强吸性结构尖臂消声是最常见的结构，常用3.23.5钢筋扎成所需形状和尺寸，在框架上粘缝布类材料，内填多孔材料，现在改变后用多孔材料制成尖劈装入框架内。关劈的吸声系数一般为0.99以上，在中高频范围吸声。七、 帘幕纺织品中大都材料都具有多孔材料的吸声性能，因此，也不是什么新吸声结构，而是一种多孔材料。由于这类结构较薄，吸声效果比厚的多孔材料差，但若幕布、窗帘等离墙面窗户一定距离后，恰如多孔材料背后设置了空气层，尽管不是封闭结构，但对中高频至低频有一定吸声效果。八、 洞口 向室外自由声场敞开的洞口，从室内的角度来看，它是完全吸声的，对所有的频率的吸收都为：654的房间开门开窗共计6m2若墙地顶平均吸声系数为0.1米，表面积148m2，总吸声量为14.8m2，若开窗后其吸声量即为6m2，由此可见，孔洞面积是共总表面积的4%，其吸声量都不得占总量的25%以上，平均混响时间也是25%，由此可见此类结构的强吸声效果。剧场中的未封闭的面墙、耳光室均类似此类结构，以及台口结构也同此类结构，其吸声二次反射声的吸声量可达0.30.5。九、 人与家具人与家具实际上也是吸声体，有的多是