第六章建筑声学材料PPT课件

.,1,返回,掌握：,1、声学的基本知识；2、吸声材料和吸声结构的种类及其吸声原理；3、声学材料的分类；4、建筑工程中怎样选择吸声材料和吸声结构？,第六章建筑声学材料,.,2,第一节声学材料概述第二节声学的基本知识第三节建筑声学材料（结构）的基本特性第四节吸声材料第五节隔声材料第六节声学材料（结构）的选用原则,第六章建筑声学材料,.,3,一.建筑声学的基本任务,研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法；保证室内具有良好听闻条件；研究控制建筑物内、外部一定空间内的噪声干扰和危害。,公元前一世纪，罗马建筑师维特鲁威的建筑十书记述音响调节方法，如利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等。19世纪末，欧洲经典声学发展到最高峰。20世纪初，建筑声学内容逐渐充实，应用广泛。直到1929年，美国声学学会。,二.建筑声学的发展,第六章建筑声学材料,第一节声学材料概述,.,4,三.研究建筑声学的目的,1、给听音场所提供产生、传播、收听所需声音的最佳条件；2、排除或减少噪声或震动干扰。,声源、传声通道和听者之间的关系。,四.建筑声学的研究对象,五.建筑声学的研究手段,通过结构的合理设计及对声学材料的适当应用，从而控制声音的传播，达到改善声音接受者的听闻感受。,第六章建筑声学材料,.,5,六.声学材料,1、吸声材料：吸声作用较强的材料；2、隔声材料：隔声作用较强的材料；3、透声材料：声波入射到材料层上能够无反射，无损耗地通过，这样的材料。,第六章建筑声学材料,.,6,七.厅堂设计的声学要求,1、各个部位都应有足够的响度；2、声能应均匀分布；3、应具有最佳的混响特性；4、不应出现回声、长延迟反射声、颤动回声等缺陷。,第六章建筑声学材料,.,7,八.室外声波的传播特性,1、声源的方向性：声波波长比声源的尺寸大很多倍时，声波较均匀地向各方向传播；声波波长小于声源的尺寸时，集中向正前方一个尖锐的圆锥体的范围内传播。2、声波的反射和折射：3、声波的绕射（衍射）和散射：4、声波干涉：振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定。5、声驻波：振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定。,第六章建筑声学材料,.,8,一.声音的产生与传播,辐射声音的振动物体称为声源；声波依靠介质的质点的振动向外传播；振动方向与波传播方向平行，称纵波；振动方向与波传播方向垂直，称横波；,声源完成一次振动所经历的时间，称周期；T表示，s1s内振动的次数称频率；f表示，赫兹f=1/T,1.频率,第二节声学的基本知识,第六章建筑声学材料,.,9,2.波长,声波在传播途径上，两相邻同相位质点间的距离。,声波在弹性介质中的传播速度；c表示，不是质点振动的速度，是振动状态传播的速度；波速的大小与振动的特性无关，与介质的弹性、密度及温度有关。一定介质中声速是一定的，频率越高，波长就越短。室温下空气中声速340m/s;1004000Hz波长：3.40.085m;人耳能听到的声波频率：2020000Hz。,3.声速,第六章建筑声学材料,.,10,4.频带,进行声音测量时，规定将声音的频率范围划分成若干个区段。每个频带有一个上限频率f1和一个下限频率f2，带宽就为f1-f2。每频带以其中心频率fc标度，,第六章建筑声学材料,.,11,返回,5、声波的衍射与反射（1）波振面声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播，在某一时刻，波动所达到的各点包络面。（2）声线表示声波传播的途径，各向同性的介质中声线是直线且与波振面垂直。,第六章建筑声学材料,.,12,（3）依据波阵面形状的不同，将声波划分为：平面波波阵面为平面，由面声源发出；柱面波波阵面为同轴柱面，由线声源发出；球面波波阵面为球面，由点卢源发。一个声源是否可以被看成是点声源，取决于声源的尺度与所讨论声波波长的相对尺度。当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时，可看成是点声源。所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按点声源考虑，而在中高频则不可以。,第六章建筑声学材料,.,13,1、孔洞的衍射,衍射情况与孔洞大小有关：孔的直径小于波长，小孔的质点近似新声源，产生新球面波，与原波形无关；孔的直径大于波长，孔内声波仍按原来波形前进；孔的直径与波长相当，衍射声波因波长而异产生复杂的干涉图案。,2、障碍物的衍射,障碍物的尺寸小于波长，大部分声波仍按原来波形前进；障碍物的尺寸增大，反射波增加，声影区扩大。,3、障碍板边缘的衍射,声影区随波长增大而增大。声音频率越低，衍射现象越明显。,声波的衍射,第六章建筑声学材料,.,14,8、声波的折射、反射和声像,（1）声波在传播过程中，遇到尺寸比波长大得多的障碍板，声波被反射。（2）如声源发出的是球面波，净反射仍是球面波。（3）反射声波、折射声波及入射声波的关系，与界面两侧的媒质特性阻抗、入射声波的入射角有关。（4）反射定律：入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内；入射线和反射线分别在法线的两侧；反射角等于入射角。,第六章建筑声学材料,.,15,4、声波的透射与吸收当声波入射到建筑物时，声能的一部分被反射，一部分透过构筑物，另一部分摩擦或热传导而被损耗，成为材料的吸收。（1）根据能量守恒定律：式中：E0总声能；E反射的声能；E吸收的声能；E透过构筑物的声能；,第六章建筑声学材料,.,16,透射系数透射声能与入射声能之比；反射系数反射声能与入射声能之比；,第六章建筑声学材料,.,17,一般值小的材料隔声材料；值小的材料吸声材料。吸声系数吸收的声能与入射声能之比；,吸声系数表示材料吸声能力的大小。,第六章建筑声学材料,.,18,根据波的各种物理参量描述声音的大小或强弱。1、客观量声压、声强和声功率以及声压级、声强级和声功率级。2、主观量响度及响度级。dB（A）为常见的对瞬时噪声的计量单位。,二、声音的计量,第六章建筑声学材料,.,19,第三节建筑声学材料的基本特性,声波是由于空气的振动形成疏密波传播，相当于在原来大气压强上叠加一个变化的压强，这个叠加上去的压强称声压。（1）声压较大，听到的声音就响；（2）声压与发声体振动的振幅有关，与波长无关；（3）声压有大小、无方向，声压的作用力不是恒定的，是随时间疏密不断变化的。（4）通常用一段时间内的有效声压表示，当声压变化为周期性时，该时间内压力的均方根表示有效声压；,3、声压P,.,20,第三节建筑声学材料的基本特性,（5）如未说明，均指有效声压；正常人耳，当f=1000HZ，P=210-5，可听到；可听低限，当f=1000HZ，P=210-5，叫耳阔；可听高限，P=20Pa，痛阔。,.,21,第三节建筑声学材料的基本特性,4、声压级将声音按对数方式分等级计量声音的大小，单位是分贝（dB）。（1）根据能量守恒定律：,式中：Lp声压级（dB）；p声压（Pa）；p0参考基准声压为210-5Pa；国际上统一规定：人耳刚能听到的声压级为0dB；声压级每变化1dB，相当于声压变化12%，声压级每变化6dB，就相当于声压变化1倍；,.,22,第三节建筑声学材料的基本特性,5、声功率及声功率级声源辐射声波时对外做功；声功率声源单位时间内向外辐射的声能，记为W,单位为w；声功率用级来表示，即声功率Lw,单位是dB；,式中：Lw声功率级（dB）；w声功率（w）；w0参考基准声功为10-2；6dB，就相当于声压变化1倍；,.,23,第三节建筑声学材料的基本特性,对于球面扩散的声波，当距离声源时：Lp=Lw-20lg-10.9对于半球面扩散：Lp=Lw-20lg-7.9,.,24,第三节建筑声学材料的基本特性,6、声强与声强级（1）声强I在垂直于声传播方向上，通过单位面积的声能的多少；w/m2;由自由声场中，点声强与声功率为：W=远场的声强与声压的关系：I=式中：Pr远场处的声压，Pa；P0参考基准声压，210-5Pa；,.,25,第三节建筑声学材料的基本特性,（2）声强级LI声强用级来表示，单位：dB；式中：LI声强级；I声强,w/m2；L0基准声强，10-12w/m2；,.,26,第三节建筑声学材料的基本特性,（3）声压与声强级的关系,式中：,式中：空气密度；c空气的声速；,.,27,第三节建筑声学材料的基本特性,7、响度和响度级（1）响度N度量一个声音比另一个声音响多少的量，单位：宋（sone）；（2）声压越大，声音越响，但不成比例；不能单纯的用声压级大小衡量声音轻或响。（3）响度级LN与响度N的关系,.,28,第三节建筑声学材料的基本特性,8、噪度Nn和感觉噪度级LPN(1)感觉噪度人们对噪声烦扰感觉的反应程度，单位：呐（noy）；（2）一个3noy声音听起来为1noy声音的3倍响；（3）感觉噪声级LPNNn=20.1(LPN-40),式中：LPN感觉噪声级（PNdB）；Nn感觉噪度（noy）；,.,29,第三节建筑声学材料的基本特性,9、A声级与等效连续A声级（1）A声级是单一的数值，是噪声的所有频率成分的综合反映；（2）A声级总比响度级低12dB左右；（3）A声级只反映了噪声影响与频率的关系，噪声影响与持续时间有关；（4）对于简短的随时间变化的噪声，应以等效A声级评价；,.,30,第三节建筑声学材料的基本特性,“等效A声级”：按分贝运算规则，把A声级对时间进行平均后所得的结果。,10、声级叠加几个声音的声压级相加时，总声压级不是几个声压级的简单算术和。,.,31,第三节建筑声学材料的基本特性,一、吸声材料和吸声结构当声波在一定空间传播，并入射至材料或结构壁面时，有部分声能被反射，另一部分被吸收。由于这种吸收特性，使反射声能减少，从而使噪声得以降低。这种具有吸声特性的材料和结构称为吸声材料和吸声结构。,1、分类（1）按吸声机理分多孔性吸声材料；共振吸声结构；空间吸声体；吸声劈尖结构；帘幕吸声体。,.,32,主要吸声材料的种类,第四节吸声材料,（2）按外观和构造特征分,.,33,第三节建筑声学材料的基本特性,二、多孔性吸声材料1、分类纤维类、泡沫和颗粒三类。（1）纤维类材料包括超细玻璃棉、离心玻璃棉毡、岩棉、矿渣棉、化纤棉等。优点质轻、耐热、抗冻、防蛀、耐腐蚀、不燃、隔热、导热系数和吸湿率低，成型好。,.,34,第三节建筑声学材料的基本特性,（2）泡沫类塑料包括氨基甲酸酯、脲醛泡沫塑料、泡沫橡胶等。优点质轻、防潮、富有弹性、易于安装、导热系数小。缺点易老化，耐火性能差，不用于明火，有酸碱腐蚀性气体的场合不能使用。3、颗粒类吸声材料包括膨胀珍珠岩、陶土吸声砖、泡沫玻璃等。优点使用寿命长，防腐蚀，防火，耐高温，不需装饰面材料，施工方便。,.,35,第三节建筑声学材料的基本特性,三、多孔性吸声材料的吸声机理吸声性能是通过内部具有大量内、外连通的微小空隙和孔洞实现的，当声波沿着微孔或间隙进入材料内部，激发空气振动，空气与孔壁摩擦产生热传导作用，空气在微孔中产生阻力，使振动空气的能量不断转化为热能被消耗，声能减弱达到吸声目的。四、多孔吸声材料吸声特性（1）吸声系数随f增大而增大；（2）由低频向高频逐渐升高，其间有不同程度的起伏，起伏幅度在高频位趋缓。,.,36,第三节建筑声学材料的基本特性,五、影响吸声特性的因素1、材料厚度多孔材料一般对中、高频吸声性能好，对低频吸声效果差；增大厚度可提高材料对低频吸声能力，对高频影响不大；理论上，当厚度=时，在相应频率下具有最大吸声性能；常温空气中，1004000HZ的（波长范围在3.48.5m）不会制厚的材料适应中低频波长；不要盲目提高厚度。,.,37,第三节建筑声学材料的基本特性,2、空气流阻比流阻：单位厚度材料的流阻；材料厚度不大时，比流阻越大，吸声性能越差，但比流阻太小，声能因摩擦力、粘滞力而损耗的效率就低，吸声性能下降；流阻的高低与材料的孔隙率有关，密实性吸声材料易形成高流阻；任何吸声材料都应有合理流阻值，过高或过低的流阻都无法使材料有良好的吸声性能；流阻是定型多孔吸声制品出厂的重要技术指标。,.,38,第三节建筑声学材料的基本特性,3、结构因子由多孔材料结构特性决定的，反映材料内部微观结构的物理量，与材料内部形状、孔隙率及材料自身特性有关；筋络间孔隙：空气振动4、表观密度同种多孔材料密度增大，孔隙率减小，比流阻增，厚度不变，增加密度，可使中低频吸声系数提高，比增加厚度效果差；若厚度不限，多孔材料松散为宜；同样密度，增加厚度，不改变比流阻，吸声系数总增大，当厚度增加到一定时，吸声性能改善不显著。,.,39,第三节建筑声学材料的基本特性,5、孔隙率吸声性能较好的材料孔隙率一般在7090%；孔隙率分布应均匀，孔隙之间相互连通，孔隙率与流阻、结构因子、容积密度有直接关系，如果孔隙率不均匀，会使结构因子不规则，影响吸声效果。6、背后空气层在多孔材料背后留空腔，能有效地提高中低频的吸声效果；吸声系数随空腔中空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值就不明显了。,.,40,第三节建筑声学材料的基本特性,7、吸水性材料含湿首先使高频吸声系数降低，然后随含湿量增加，受影响的向中低频扩大，且对低频的影响程度高于高频在多孔材料饱水情况下，吸声性能大幅度下降。8、护面层护面层本身具有一定的声质量与声阻作用。（1）网罩塑料窗纱、塑料网、金属丝网、钢板网等；声质量和声阻都很小，忽略其影响。（2）纤维织物（廉价护面材料）玻璃纤维（最广泛）、尼龙布、面麻织物。,.,41,第三节建筑声学材料的基本特性,（3）塑料薄膜潮湿环境中作护面层；薄膜不透气，靠其自身的振动传递声波；低频段：薄膜对材料本身吸声性能影响而忽略；高频段：使背后材料的吸声系数下降。当穿孔率较高时，对吸声层的性能无明显影响；薄膜对吸声系数的影响与薄膜材质厚度有关：,.,42,第三节建筑声学材料的基本特性,A：较小的厚度不降低吸声系数；B：适当厚度可提高吸声系数；C：较大厚度堵塞多孔结构，减弱空腔共振结构，吸声系数降低，甚至严重降低。a:喷一层油漆，对多数频段表现为提高吸声作用；b:刷一层，在低频吸声系数提高，高频吸声系数降低；c:刷两层油漆，吸声作用严重消弱。,.,43,第三节建筑声学材料的基本特性,六、共振吸声结构,声波传播遇到物体，激发物体振动，振动物体与自身围蔽的空气产生摩擦，转化为热能损耗，产生吸声效果。1、当物体的固有f和f声波相同时，物体振动最强烈，振幅和振速达到最大，“共振现象”声能消耗量最大，吸声系数在共振频率处最大。2、共振原理设计的吸声结构空腔共振吸声结构；薄板或薄膜共振吸声结构；微穿孔板吸声结构。,.,44,第三节建筑声学材料的基本特性,1、木质吸音板,.,45,第五节隔声材料,吸声材料：质轻、疏松、多孔；隔声材料：沉重、密实。1、空气声声音只通过空气的振动而传播，如说话、唱歌。2、固体声（撞击声）某种声源不仅通过空气辐射，同时引起建筑物某一部分振动，如大提琴、电动机等。,.,46,第五节隔声材料,3、空气声隔声选用不易振动的单位面积质量大的材料，必选用密实、沉重的材料，如粘土砖、砼等。4、固体声隔声最有效的隔声措施：结构处理，即在构件间加设弹性衬垫，如软木、矿棉毡等。,.,47,第五节隔声材料,一、空气声隔绝1、单层均匀密实墙的空气声隔绝劲度B：,式中：B弹性模量；t板厚。,.,48,第五节隔声材料,阻尼指任何振动系统在振动中由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。内阻尼材料内部的阻尼，当振动的物体发生形变时，在材料内部出现的应力、应变的驰豫现象。单层均匀密实墙的隔声性能与入射声波的频率有关其频率的特性取决与墙本身的单位面积质量、刚度、材料的内阻尼及墙的边界条件等因素。,.,49,第五节隔声材料,1、质量定律如果把墙看成是无刚度、无阻尼的柔顺的，假定墙为无限大：声波垂直入射时,（近似）,式中：R0隔声量（dB）；m墙体的单位面积质量，kg/m2；f入射声波的频率。,.,50,第五节隔声材料,声波是无规入射时，墙的隔声量大致比正入射时的隔声量低5dB。近似公式说明单位面积质量越大，隔声效果越好；单位面积质量每增加一倍，隔声增加45dB；入射声频率每增加一倍，隔声增加35dB。2、一般规律劲度、质量、阻尼（1）低频率范围内，劲度控制，隔声随f而降低；（2）频率增大，质量、劲度起作用，板共振，隔声量极小值大小主要取决于阻尼；,.,51,第五节隔声材料,当f增，质量七重要作用，质量增加，隔声量增加；当f增，隔声量增；当f继续增加，隔声量出现低谷，吻合效应。3、吻合效应实际单层匀质、密实墙有一定刚度的弹性板，当被声波激发后，向受破振动外，还有沿板方向的受迫弯曲振动，在某特定f上，受迫弯曲振动和板固有的自由弯曲振动吻合，板就顺从地跟随入射声弯曲，造成声能大量透射到另一侧去形成隔声量低谷。轻、薄、柔的墙fc高，吻合效应弱；厚、重、刚的墙fc低，吻合效应强。,.,52,第五节隔声材料,二、双层墙的空气声隔绝靠增加墙的厚度来提高隔声量不经济、增加结构的自重，也不合理，做成双层墙，中间留有空气，质量没变，隔声量提高。1、机理空气层可看成两层墙板间“弹簧”，弹性变形具有减震作用。2、空气间层的隔声效果与空气间层厚度有关厚度越大隔声量越大，当厚度增到10cm左右，隔声量不再增加。如两墙相同，隔声量下降，“吻合谷”；两墙厚度或材料不同，吻合谷错开，隔声量不太低。,.,53,第五节隔声材料,三、轻型墙的空气声隔绝1、提高隔声效果措施采用夹层结构，且层间充满轻质吸声材料；避免fc落在重要声频范围内；弹