吸声处理与室内降噪(一)

1、吸声处理与室内降噪 一 一、吸声 1.1 吸声系数与降噪系数 吸声是声波撞击到材料外表后能量损失的现象，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

2、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/m?的离心玻璃 棉的 nrc 可到达 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

3、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 任何外表都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大，吸

4、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，如离心玻璃棉、岩棉、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外表粗 糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、外表凸凹的石才 根本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量

5、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

6、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 离心玻璃棉 离心玻璃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。离心玻璃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。离心玻璃棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。离心玻璃

7、棉能 够吸声的原因不是由于外表粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微 小孔隙和孔洞。当声波入射到离心玻璃棉上时，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。离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性 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

8、来讲，吸声性 能存在最正确流阻。在实际工程中，测定空气流阻比拟困难，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，流阻大于最正确流阻，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，

9、 容重增大时， 离心玻璃棉的低频吸声 系数也将不断提高，当容重接近 110kg/m3 时吸声性能到达最大值， 50mm厚、频率125hz处接近。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。 建筑声学中常用的吸声 玻璃棉的厚度有 2.5cm、5cm、10cm,容重有16、24、32、48、80、96、112kg/m3。通常使用5cm厚，12-48kg/m3的离心玻璃棉。离心玻璃棉的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当玻璃棉板背 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

10、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 的玻璃棉板制成 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。 离心玻璃棉在建筑使用中,外表往往要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

11、璃丝布等,基 本可以保持原来的吸声特性。离心玻璃棉具有防火、保温、易于切割 等优良特性,是建筑吸声最常用的材料之一。但是由于离心玻璃棉表 面无装饰性,而且会有纤维洒落,因此必须制成各种吸声构件隐蔽使 用。最常使用也是造价最低廉的构造是穿孔纸面石膏板的吊顶或做成 内填离心玻璃棉的穿孔板墙面,穿孔率大于20%时,根本能够完全发挥出离心玻璃棉的吸声性能。为了防止玻璃棉纤维洒出,需要在穿孔 板背后附一层无纺布、桑皮纸等透声织物,或使用玻璃布、塑料薄膜 等包裹玻璃棉。与穿孔纸面石膏板类似的面板还有穿孔金属板如铝 板、穿孔木板、穿孔纤维水泥板、穿孔矿棉板等。 玻璃棉板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。一般常见将 80-120kg/m3 的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形 成既美观又方便安装的吸声墙板，常见尺寸为1.2mx 1.2m 1.2mX 0.6m0.6m x 0.6m厚度2.5cm或5cm。也有在110kg/m3的玻璃棉的外表上 直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。无论是玻璃棉吸声墙板还 是吸声吊顶板， 都需要使用高容重的玻璃棉， 并经过一定的强化处理， 以防止板材变形或过于松软。这一类的建筑材料既有良好的装饰性又 保存了离心玻璃棉良好的吸声特性，降噪系数 nrc 一般可以到达 0.85 以上。在体育馆、车间等大空间内，为了吸声降噪，常常使用以离心