建筑物理（第4版）课件：建筑材料及结构的吸声与隔声

建筑物理（第4版）

建筑材料及结构的吸声与隔声知识单元1吸声材料与吸声结构1.1概述1.2多孔吸声材料1.3共振吸声结构1.4其它吸声结构知识单元2构件隔声2.1隔声量的概念2.2单层匀质密实墙2.3双层匀质密实墙2.4轻质墙体2.5门窗隔声知识单元1吸声材料与吸声结构1.1概述序号吸声材料或结构方式吸声系数α125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz150mm厚超细玻璃棉,表观密度20kg/m3实贴0.200.650.800.920.800.85250mm厚超细玻璃棉，表观密度20kg/m3，离墙50mm0.280.800.850.950.820.84350mm厚醛泡沫塑料，表观密度14kg/m3，实贴0.110.300.520.860.910.964矿棉吸声板，厚12mm，离墙100mm0.540.510.380.410.510.6054mm厚穿孔FC板，穿孔率20%，后空100mm填50mm厚超细玻璃棉0.360.780.900.830.790.6464mm厚穿孔FC板，穿孔率4.5%，后空100mm填50mm厚超细玻璃棉0.500.370.340.250.140.07表5-1常用吸声材料与吸声结构的吸声特性知识单元1吸声材料与吸声结构1.1概述序号吸声材料或结构方式吸声系数α125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz89.5mm厚穿孔石膏板，穿孔率8%，板后贴桑皮纸，后空50mm0.170.480.920.750.310.1399.5mm厚穿孔石膏板，穿孔率8%，板后贴桑皮纸，后空360mm0.580.910.750.640.520.4610三夹板，后空50mm，龙骨间距450mm×450mm0.210.730.210.190.080.1211三夹板，后空100mm，龙骨间距450mm×450mm0.600.380.180.050.050.0812五夹板，后空50mm，龙骨间距450mm×450mm0.090.520.170.060.100.1213五夹板，后空100mm，龙骨间距450mm×450mm0.410.300.140.050.100.16表5-1常用吸声材料与吸声结构的吸声特性（续）知识单元1吸声材料与吸声结构1.1概述序号吸声材料或结构方式吸声系数α125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz1412.5mm厚石膏板，后空400mm0.290.100.050.040.070.09154mm厚FC板，后空100mm0.250.100.050.050.060.07163mm厚玻璃窗，分格125mm×350mm0.350.250.180.120.070.0417坚实表面，如水泥地面、大理石面、砖墙水泥砂浆抹灰等0.020.020.020.030.030.0418木搁棚地板0.150.100.100.070.060.071910mm厚毛地毯实铺0.100.100.200.250.300.3520纺织品丝绒0.31kg/m2，直接挂墙上0.030.040.110.170.240.3521木门0.160.150.100.100.100.1022舞台口0.300.350.400.450.500.50表5-1常用吸声材料与吸声结构的吸声特性（续）知识单元1吸声材料与吸声结构1.1概述序号吸声材料或结构方式吸声系数α125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz23通风口（送、回风口）0.800.800.800.800.800.8024人造革沙发椅（剧场用）每个坐椅吸声量0.100.150.240.320.280.2925观众坐在人造革沙发椅上，人椅单个吸声量0.190.230.320.350.440.4226观众坐在织物面沙发椅上，单个吸声量0.150.160.300.430.500.48表5-1常用吸声材料与吸声结构的吸声特性（续）知识单元1吸声材料与吸声结构1.2多孔吸声材料（1）多孔吸声材料的吸声机理由于多孔吸声材料具有大量内外连通的微小间隙和气泡，声波能沿微孔进入材料内部，引起空隙中空气振动。由于空气的粘滞阻力、空气与孔壁和纤维间的磨擦及热传导作用，使一部分声能转化为热能而被吸收。只有那些孔洞外敞，孔与孔相互连通的多孔材料，声波才能进入材料内部，也才能起到吸声作用。（2）多孔吸声材料的吸声特性及其影响因素多孔吸声材料对中高频声音的吸声系数大，而对低频声音的吸声系数小。影响多孔吸声材料吸声特性的主要因素有如下几个方面。1）材料的表观密度γ和空气的流阻2）材料背后有无空气层3）材料的厚度知识单元1吸声材料与吸声结构1.2多孔吸声材料知识单元1吸声材料与吸声结构1.2多孔吸声材料4）饰面5）材料吸湿知识单元1吸声材料与吸声结构1.3共振吸声结构根据上述吸声机理，穿孔板吸声结构在共振频率处吸声系数最大，离共振频率越远，吸声系数越小。一般穿孔板共振频率在低频范围，在工程中，穿孔板常被用来吸收某个低频段的声音。穿孔板的共振频率f0可通过下式进行计算：（1）穿孔板吸声结构穿孔板是室内音质设计和噪声控制中常用的材料。在石棉水泥板、石膏板、硬质纤维板及金属板上钻孔或冲孔即为穿孔板，穿孔板后再设置空气层，便构成空腔共振吸声结构。穿孔板吸声结构的吸声原理可通过亥姆霍兹共振器来说明。图5-4a为亥姆霍兹共振器，当声波入射的频率和共振器的固有频率相同时，会引起共振，振动中因克服摩擦阻力而将声能转变为热能，起到吸声的作用。从图5-4b可以看出，穿孔板上每个孔与其对应的空气层均可看成是一个亥姆霍兹共振器。知识单元1吸声材料与吸声结构1.3共振吸声结构式中

Ｃ——声速，取Ｃ＝34000cm/s；t——穿孔板厚度，单位为cm；d——孔径，单位为cm；0.8d——开口末端修正量，单位cm；P——穿孔率，即穿孔面积与总面积之比，当圆孔按正方形排列时,其中D为孔距（单位为cm）；L——背后空气层厚度，单位为cm。知识单元1吸声材料与吸声结构1.3共振吸声结构穿孔板吸声结构如不做其他处理，最大吸声系数约在0.3～0.5之间。穿孔板后填充多孔吸声材料的吸声特性如图5-5所示。当穿孔板吸声结构背后空气层厚度很大时（如吊顶距屋顶大于50cm），往往具有两个共振频率，并具有相当宽的吸声频率范围。当穿孔板孔径小于1mm时称为微穿孔板，声音通过微穿孔板时，空气在板孔中摩擦消耗能量，因而具有良好的吸声作用。当穿孔率在1%～3%之间时，吸声效果较好。知识单元1吸声材料与吸声结构1.3共振吸声结构（2）薄膜、薄板吸声结构薄膜吸声结构一般用于吸收中频声音，吸声频率通常在200～2000Hz，吸声系数约为0.3～0.4。薄膜吸声结构的空气层中如安装多孔材料，整个频率范围的吸声系数比没有多孔材料时普遍提高。薄板吸声结构更容易吸收低频声，其吸声系数约为0.2～0.5，吸声频率通常在共振频率附近，约在80～300Hz之间。影响薄板共振吸声结构吸声系数的主要因素是空气层厚度、薄板质量和是否在空气层中填充吸声材料。改变空气层厚度或板面质量会使共振频率发生变化。在空气层中填充多孔材料，可提高吸声系数。知识单元1吸声材料与吸声结构1.4其他吸声结构（1）空间吸声体同样重的吸声材料做成空间吸声体，其吸声量可达贴在墙上的十倍。知识单元1吸声材料与吸声结构1.4其他吸声结构（2）强吸声结构吸声尖劈的构造见图5-8。尖劈的吸声系数需在0.99以上，在中高频范围，此要求很容易达到，低频则较困难，达到此要求的最低频率称为截止频率，通常用fc表示。（3）帘幕（4）洞口房间洞口开向室外时，吸声系数为１。如洞口开向另外一个空间，其吸声系数通常小于１。洞口对室内声学问题（如混响时间）影响很大。（5）人和家具（6）空气知识单元2构件隔声2.1隔声量的概念前面已经介绍过透射系数τ，它能表示围护结构透射空气声的多少。而工程上用隔声量R0表示围护结构隔绝空气声的能力。它与透射系数τ的关系如下：隔声量与透射系数的概念正好相反，透射系数τ越小，隔声量R0越大，如某墙的透射系数τ=0.0001，则隔声量R0=40dB。隔声量R0越大，构件的隔声能力越好。2.2单层匀质密实墙（1）质量定律对单层匀质密实墙隔声量有如下关系（质量定律）：知识单元2构件隔声2.2单层匀质密实墙其中

R0——墙体隔声量，单位为dB；m——墙体单位面积质量（即面积密度），单位为kg/m2；f——入射声的频率，单位为Hz。例如，墙板的质量增加一倍，墙板对某一频率声音的隔声量提高（20lg2）dB，约为6dB。图5-9表示了几种材料的隔声量，图5-10给出了常用构件的平均隔声量。（2）吻合效应当声波斜向入射时，在一定的频率范围内使墙体发生弯曲共振，使隔声量明显下降，低于按质量定律计算的结果，这就是所谓的“吻合效应”。图5-9中曲线下降部分就是由于吻合效应造成的。知识单元2构件隔声2.2单层匀质密实墙知识单元2构件隔声2.2单层匀质密实墙使墙体发生弯曲共振的最低频率称吻合临界频率。吻合临界频率处的隔声量低谷称为“吻合谷”。如5mm厚玻璃的吻合临界频率为3000Hz，240mm厚普通砖墙的吻合临界频率在70Hz～120Hz之间。如吻合临界频率处于音频范围，会影响墙体的隔声效果。通常的解决办法是：采用硬而厚的墙体来降低临界频率，或用软而薄的墙体来提高临界频率。2.3双层匀质密实墙双层墙中的空气层不可太薄，通常采用的空气层厚度至少5cm，空气层也不宜太厚，为得到最大的附加隔声量，对中频而言，最佳厚度可以选为8～12cm。双层墙的隔声量会因发生共振而下降，双层墙与空气间层共同组成一个振动系统，其固有频率f0由下式得出：知识单元2构件隔声2.3双层匀质密实墙式中

m1，m2——每层墙的单位面积质量，单位为kg/m2；l——空气间层厚度，单位为cm。当入射波频率与f0相同时，将发生共振，声能透射显著加大。只有当

时，双层墙的隔声量才明显提高。一般设计时应使

，才能保证对100Hz以上的声音有足够的隔声量。双层墙空气间层中固体的刚性连接称为声桥。声音通过它可以很容易的传到另一侧，因此大大降低了双层墙的隔声性能。双层墙施工中应尽量避免出现声桥。知识单元2构件隔声2.4轻质墙体根据质量定律，轻质墙体的隔声量很小，无法满足隔声要求，这一直是推广轻质墙体的一大障碍。提高轻质墙隔声量的主要措施有：（1）多层复合（2）薄板叠合（3）弹性连接、双墙分立，避免声桥传声表5-2给出了各种纸面石膏板隔墙的隔声量。序号构造简述空腔厚度(mm)面密度(kg/m2)不同频率下的隔声量(dB)125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz1两侧各一层12mm厚板，木龙骨8025272935434238表5-2各种纸面石膏板隔墙的隔声量知识单元2构件隔声2.4轻质墙体序号构造简述空腔厚度(mm)面密度(kg/m2)不同频率下的隔声量(dB)125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz2两侧各一层12mm厚板，木龙骨140252538435458463两侧均为12mm厚板加9mm厚板，木龙骨80403434414856454两侧各一层12mm厚板，轻钢龙骨75211632394445375两侧各两层12mm厚板，轻钢龙骨7542284247526049表5-2各种纸面石膏板隔墙的隔声量（续表）知识单元2构件隔声2.4轻质墙体序号构造简述空腔厚度(mm)面密度(kg/m2)不同频率下的隔声量(dB)125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz6两侧各一层12mm厚板，轻钢龙骨，空腔填30mm厚超细玻璃棉75222844495460477两侧各两层12mm厚板，轻钢龙骨，空腔填40mm厚岩棉75444051586354528一侧一层12mm厚板，另一侧两层12mm厚板，分立轻钢龙骨95332939465054449同上，空腔填30mm厚超细玻璃棉9534334554576054表5-2各种纸面石膏板隔墙的隔声量（续表）知识单元2构件隔声2.5门窗隔声不做隔声处理的门窗，平均隔声量一般在20dB以下，表5-3为门扇空腔内填充玻