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吸聲、隔聲材料和結(jié)構(gòu)淺說

2021-10-09 10:51:01·  來源:愛影音微信  
 
在很多情況下,室內(nèi)裝修有一定的聲學(xué)要求。不僅是各類劇院、體育場(chǎng)館和歌舞廳以及與聲學(xué)有關(guān)的錄音室、演播室等專業(yè)用房本身有一定的聲學(xué)技術(shù)指標(biāo),凡是公共場(chǎng)所
在很多情況下,室內(nèi)裝修有一定的聲學(xué)要求。不僅是各類劇院、體育場(chǎng)館和歌舞廳以及與聲學(xué)有關(guān)的錄音室、演播室等專業(yè)用房本身有一定的聲學(xué)技術(shù)指標(biāo),凡是公共場(chǎng)所一般都需要傳播語言或音樂,即使是家庭用房現(xiàn)在也需要有良好的音樂欣賞環(huán)境。所以,室內(nèi)裝修工程必須重視聲學(xué)要求,如果忽視這一點(diǎn),極有可能造成不良后果。

1、吸聲與隔聲的基本概念
首先要明確吸聲與隔聲是完全不同的兩個(gè)聲學(xué)概念。吸聲是指聲波傳播到某一邊界面時(shí),一部分聲能被邊界面反射(或散射),一部分聲能被邊界面吸收(這里不考慮在媒質(zhì)中傳播時(shí)被媒質(zhì)的吸收),這包括聲波在邊界材料內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉或是轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能沿邊界構(gòu)造傳遞轉(zhuǎn)移,或是直接透射到邊界另一面空間。對(duì)于入射聲波來說,除了反射到原來空間的反射(散射)聲能外,其余能量都被看作被邊界面吸收。在一定面積上被吸收的聲能與入射聲能之比,稱為該邊界面的吸聲系數(shù)。例如室內(nèi)聲波從開著的窗戶傳到室外,則開窗面積可近似地認(rèn)為百分之百地 “ 吸收”了室內(nèi)傳來的聲波,吸聲系數(shù)為1。當(dāng)然,我們所要考慮的吸聲材料,主要不是靠開口面積的吸聲,而要靠材料本身的聲學(xué)特性來吸收聲波。
對(duì)于兩個(gè)空間中間的界面隔層來說,當(dāng)聲波從一室入射到界面上時(shí),聲波激發(fā)隔層的振動(dòng),以振動(dòng)向另一面空間輻射聲波,此為透射聲波。通過一定面積的透射聲波能量與入射聲波能量之比,稱透射系數(shù)。對(duì)于開啟的窗戶,透射系數(shù)可近似為1(吸聲系數(shù)也為1),其隔聲效果為0,即隔聲量為0db。對(duì)于又重又厚的磚墻或厚鋼板,單位面積質(zhì)量大,聲波入射時(shí)只能激發(fā)起此隔層的微小振動(dòng),使對(duì)另一空間輻射的聲波能量(透射聲能)很小,所以隔聲量大,隔聲效果好。但對(duì)于原來空間而言,絕大部分能量被反射,所以吸聲系數(shù)很小。
對(duì)于單一材料(不是專門設(shè)計(jì)的復(fù)合材料)來說,吸聲能力與隔聲效果往往是不能兼顧的。如上述磚墻或鋼板可以作為好的隔聲材料,但吸聲效果極差;反過來,如果拿吸聲性能好的材料(如玻璃棉)做隔聲材料,即使聲波透過該材料時(shí)聲能被吸收99%(這是很難達(dá)到的),只有1%的聲能傳播到另一空間,則此材料的隔聲量也只有20db,并非好的隔聲材料。有人把吸聲材料誤稱為 “ 隔音材料 ” 是不對(duì)的。如果有人介紹某種單一材料吸聲好隔聲也好,那他不是不懂就是在騙人了。

2、吸聲材料
吸聲材料是指吸聲系數(shù)比較大的建筑裝修材料。如果材料內(nèi)部有很多互相連通的細(xì)微空隙,由空隙形成的空氣通道,可模擬為由固體框架間形成許多細(xì)管或毛細(xì)管組成的管道構(gòu)造。當(dāng)聲波傳入時(shí),因細(xì)管中靠近管壁與管中間的聲波振動(dòng)速度不同,由媒質(zhì)間速度差引起的內(nèi)摩擦,使聲波振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。好的吸聲材料多為纖維性材料,稱多孔性吸聲材料,如玻璃棉、巖棉、礦碴棉、棉麻和人造纖維棉、特制的金屬纖維棉等等,也包括空隙連通的泡沫塑料之類。吸聲性能與材料的纖維空隙結(jié)構(gòu)有關(guān),如纖維的粗細(xì)(微米至幾十微米間為好)和材料密度(決定纖維之間 “ 毛細(xì)管 ” 的等效直徑)、材料內(nèi)空氣容積與材料體積之比(稱空隙率,玻璃棉的空隙率在90%以上)、材料內(nèi)空隙的形狀結(jié)構(gòu)等。從使用的角度,可以不管吸聲的機(jī)理,只要查閱材料吸聲系數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果即可。當(dāng)然,在選用時(shí)還要注意材料的防潮、防火以及可裝飾性等其他要求。
多孔性吸聲材料有一個(gè)基本吸聲特性,即低頻吸聲差,高頻吸聲好。當(dāng)材料厚度增加時(shí),可以改善低頻的吸聲特性,低頻吸聲系數(shù)的頻率特性向低頻移一個(gè)倍頻程。但并非可以一直增加厚度來提高低頻吸聲系數(shù)的,因?yàn)槁暡ㄔ诓牧系目障吨袀鞑r(shí)有阻尼,使增加厚度來改善低頻吸聲受到限制。不同材料有不同的有效厚度,像玻璃棉一類好的吸聲材料,一般用125px左右的厚度,很少用到250px以上;而像纖維板一類較微密的材料,其材料纖維間空隙非常小,聲波傳播的阻尼非常大,不僅吸聲系數(shù)小,而且有效厚度也非常小。
一般平板狀吸聲材料的低頻吸聲性能差是普遍規(guī)律。一種改進(jìn)的方法是將整塊的吸聲材料切割成尖劈形狀,當(dāng)聲波傳播到尖劈狀材料時(shí),從尖部到基部,空氣與材料的比例逐漸變化,也即聲阻抗逐漸變化,聲波傳播就超出平板狀材料有效厚度的限制,達(dá)到材料的基部,從而可改善低頻吸聲性能。例如,要使100Hz以上頻率都有很高的吸聲系數(shù),吸聲尖劈的長(zhǎng)度約為2175px左右。當(dāng)然這樣的吸聲結(jié)構(gòu)一般不宜用于室內(nèi)裝修,主要用于聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室或特殊的噪聲控制工程。

3、共振吸聲結(jié)構(gòu)
根據(jù)不同的共振吸聲機(jī)理,設(shè)計(jì)各種類型的共振吸聲結(jié)構(gòu),使吸收峰值選擇在所需頻率位置,滿足不同頻率吸聲量的要求,特別是解決低頻吸聲量不足的問題。主要包括:
薄層多孔性吸聲材料的共振吸聲結(jié)構(gòu):即單個(gè)共振器。包括各種透氣的織物,如棉、麻、絲、絨、人造纖維等。
薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu):包括皮革、人造革、塑料薄膜等材料,具有不透氣、柔軟、受張拉時(shí)有彈性等特性,一般把它作為中頻范圍的吸聲材料。



汽車側(cè)門使用的薄膜共振吸聲結(jié)構(gòu)
  • 薄板共振吸聲結(jié)構(gòu):薄板是兩維的振動(dòng)系統(tǒng),其振頻率除了與板的物理常數(shù)和幾何尺寸有關(guān)外,還和邊緣固定狀況有關(guān),如釘子釘多少,釘緊的程度,是否用膠固定等。當(dāng)用薄板作表面裝飾處理時(shí),為避免共振頻率過多的一致,應(yīng)注意將固定薄板的木筋之間給予不同的間距尺寸,使共振頻率分散。對(duì)于不希望有薄板共振吸聲作用的聲學(xué)空間,表面處理就采用貼實(shí)的厚板。


薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)示意圖
  • 穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu):可補(bǔ)足低頻所需的吸聲量。要增加共振結(jié)構(gòu)的阻尼,需要在穿孔附近增加吸聲材料。吸聲材料在穿孔板后面時(shí),只起到共振吸聲的阻尼作用;若放在穿孔板前面,則同時(shí)兼有多孔性吸聲材料的吸聲功能。穿孔率P 大于0.2時(shí),一般不是共振吸聲結(jié)構(gòu),僅作為多孔性吸聲材料的“護(hù)面板”。


穿孔槽木吸音板 
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