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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，凡是公共場所
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，凡是公共場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，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聲學(xué)概念。吸聲是指聲波傳播到某一邊界面時，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。
對于兩個空間中間的界面隔層來說，當聲波從一室入射到界面上時，聲波激發(fā)隔層的振動，以振動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，聲波入射時只能激發(fā)起此隔層的微小振動，使對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。
對于單一材料（不是專門設(shè)計的復(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聲能被吸收99％（這是很難達到的），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管或毛細管組成的管道構(gòu)造。當聲波傳入時，因細管中靠近管壁與管中間的聲波振動速度不同，由媒質(zhì)間速度差引起的內(nèi)摩擦，使聲波振動能量轉(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（微米至幾十微米間為好）和材料密度（決定纖維之間 “ 毛細管 ” 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，可以不管吸聲的機理，只要查閱材料吸聲系數(shù)的實驗結(jié)果即可。當然，在選用時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基本吸聲特性，即低頻吸聲差，高頻吸聲好。當材料厚度增加時，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，因為聲波在材料的空隙中傳播時有阻尼，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。一種改進的方法是將整塊的吸聲材料切割成尖劈形狀，當聲波傳播到尖劈狀材料時，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)，吸聲尖劈的長度約為2175px左右。當然這樣的吸聲結(jié)構(gòu)一般不宜用于室內(nèi)裝修，主要用于聲學(xué)實驗室或特殊的噪聲控制工程。

3、共振吸聲結(jié)構(gòu)
根據(jù)不同的共振吸聲機理，設(shè)計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。當用薄板作表面裝飾處理時，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，只起到共振吸聲的阻尼作用；若放在穿孔板前面，則同時兼有多孔性吸聲材料的吸聲功能。穿孔率P 大于0.2時，一般不是共振吸聲結(jié)構(gòu)，僅作為多孔性吸聲材料的“護面板”。


穿孔槽木吸音板 
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