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吸聲、隔聲材料和共振吸聲結構

嘉峪檢測網        2020-04-15 11:02

在很多情況下,室內裝修有一定的聲學要求。不僅是各類劇院、體育場館和歌舞廳以及與聲學有關的錄音室、演播室等專業用房本身有一定的聲學技術指標,凡是公共場所一般都需要傳播語言或音樂,即使是家庭用房現在也需要有良好的音樂欣賞環境。所以,室內裝修工程必須重視聲學要求,如果忽視這一點,極有可能造成不良后果。

 

1、吸聲隔聲的基本概念

 

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(這里不考慮在媒質中傳播時被媒質的吸收),這包括聲波在邊界材料內轉化為熱能被消耗掉或是轉化為振動能沿邊界構造傳遞轉移,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。例如室內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”了室內傳來的聲波,吸聲系數為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。對于開啟的窗戶,透射系數可近似為1(吸聲系數也為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,單位面積質量大,聲波入射時只能激發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,所以吸聲系數很小。

 

對于單一材料(不是專門設計的復合材料)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比較大的建筑裝修材料。如果材料內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,由媒質間速度差引起的內摩擦,使聲波振動能量轉化為熱能而被吸收。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構有關,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)、材料內空隙的形狀結構等。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的實驗結果即可。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,吸聲尖劈的長度約為2175px左右。當然這樣的吸聲結構一般不宜用于室內裝修,主要用于聲學實驗室或特殊的噪聲控制工程。

 

3、共振吸聲結構

 

根據不同的共振吸聲機理,設計各種類型的共振吸聲結構,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構: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。

•薄膜共振吸聲結構: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。

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吸聲、隔聲材料和共振吸聲結構

汽車側門使用的薄膜共振吸聲結構

 

•薄板共振吸聲結構:薄板是兩維的振動系統,其振頻率除了與板的物理常數和幾何尺寸有關外,還和邊緣固定狀況有關,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空間,表面處理就采用貼實的厚板。

 

吸聲、隔聲材料和共振吸聲結構

薄板共振吸聲結構示意圖

 

•穿孔板共振吸聲結構:可補足低頻所需的吸聲量。要增加共振結構的阻尼,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構,僅作為多孔性吸聲材料的“護面板”。

吸聲、隔聲材料和共振吸聲結構

穿孔槽木吸音板

 

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來源:Internet

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