第三讲 吸声材料与吸声结构,吸声材料和吸声结构，广泛地应用于音质设计和噪声控制中。 吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩棉等纤维或多孔材料。 吸声结构：材料本身可以不具有吸声特性，但材料制成某种结构而产生吸声。如穿孔石膏板吊顶。 在建筑声环境的设计中，需要综合考虑材料的使用，包括吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加工等多方面。,3.1 吸声系数与吸声量,吸声系数定义：=(E总-E反）/ E总，即声波接触吸声介面后失去能量占总能量的比例。吸声系数永远小于1。 同一吸声材料，声音频率不同时，吸声系数不同。一般常用100Hz-5000Hz的18个1/3倍频带的吸声系数表示。 有时使用平均吸声系数或降噪系数粗略衡量材料的吸声能力。 平均吸声系数：100Hz-5000Hz的1/3倍频带吸声系数的平均值 降噪系数（NRC)：250Hz/500Hz/1000Hz/2000Hz吸声系数的平均值 （尾数四舍五入整理成.05或0.0） 一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等于0.4的材料被认为是较好的吸声材料。 吸声量：对于平面物体A= S, 单位是平米（或塞宾） 对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量A。,混响室法材料吸声系数测量,其中：V 混响室体积 S 材料表面积 n 吸声体个数 T1 空室混响室混响时间 T2放入材料后混响时间,吸声体,坐人,空椅,吸声体,驻波管法材料吸声系数测量,试件直径10cm，测试结果为垂直入射吸声系数0 ，主要用于研究。,测量声源扬声器位于测试表面垂直1.25m，指向吸声材料。扬声器与地面之间放置一传声器，距地面0.25m高。测试得到扬声器和传声器之间的脉冲响应函数,计算分析反射声与直达声的比例关系得到反射系数。,反射系数（吸声系数）测量的现场法,材料吸声系数实验报告。 标准:GBJ75-84 1、报告中必须指明材料规格型号及安装方法。报告中可以读出平均吸声系数和降噪系数。 2、有时吸声系数会大于等于1，主要是由于实验室或安装时边缘效应造成。 3、 T 和 0 的值有一定差别， T是无规入射时的吸声系数，是正入射时的吸声系数。 0工程上主要使用T,3.2 多孔吸声材料,常见的多孔吸声材料有，玻璃棉、岩棉、泡沫塑料、毛毡等。 多孔吸声材料具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。 当声波入射到多孔材料上，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、空气分子与孔隙壁的摩擦，使声能转化为摩擦热能而吸声。 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。 多孔吸声材料的吸声频率特性是：随频率增加吸声系数逐渐增大，中高频吸声能力比低频强。,错误认识一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良好的吸声性能。 错误认识二：内部存在大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能。,离心玻璃棉板,矿棉吸声板,3.2.1 厚度和密度对吸声性能的影响,多孔吸声材料对声音中高频有较好的吸声性能。影响多孔吸声材料吸声特性主要是材料的厚度、密度、孔隙率、结构因子和空气流阻等。,密度：每立方米材料的重量。,孔隙率：材料中孔隙体积和材料总体积之比。,结构因子：反映材料内部纤维或颗粒排列,空气流阻：单位厚度材料两边空气气压和空气流速之比。,空气 流阻是影响多孔吸声材料最重要的因素。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。因此，多孔材料存在最佳流阻。 测定空气流阻比较困难，但可以通过厚度和容重粗略估计和控制。对于玻璃棉，较理想的吸声容重是12-48 Kg/m3,特殊情况使用100Kg/m3或更高。,厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频变化不大（多孔吸声材料对高频总有较大的吸收）。 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，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。 不同容重的玻璃棉叠和，形成容重逐渐增大的形式，可以获得更大的吸声效果。,消声室及尖劈,3.2.2 安装后空腔的影响,多孔吸声材料的吸声性能与安装条件关系密切。当多孔吸声材料背后有空腔时，吸声性能与该空气层用同样的材料填满的效果类似。尤其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高。,3.2.3 饰面材料的影响,多孔吸声材料表面附加有透声饰面，如小于0.5mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻璃丝布等，基本可以保持原来材料的吸声特性。 使用穿孔面材时，穿孔率须大于20%，若材料的透气性差时，如塑料薄膜，高频吸声特性可能下降。,合理构造,不合理构造,3.3 空腔共振吸声结构,空腔共振吸声结构，原理为亥姆霍兹共振，如穿孔石膏板、穿孔铝板、木槽板、狭缝吸音砖等。 吸声特点为：在共振频率附近有较大吸收。,明代姚广孝的吸声降噪房,明永乐皇帝还是燕王的时候，为了日后起兵夺权，在后花园秘密建地下室“私铸兵器”，为防止声音外传泄密，其谋臣姚广孝采用在墙壁上埋入大量的开口向室内的瓮罐进行吸声降噪。,狭缝吸音砖内放入吸声材料可增大吸声效果 右图为美国某音乐教室。 下图为狭缝吸音砖放入玻璃棉的情况。,3.4 薄板共振吸声结构,较大面积的薄膜、薄板与结构之间存在空腔形成了薄板共振吸声结构，如玻璃、薄金属板、架空木地板、木墙裙等。 其吸声特点是，低频吸收比较强烈，中高频吸收少。,3.5 其他吸声,空间吸声体。声能撞击的表面多，吸声效率增大。 尖劈强吸声结构（声阻逐渐加大）。吸声系数可高达0.99以上。 空气吸收。由于空气的热传导与粘滞性，以及空气中水分子对氧分子振动状态的影响等造成。声音频率越大，空气吸收越强烈(一般大于2kHz将进行考虑)。相对湿度大时，吸收变小。 洞口。对外开敞的门、窗或，可以看作吸声系数为1的材料。在剧院中，舞台台口相当于一个偶合空间，台口后有天幕、侧幕、布景等吸声材料。其吸声系数一般为0.3-0.5。,3.6.1 室内音质的控制,吸声材料可以制成吊顶板、贴墙板、空间吸声体等，在建筑室内起到吸声作用，降低混响时间。 一般地，房间体积越大，混响时间越长，语言清晰度越差，为了保证语言清晰度，需要在室内做吸声，控制混响时间。如礼堂、教室、体育场，电影院。 对音乐用建筑，为了保证一定丰满度，可以使用吸声控制音质。 在厅堂建筑中，为了防止回声、声反馈、声聚焦等声学缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面及局部使用吸声。,3.6 吸声在建筑声学中的应用,观众厅后墙吸声,舞台吸声,录音室低频吸声,排练厅侧墙吸声,吸声应用,厅堂音质,体育场馆（RT=1.5-2.5s),体育场馆空间大，混响长，容易产生建筑声学问题，造成扩声系统效果降低，影响比赛扩声，对于兼做会议、演出使用时，效果更差。 主要需要进行吸声装修。,吸声应用,北京十一学校文体中心计算机模拟,混响时间指标模拟,调整顶棚吸声体,局部混响偏长,影院 (RT控制在0.6-0.8s),没有好的建筑声学条件，包括隔声、消声、减振和音质等，不会成为好的影院。现行的影院星级评定标准中，对声学环境有严格的要求。,墙和顶的吸声处理,吸声处理防止声聚焦,吸声应用,录音室、演播室(RT=0.3-0.6s),声学考虑包括体形、吸声、隔声、消声、减振、扩散等等。,三层隔声窗,扩散体,吸声,扩散体,吸声,风道消声,低频吸声,减振地面,吸声应用,琴房、排练厅(RT=0.3-0.6s),琴房、排练厅等需要隔声、吸声、扩散等声学处理,吸声应用,教室、机房、会议室、多功能厅等,吸声,吸声,吸声,吸声,必须要考虑吸声装修！尤其需要扩声的情况！,吸声应用,餐厅,中式餐厅人声鼎沸，鸡尾酒会效应严重，影响交流，影响情绪，甚至影响健康。 研究表明，餐厅内人声可达到85dB，良好的吸声处理可降低到55dB。,玻璃与实墙，无吸声！,硬制顶棚，无吸声！,石材地面，无吸声！,吸声应用,还有包括： 博物馆、展览馆、办公室、营业厅、接待室、拍卖厅、候车(机)室、审判厅、图书馆、画廊、健身中心、购物中心、酒店大堂、病房等等，都需要声学装修处理。,吸声应用,3.6.2 吸声降噪,在车间、厂房、大的开敞式空间（机场大厅、办公室、展厅等），由于混响声的原因，会使噪声比之同样声源在室外高10-15dB。，通过在室内布置吸声材料，可以使混响声被吸掉，降低室内噪声。 吸声降噪最多可以获得10-15dB的降噪量。降噪量=10lg(A0/A1),未加入吸声材料时室内吸声量越少，加入吸声材料后室内吸声量越多，降噪效果越好。,某工业厂房降噪方案分析,无吸声,顶部吸声,侧墙吸声,声反射分析,全吸声,局部吸声,开敞空间的私密性问题顶棚吸声的重要性,3.6.3 吸声应用,语言私密性,办公环境接待处及走廊,开放式办公室的私密性问题,无吸音天花(石膏板),带吸音天花,4 建筑因素,4.1 防火性,4 建筑因素,建筑内部装修的消防安全关系到使用者的生命安全，不容忽视。 国家相关的防火标准，均为强制性标准，必须认真执行。国家标准将建筑材料的防火性能划分为4个等级。 A级，不然性，在空气中受到火烧（高温）不起火、不燃烧、不炭化 B1级，难然性，当火源离开后，燃烧停止， B2级，可燃性，受到火烧（高温）起火，离开火源继续燃烧，如木材等。 B3级，易燃性，受到火烧（高温）立即起火并燃烧，如室内轻织物等。 建筑室内材料应用的防火基本原则是：吊顶顶棚采用A级材料，遇火不燃烧，结构不破坏，不会掉落伤人；墙面、地面采用B1级以上难燃型材料，防止室内火灾的蔓延；在规定条件允许的情况下可部分使用B2级材料，如隔断、家具、窗帘等；禁止使用B3级易燃材料。 建筑内部装修设计防火规范GB 50222-95中规定，装修材料的燃烧性能等级,应由专业检测机构检测确定。,4.2 耐久性,4 建筑因素,作为建筑材料，必须具有良好的耐久性。一般地，建筑主体耐久年限大多在50年以上，装修改造周期至少也要5-10年或更长，因此吸声材料的耐久性一般应达到15年以上。耐久性应考虑三个方面，材料自身耐久性、材料构造耐久性和装饰耐久性。 材料自身耐久性是指材料不会因时间的流逝而自然损毁。大多吸声材料，如矿棉吸声板、玻璃棉（岩棉）装饰吸声板、穿孔纸面石膏板、木丝吸声板等材料的自身耐久性是很好的。但是，一些金属穿孔板、木质穿孔板等，如果应用的场合不当，受到潮湿、酸碱腐蚀、害虫蚀刻等，也许在很短时间内就会损害。设计应用时应注意考虑材料的适应性。,4.3 无毒害性,4 建筑因素,近年来，随着新材料的不断引入，特别是化学合成建材也越来越多，人们越来与重视装修材料对健康的毒害性，即对室内空气质量的污染性。 有关研究机构发现，某些墙壁涂料、复合板粘接剂等会放出高浓度的甲醛（HCOH）和挥发性有机化合物（VOC）。有调查显示：甲醛、苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、重金属等有害物质在有些黏合剂、稀释剂、胶合板制造、各种纤维板、涂料和壁纸粘贴中常常被使用，甚至在建筑发泡保湿材料中使用。现代室内的化学污染大部分来源于建筑和装修材料所产生的甲醛及挥发性有机化合物（VOC）。 国家标准民用建筑工程室内环境污染控制规范GB503252001中规定，民用建筑工程室内装修中所采用的人造木板及饰面人造木板，必须有游离甲醛含量或游离甲醛释放量检测报告，并应符合设计要求和国家标准的规定。民用建筑工程室内装修中所采用的水性涂料、水性胶粘剂、水性处理剂必须有总挥发有机化合物（TVOC）和游离甲醛含量含量报告；游离甲苯二异氰酸酯（TDI）（聚氨酯类）含量检测报告，并应符合设计要求和国家标准的规定。,4.4 施工方便性,4 建筑因素,与普通装修材料不同，吸声材料的吸声特性与安装构造有密切的关系，施工环节与吸声效果直接相关。而且，建筑装修的用材面积大，水暖电等配合工种多。因此，从操作可行性来讲，施工方便性至关重要。复杂、烦琐的施工构造，会使施工可控性