第三章 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)：125Hz/250Hz/500Hz/1000Hz吸声系数的平均 值吸声量：对于平面物体A= S, 单位是平方米（或塞宾） 对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量由塞宾公式设混响室空室时的混响时间T1，放入吸声材料后的混响时间T2。（混响室体积和内表面积分别为V0、S0）并且由上式推导得到：材料吸声系数 =0.161V(1/T2-1/ T1)/S 吸声量或吸声系数的测量吸声量或吸声系数的测量1、混响室法混响室法可以测量吸声材料的吸声系数，也可以测量吸声结构的吸声量吸声系数=0.161V(1/T2-1/ T1)/S 单个结构的吸声量A= 0.161V(1/ T2 -1/ T1)/n 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防入材料后混响时间2、驻波管法测量材料吸声系数：利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压Pmax和极小声压Pmin推导出0 0=Pmin/Pmax3、 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 材料吸声系数实验报告。标准:GBJ75-84 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。 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3.2 多孔材料的吸声机理多孔吸声材料，如玻璃棉、岩棉、泡沫塑料、毛毡等具有良好的吸声性能，不是因为表面粗糙，而是因为多孔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。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。3.3 影响多孔吸声材料吸声系数的因素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：反映多孔材料内部纤维或颗粒排列的情况，是衡量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。空气流阻：单位厚度时，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。 在实际工程中，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12-48Kg/m3,特殊情况使用100Kg/m3或更高）。 1、随着厚度增加，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）。 2、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。3、多孔吸声材料的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当多孔吸声材料背后有空腔时，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，吸声系数将随空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了。4、使用不同容重的玻璃棉叠和在一起，形成容重逐渐增大的形式，可以获得更大的吸声效果。5、多孔吸声材料表面附加有一定透声作用的饰面，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。3.4 玻璃棉吸声系数的比较3.5 其它吸声结构1、空腔共振吸收，如穿孔石膏板、狭缝吸音砖等。共振吸声效果和吸声腔内加入吸声材料（玻璃棉）后的吸声效果狭缝吸音砖内放如入吸声材料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。2、薄膜、薄板共振吸声结构如玻璃、薄金属板、架空木地板、空木墙裙等。薄膜吸声薄板吸声3、空间吸声体。4、尖劈强吸声结构（声阻逐渐加大）。5、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)。6、洞口。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0.3-0.53.6 吸声在建筑声学中的应用举例 3.6.1 室内音质的控制 玻璃棉产品可以制成吊顶板、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，混响时间要比长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。 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。3.6.2 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。大面积使用尖劈进行吸声降噪。