三、多孔吸聲材料吸聲機理及相關(guān)參數(shù)

1、第三章 吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu),,吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)，廣泛地應用于音質(zhì)設計和噪聲控制中。吸聲材料：材料本身具有吸聲特性。如玻璃棉、巖 棉等纖維或多孔材料。吸聲結(jié)構(gòu)：材料本身可以不具有吸聲特性，但材料制成某種結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生吸聲。如穿孔石膏板吊頂。在建筑聲環(huán)境的設計中，需要綜合考慮材料的使用，包括吸聲性能以及裝飾性、強度、防火、吸濕、加工等多方面。,3.1 吸聲系數(shù)與吸聲量,吸聲系數(shù)定義：?=(E總-E反）/ E總，即聲波接觸

2、吸聲介面后失去能量占總能量的比例。吸聲系數(shù)小于1。同一吸聲材料，聲音頻率不同時，吸聲系數(shù)不同。一般常用100Hz-5000Hz的18個1/3倍頻帶的吸聲系數(shù)表示。有時使用平均吸聲系數(shù)或降噪系數(shù)粗略衡量材料的吸聲能力。平均吸聲系數(shù)：100Hz-5000Hz的1/3倍頻帶吸聲系數(shù)的平均值降噪系數(shù)（NRC)：125Hz/250Hz/500Hz/1000Hz吸聲系數(shù)的平均

3、 值吸聲量：對于平面物體A= ?S, 單位是平米（或塞賓） 對于單個物體，表面積難于確定，直接用吸聲量,,由塞賓公式,設混響室空室時的混響時間T1，放入吸聲材料后的混響時間T2。（混響室體積和內(nèi)表面積分別為V0、S0）,并且,由上式推導得到：材料吸聲系數(shù) ?=0.161V(1/T2-1/ T1)/S,吸聲量或吸聲系數(shù)的測量1、混響室法,混響室法可以測量吸聲材料的吸聲系數(shù)，也可以測量吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲量吸

4、聲系數(shù)?=0.161V(1/T2-1/ T1)/S 單個結(jié)構(gòu)的吸聲量A= 0.161V(1/ T2 -1/ T1)/n 其中：V 混響室體積 S 材料表面積 n 吸聲體個數(shù) T1 空室混響室混響時間 T2防入材料后混響時間,2、駐波管法測量材料吸聲系數(shù)：利用在管中平面波入射波和反射波形成極大聲壓Pmax和極小聲

5、壓Pmin推導出?0 ?0=Pmin/Pmax3、 ?T 和? 0 的值有一定差別， ?T是無規(guī)入射時的吸聲系數(shù)，是正入射時的吸聲系數(shù)。 ? 0工程上主要使用?T,材料吸聲系數(shù)實驗報告。標準:GBJ75-84 報告中必須指明材料規(guī)格型號及安裝方法。報告中可以讀出平均吸聲系數(shù)和降噪系數(shù)。 有時吸聲系數(shù)會大于等于1，主要是由于實驗室或安裝時邊緣效應造成,3.2 多孔材料的吸聲機

6、理,多孔吸聲材料，如玻璃棉、巖棉、泡沫塑料、毛氈等具有良好的吸聲性能，不是因為表面粗糙，而是因為多孔材料具有大量的內(nèi)外連通的微小孔隙和孔洞。當聲波入射到多孔材料上，聲波能順著孔隙進入材料內(nèi)部，引起空隙中空氣分子的振動。由于空氣的粘滯阻力、空氣分子與孔隙壁的摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能而吸聲。多孔材料吸聲的必要條件是 ： 材料有大量空隙， 空隙之間互相連通， 孔隙深

7、入材料內(nèi)部。,錯誤認識一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良好的吸聲性能。錯誤認識二：內(nèi)部存在大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、閉孔聚氨脂等，具有良好的吸聲性能。,3.3 影響多孔吸聲材料吸聲系數(shù)的因素,多孔吸聲材料對聲音中高頻有較好的吸聲性能。影響多孔吸聲材料吸聲特性主要是材料的厚度、密度、孔隙率、結(jié)構(gòu)因子和空氣流阻等。密度：每立方米材料的重量?？紫堵剩翰牧现锌紫扼w積和材料總體積之比。結(jié)構(gòu)因子：反映多孔材料內(nèi)部纖維或顆粒排列的

8、情況，是衡量材料微孔或狹縫分布情況的物理量。空氣流阻：單位厚度時，材料兩邊空氣氣壓和空氣流速之比。,空氣 流阻是影響多孔吸聲材料最重要的因素。流阻太小，說明材料稀疏，空氣振動容易穿過，吸聲性能下降；流阻太大，說明材料密實，空氣振動難于傳入，吸聲性能亦下降。因此，多孔材料存在最佳流阻。 在實際工程中，測定空氣流阻比較困難，但可以通過厚度和容重粗略估計和控制（對于玻璃棉，較理想的吸聲容重是12-48Kg/m3,特殊情況使用

9、100Kg/m3或更高）。 1、隨著厚度增加，中低頻吸聲系數(shù)顯著地增加，但高頻變化不大（多孔吸聲材料對高頻總有較大的吸收）。 2、厚度不變，容重增加，中低頻吸聲系數(shù)亦增加；但當容重增加到一定程度時，材料變得密實，流阻大于最佳流阻，吸聲系數(shù)反而下降。,3、多孔吸聲材料的吸聲性能還與安裝條件有著密切的關(guān)系。當多孔吸聲材料背后有空腔時，與該空氣層用同樣的材料填滿的效果類似。尤其是中低頻吸聲性能比材料實貼在硬底面上會

10、有較大提高，吸聲系數(shù)將隨空氣層的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明顯了。,4、使用不同容重的玻璃棉疊和在一起，形成容重逐漸增大的形式，可以獲得更大的吸聲效果。5、多孔吸聲材料表面附加有一定透聲作用的飾面，如小于0.5mm的塑料薄膜、金屬網(wǎng)、窗紗、防火布、玻璃絲布等，基本可以保持原來材料的吸聲特性。使用穿孔面材時，穿孔率須大于20%，若材料的透氣性差時，如塑料薄膜，高頻吸聲特性可能下降。,3.4 玻璃棉吸聲系數(shù)的比較,3.5 其

11、它吸聲結(jié)構(gòu),1、空腔共振吸收，如穿孔石膏板、狹縫吸音磚等。,例題,某穿孔板厚度4mm，孔徑8mm，孔距20mm，穿孔按照正方形排列，板后空氣層厚10cm，求共振頻率。,共振吸聲效果和吸聲腔內(nèi)加入吸聲材料（玻璃棉）后的吸聲效果,狹縫吸音磚內(nèi)放如入吸聲材料增大吸聲效果右圖為美國某音樂教室。下圖為狹縫吸音磚放入玻璃棉的情況。,2、薄膜、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)如玻璃、薄金屬板、架空木地板、空木墻裙等。,薄膜吸聲,薄板吸聲,3、空間吸聲體。4、

12、尖劈—強吸聲結(jié)構(gòu)（聲阻逐漸加大）。,5、空氣吸收。由于空氣的熱傳導與粘滯性，以及空氣中水分子對氧分子振動狀態(tài)的影響等造成。聲音頻率越大，空氣吸收越強烈(一般大于2KHz將進行考慮)。6、洞口。在劇院中，舞臺臺口相當于一個偶合空間，臺口后有天幕、側(cè)幕、布景等吸聲材料。其吸聲系數(shù)一般為0.3-0.5,3.6 吸聲在建筑聲學中的應用舉例 3.6.1 室內(nèi)音質(zhì)的控制,玻璃棉產(chǎn)品可以制成吊頂板、貼墻板、空間吸聲體等，在建筑室內(nèi)起到吸聲作

13、用，降低混響時間。 一般地，房間體積越大，混響時間越長，語言清晰度越差，為了保證語言清晰度，需要在室內(nèi)做吸聲，控制混響時間。如禮堂、教室、體育場，電影院。 對音樂用建筑，為了保證一定豐滿度，混響時間要比長一些，但也不能過長，可以使用吸聲控制。 在廳堂建筑中，為了防止回聲、聲反饋、聲聚焦等聲學缺陷，常在后墻面、二層眺臺欄桿面、側(cè)墻面及局部使用吸聲。,3.6.2 吸聲