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吸音材料與隔音材料的區別

吸音材料與隔音材料的區別

發布日期:2016-11-30 作者: 點擊:

  室內裝修已成爲一項獨立的産業,大大小小的裝飾裝璜公司像雨後春筍,遍地林立。不少裝璜公司,以新風格、新材料、新工藝給室內建築裝修帶來新面貌,達到了新水平。  
  室內聲學設計是一門系統學科,涉及面較廣,本文只就與室內裝飾有關的吸聲和隔聲的材料和結構方面的知識作簡單介紹,希望裝飾工程人員和業主對聲學材料和結構有所了解,能夠理解聲學設計爲什麽作這樣那樣的處理,從而使裝飾工程在美觀和聲學要求上達到完美的統一。

1.吸音與隔音的基本概念

  首先要明确吸声与隔声是完全不同的两个声学概念。吸声是指声波传播到某一边界面时,一部分声能被边界面反射(或散射),一部分声能被边界面吸收(这里不考虑在媒质中传播时被媒质的吸收),这包括声波在边界材料内转化为热能被消耗掉或是转化为振动能沿边界构造传递转移,或是直接透射到边界另一面空间。对于入射声波来说,除了反射到原来空间的反射(散射)声能外,其余能量都被看作被边界面吸收。在一定面积上被吸收的声能与入射声能之比称为该边界面的吸声系数。例如室内声波从开着的窗户传到室外,则开窗面积可近似地认为百分之百地 “ 吸收 ” 了室内传来的声波,吸声系数为1。当然,我们所要考虑的吸声材料,主要不是靠开口面积的吸声,而要靠材料本身的声学特性来吸收声波。
  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,此爲透射聲波。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。對于開啓的窗戶,透射系數可近似爲1(吸聲系數也爲1),其隔聲效果爲0,即隔聲量爲0dB。對于又重又厚的磚牆或厚鋼板,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(不是專門設計的複合材料)來說,氣流成網機吸声能力与隔声效果往往是不能兼顾的。如上述砖墙或钢板可以作为好的隔声材料,但吸声效果极差;反过来,如果拿吸声性能好的材料(如玻璃棉)做隔声材料,即使声波透过该材料时声能被吸收99%(这是很难达到的),只有1%的声能传播到另一空间,则此材料的隔声量也只有20dB,并非好的隔声材料。有人把吸声材料误称为 “ 隔音材料 ” 是不对的。如果有人介绍某种单一材料吸声好隔声也好,那他不是不懂就是在骗人了。

  2.吸音材料

  吸聲材料是指吸聲系數比較大的建築裝修材料。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,可模擬爲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爲熱能而被吸收。好的吸聲材料多爲纖維性材料,稱多孔性吸聲材料,如玻璃棉、岩棉、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(微米至幾十微米間爲好)和材料密度、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。
  多孔性吸声材料有一个基本吸声特性,即低频吸声差,高频吸声好。频率高到一定值附近,见图1中f0,吸声系数 α 达到最大值,频率继续增大时,吸声系数在高端有些波动。这个f0的位置,大体上是f0对应的波长为材料厚度t的4倍。
  當材料厚度增加時,可以改善低頻的吸聲特性。相同頻率時t2的吸聲系數大于t1的吸聲系數。如果t2=2t1,則相同吸聲系數對應的頻率大約爲f2=f1,即厚度增加一倍,低頻吸聲系數的頻率特性向低頻移一個倍頻程。但並非可以一直增加厚度來提高低頻吸聲系數的,因爲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5cm左右的厚度,很少用到10cm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,見圖2,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。吸聲頻率特性仍與圖1相似,最大吸聲系數的頻率f0對應的波長大約爲尖劈吸聲結構長度t的4倍。例如要使100Hz以上頻率都有很高的吸聲系數,吸聲尖劈的長度約爲87cm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

  利用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。
  主要利用一下幾種專業結構衣達到吸聲效果:薄層多孔性吸聲材料的共振吸聲,薄膜共振吸聲,薄板共振吸聲,穿孔板共振吸聲結構。

4.隔音材料
  不透氣的固體材料,對于空氣中傳播的聲波都有隔聲效果,隔聲效果的好壞最根本的一點是取決于材料單位面積的質量。
  隔层材料在物理上有一定弹性,当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射,而是与隔层呈一角度 θ 入射时,声波波前依次到达隔层表面,而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播,若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时,声波便加强弯曲波的振动,这一现象称吻合效应。这时弯曲波振动的辐度特别大,并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大,从而降低隔声效果。

5.雙層隔聲結構

  根據質量定律,頻率降低一半,傳遞損失要降6dB;而要提高隔聲效果時,質量增加一倍,傳遞損失增加6dB。在這一定律支配下,若要顯著地提高隔聲能力,單靠增加隔層的質量,例如增加牆的厚度,顯然不能行之有效,有時甚至是不可能的,如航空器上的隔聲結構。這時解決的途徑主要是采用雙層以至多層隔聲結構。
  雙層隔聲結構模型見圖8,單位面積質量分別爲m1、m2,中間空氣層厚度爲L。雙層結構的傳遞損失可以進行理論計算,結果比較複雜,在不同頻率範圍可以得到不同的簡化表示,這裏只作定性介紹。
  一般雙層隔聲結構的兩層,不用相同厚度的同一種材料,以避免這兩層出現相同的吻合頻率。
  在设计和施工中要特别注意,两层之间不能有刚性连接。破坏了固体 —— 空气 —— 固体的双层结构,把两层固体隔层由刚性构件相连,使两个隔层的振动连在一起,隔声量便大为降低。尤其是双层轻结构隔声,相互之间必须相互支撑或连接时,一定要用弹性构件支撑或悬吊,同时注意需要分割的两个空间之间,不能有缝或孔相通。 “ 漏气 ” 就要漏声,这是隔声的实际问题。



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