第二章声学构造.ppt
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1、第二章第二章 建筑声学构造设计建筑声学构造设计第一节第一节 吸声材料及吸声结构吸声材料及吸声结构第二节第二节 建筑隔声构造设计建筑隔声构造设计第三节第三节 隔声门窗设计隔声门窗设计建筑声学建筑声学:室内音质室内音质和建筑环境中的噪声控制噪声控制。室内音质室内音质:保证在房间(厅堂)中进行声音信息(语言、音乐等)交流时有良好的声音环境,保证声音信息交流的质量:听得清楚,听得好(动听)。噪声控制噪声控制:保证在建筑环境中,生活、工作、学习的人不受到噪声的干扰和损害:安静要求和健康保证。建筑声学构造要解决的问题是:建筑声学构造要解决的问题是:噪声控制和音质设计噪声控制和音质设计建筑声学的技术手段是建
2、筑声学的技术手段是:隔声、隔振、吸声。隔声、隔振、吸声。即:首先是通过隔声、隔振等措施防止外界噪声的干扰,其即:首先是通过隔声、隔振等措施防止外界噪声的干扰,其次是通过吸声降噪等措施创造良好的听闻环境。次是通过吸声降噪等措施创造良好的听闻环境。建筑环境中的声波主要是在空气中传播的声波。声源的振动引起它周围的空气交替地被压缩和舒张,这个压缩和舒张的过程通过空气向四周传播开去。当空气受到压缩,压强就增大,而空气舒张时,压强就降低。因此声波实质上是空气压强在静态压强水平上上下起伏变化的过程。所以,空气中的声波是一种压强波。由声波而引起的空气压强的变化量称为声压p。需要强调的有两点:需要强调的有两点:
3、一是,声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身,空一是,声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身,空气压强气压强P是静压强是静压强P0上叠加上变化量声压上叠加上变化量声压p,声压,声压p相对于相对于静压强静压强P0是一个很微小的量;是一个很微小的量;声音是人耳所感觉的弹声音是人耳所感觉的弹性介质的振动或压力的迅速而微小的起伏变化性介质的振动或压力的迅速而微小的起伏变化。二是,声音传播过程是一个状态传播过程,而不是空气质二是,声音传播过程是一个状态传播过程,而不是空气质点的输运过程,空气质点只是在它原来的平衡位置来回振点的输运过程,空气质点只是在它原来的平衡位置来回振动。动。声音在空气中传播时,
4、传播的只是振动的能量,空气质点并不传到远处。在一个固定的位置(x固定),则该处的声压随时间的变化是一个余弦函数(简谐函数),其频率是f,人耳在该处听到的就是一个简谐音(又称纯音),f 确定了它的音调,而声压幅值Pm确定了声音的强弱,即响度的大小。声音的两个基本的物理参量是:声音的两个基本的物理参量是:频率(频率(HZ):质点在质点在1秒钟内的完全振动次数称为频率。秒钟内的完全振动次数称为频率。声压声压:空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏称为声压。用大气压力起伏称为声压。用“p”表示。表示。(通常以(通常以声压级声压级表示,单位:分贝)表
5、示,单位:分贝)声压级声压级-表示式是:表示式是:Lp=在正常人耳听觉范围里在正常人耳听觉范围里,声压的变化范声压的变化范围很大围很大,而且对声音变化的反应不是线性的而且对声音变化的反应不是线性的,刚能听见的声压为基准声压刚能听见的声压为基准声压:使人耳产生疼痛感的声压为使人耳产生疼痛感的声压为20N/m2。每个人能容忍的声压级上限与其噪声暴露的经历有关。未经过强声级的人,极限为125dB;有经常处于强噪声环境中经历的人,可达135140dB;通常,声压级在120dB左右,人就感到不舒服。声音可通过空气、固体或液体传播,遇到障声音可通过空气、固体或液体传播,遇到障碍物时声波将被反射、透射和吸收
6、。碍物时声波将被反射、透射和吸收。第一节第一节 吸声材料及吸声结构吸声材料及吸声结构建筑材料的吸声性能常用吸声系数建筑材料的吸声性能常用吸声系数表示表示-入射的声能-被反射的声能 吸声材料用于室内以控制混响时间、吸声材料用于室内以控制混响时间、控制反射声、消除回声、降低室内噪声级。控制反射声、消除回声、降低室内噪声级。在建筑声学工程中要求吸声系数在建筑声学工程中要求吸声系数应应大于大于0.30.3一、吸声材料及吸声结构分类、吸声材料及吸声结构分类 根据材料的根据材料的吸声机理吸声机理的不同,主要可分为的不同,主要可分为共振吸声共振吸声和和多孔吸声多孔吸声两大类。两大类。按照按照吸声构造特点,吸
7、声结构吸声构造特点,吸声结构可分为:可分为:多孔性吸声材料吸声结构多孔性吸声材料吸声结构薄板共振吸声结构薄板共振吸声结构 共振器吸声结构共振器吸声结构穿孔板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构 织物帘幕吸声结构织物帘幕吸声结构空间吸声体吸声结构空间吸声体吸声结构 可调吸声结构可调吸声结构二二、吸声材料及吸声结构的构造设计及应用、吸声材料及吸声结构的构造设计及应用(一)常用多孔吸声材料、构造及应用(一)常用多孔吸声材料、构造及应用1、构造特点及常用材料、构造特点及常用材料 多孔吸声材料多孔吸声材料构造特点与吸音原理构造特点与吸音原理:材料从:材料从表到里具有大量的互相贯通的微孔,具有适当的表到里具有大
8、量的互相贯通的微孔,具有适当的透气性,当声波入射到材料表面时,很快进入微透气性,当声波入射到材料表面时,很快进入微孔孔隙,引起微孔或间隙中空气的振动。小孔中孔孔隙,引起微孔或间隙中空气的振动。小孔中心的空气质点可以自由地响应声波的压缩和稀疏,心的空气质点可以自由地响应声波的压缩和稀疏,但是紧靠孔壁或纤维表面的空气质点振动速度很但是紧靠孔壁或纤维表面的空气质点振动速度很慢,这样就引起空气质点间产生摩擦,空气振动慢,这样就引起空气质点间产生摩擦,空气振动摩擦等作用就将声能转化为热能,从而被吸收。摩擦等作用就将声能转化为热能,从而被吸收。多孔吸声材料有:纤维材料多孔吸声材料有:纤维材料 颗粒材料颗粒
9、材料 泡沫材料泡沫材料 织物及毛毡类织物及毛毡类(1)纤维材料及制品)纤维材料及制品:无机类最广泛应用:无机类最广泛应用:玻璃棉玻璃棉岩棉制品岩棉制品 以玄武岩为主要原料,经高温熔融后,由高速离心设备制成无机纤维,同时均匀加入一定比例的粘结剂、防尘油、硅油,然后根据用户不同要求,制成岩棉板、岩棉管壳等不同产品。特点:保温、吸音、防火特点:保温、吸音、防火、耐久、耐久矿棉吸声板:矿棉吸声板:矿棉装饰吸音板以矿棉为主要原料,矿棉装饰吸音板以矿棉为主要原料,矿棉是矿渣经高温熔化由高速离心机甩出矿棉是矿渣经高温熔化由高速离心机甩出的絮状物,无害、无污染,是一种变废为的絮状物,无害、无污染,是一种变废为
10、宝、有利环境的绿色建材。宝、有利环境的绿色建材。(2)颗粒材料)颗粒材料膨胀珍珠岩装饰吸声板膨胀珍珠岩装饰吸声板:以膨胀珍珠岩为骨料,配合适量的粘结料,经过搅拌、成型、干燥、焙烧或者养护、表面处理而成的多孔性吸声材料多孔性吸声材料。粘结料常用的品种有水玻璃、水泥、磷酸盐等。由于所用粘结料不同,它又可以细分为水泥膨胀珍珠岩装饰吸声板,水玻璃膨胀珍珠岩装饰吸声板等。膨胀珍珠岩具有轻质、绝热、吸声、无毒、不燃、无臭味等特点。以它为骨料制成的膨胀珍珠岩装饰吸声板,具有重量轻,装饰效果好,防潮、防火、防蛀、耐酸隔热、吸声、可钉、可锯等优点。缺点是强度相对要低些,所以在使用时,应注意避免碰撞,防止损坏板材
11、的边角。(3)泡沫材料类通常为泡沫塑料制品。软质泡沫塑料软性聚胺酯泡沫塑料泡沫铝吸音板-一种最新的隔音材料泡沫铝泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通孔洞的新型轻质多功能材料。它兼有连续金属相和分散空气相的特点,是集多种优良性能于一身的新型结构功能材料。吸声的泡沫铝粘贴到混凝土或钢结构上,竖在高架桥、轻轨两旁作为大型吸音墙,可以减轻城市交通噪声。隔声的泡沫铝可用于工厂机房、机器设备、户外建筑工地的噪声隔离,解决了目前广泛应用的玻璃棉、石棉等吸声材料的许多局限性。保温:因其导热系数低,同时具有质轻、高比刚度、不燃烧等优点,可用作隔热、保温材料等。(4)织物及毛毡类阻燃化纤毯吸音窗帘2、吸声性能
12、特点及主要影响因素、吸声性能特点及主要影响因素特点:特点:对于中高频吸声系数较大。对于中高频吸声系数较大。一般高于一般高于500HZ时,时,可大于可大于0.50.5,而,而对于低频段(一般低于对于低频段(一般低于250Hz)250Hz)吸声系数较吸声系数较小。小。吸声性能影响因素吸声性能影响因素:(1)孔隙率、)孔隙率、密度密度:孔隙率是指材料中的空气体积和总体积之比。空气孔隙率是指材料中的空气体积和总体积之比。空气体积是指处于连通状态的气泡并且能被入射到材料中的体积是指处于连通状态的气泡并且能被入射到材料中的声波引起运动的部分。声波引起运动的部分。多孔材料的孔隙率一般在多孔材料的孔隙率一般在
13、70%70%90%90%。对于同一种多孔材料,当厚度一定而对于同一种多孔材料,当厚度一定而密度改变时,吸声特性会有所改变,但密密度改变时,吸声特性会有所改变,但密度对吸声系数的影响不如厚度的影响大。度对吸声系数的影响不如厚度的影响大。(2 2)厚度:)厚度:紧贴坚实壁面时,厚度增加,中低频率范围紧贴坚实壁面时,厚度增加,中低频率范围吸声系数会增加。吸声系数会增加。(3)材料背后的条件:材料背后的条件:(4)吸湿、吸水吸湿、吸水的影响的影响-随含水率增随含水率增加,首先降低加,首先降低了对高频声的了对高频声的吸声系数,继吸声系数,继而影响范围扩而影响范围扩大。大。(5)面层情况的影响)面层情况的
14、影响:保证多孔材料吸声性能的首要条件是保证材保证多孔材料吸声性能的首要条件是保证材料表面具有良好的透声性能。料表面具有良好的透声性能。可以使用金属网、透气性好的纺织品、穿孔可以使用金属网、透气性好的纺织品、穿孔率大于率大于20%的各种穿孔板等。的各种穿孔板等。面层的不良处理将导致吸声效果改变。如:面层的不良处理将导致吸声效果改变。如:油漆、做表面硬化层。油漆、做表面硬化层。3、多孔吸声材料构造及应用、多孔吸声材料构造及应用纤维材料纤维材料-使用厚度:使用厚度:50100 m m,密度为:密度为:1530 Kg/m表面材料:表面材料:玻璃玻璃丝布、金属网、阻燃布、金属网、阻燃织物、高穿孔率物、高
15、穿孔率金属板、木格金属板、木格栅等等护面材料。面材料。中中频500HZ以上吸声系数可达以上吸声系数可达0.6以上。以上。用于会用于会议室、室、报告告厅、剧场、设备机房机房等吸声降噪。等吸声降噪。应用实例1:应用实例2:应用实例3:应用实例4:应用实例5:颗粒材料颗粒材料-陶土吸声砖等,易损伤,常用于大截陶土吸声砖等,易损伤,常用于大截面通风管道内的消声处理,可直接砌筑。面通风管道内的消声处理,可直接砌筑。泡沫材料泡沫材料-分为松散型、板状型。分为松散型、板状型。松散类同纤维材料做法。松散类同纤维材料做法。板状类可用龙骨直接安装。板状类可用龙骨直接安装。三聚氰胺泡沫(也称蜜胺吸音棉)(二)薄板共
16、振吸声结构构造及应用(二)薄板共振吸声结构构造及应用1、构造特点及常用材料、构造特点及常用材料 构造特点吸声原理:构造特点吸声原理:薄板固定于一定间距的龙骨上,与薄板固定于一定间距的龙骨上,与墙面等形成共振空腔,在声波作用下产生共振,将声能转化墙面等形成共振空腔,在声波作用下产生共振,将声能转化为机械能,而起到吸声作用。为机械能,而起到吸声作用。常用材料:常用材料:各类胶合板、木板、石膏板、各类胶合板、木板、石膏板、纤维水泥板、金属板等。纤维水泥板、金属板等。也可用薄膜也可用薄膜.如如:聚乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、不透气的帆布等不透气的帆布等 纤维增强硅酸钙板:纤维增强硅酸钙板:国内近年来迅速发展
17、的一国内近年来迅速发展的一种新型墙体材料,它以硅质材种新型墙体材料,它以硅质材料料(粉煤灰、砂、硅藻土等粉煤灰、砂、硅藻土等)和和钙质材料钙质材料(消石灰等消石灰等)为主要原为主要原料,适量掺加纤维增强材料,料,适量掺加纤维增强材料,经制浆、成型、加压、蒸压养经制浆、成型、加压、蒸压养护、干燥、表面处理等工序制护、干燥、表面处理等工序制成的一种轻质建筑板材,其规成的一种轻质建筑板材,其规格通常为厚度格通常为厚度5-12mm,幅面,幅面尺寸尺寸12002400mm,经过加,经过加工可制成不同幅面尺寸。工可制成不同幅面尺寸。2、吸声性能特点及主要影响因素、吸声性能特点及主要影响因素 吸声结构共振频
18、率约为吸声结构共振频率约为63300HZ,吸,吸声系数约为声系数约为0.20.5.如用膜状材料如用膜状材料,如聚乙如聚乙烯薄膜、不透气的帆布等也可,但其共振频烯薄膜、不透气的帆布等也可,但其共振频率要高些。率要高些。主要影响因素主要影响因素:改变板的单位改变板的单位面积质量面积质量或背面或背面空腔深度空腔深度,可调整吸声的共振频率。可调整吸声的共振频率。为提高共振吸声频率附近的吸声系数,为提高共振吸声频率附近的吸声系数,空腔内也可填充多孔吸声材料空腔内也可填充多孔吸声材料.3、薄板共振吸声材料构造及应用、薄板共振吸声材料构造及应用龙骨间距龙骨间距:450600.(三)穿孔板共振吸声结构构造及应
19、用(三)穿孔板共振吸声结构构造及应用1、构造特点及常用材料、构造特点及常用材料构造特点:构造特点:穿孔板背后设置空气层,并在空腔内填穿孔板背后设置空气层,并在空腔内填充多孔吸声材料,组成穿孔板共振吸声结构。充多孔吸声材料,组成穿孔板共振吸声结构。构造原理:构造原理:穿孔板上的每一个小孔及其对应的背后穿孔板上的每一个小孔及其对应的背后空气层,形成了一排排的空腔共振器,或空气层,形成了一排排的空腔共振器,或者说是无数个共振系统,当入射波频率和者说是无数个共振系统,当入射波频率和这个系统固有频率相同时,穿孔孔径的空这个系统固有频率相同时,穿孔孔径的空气就会因共振剧烈振动,在振动过程中主气就会因共振剧
20、烈振动,在振动过程中主要因摩擦损失而吸收声能。要因摩擦损失而吸收声能。常用材料:穿孔率在常用材料:穿孔率在5%15%.金属类:铝板、钢板等金属类:铝板、钢板等胶合板、木板、纤维水泥板、胶合板、木板、纤维水泥板、硅酸钙板等。硅酸钙板等。微穿孔板吸声结构具有吸声系数高、微穿孔板吸声结构具有吸声系数高、吸收频带宽等优点吸收频带宽等优点,广泛应用于噪声控制的广泛应用于噪声控制的各个领域。各个领域。微穿孔板吸声结构具有良好的降噪功微穿孔板吸声结构具有良好的降噪功能。能。2、吸声性能特点及主要影响因素、吸声性能特点及主要影响因素 一般穿孔率为一般穿孔率为5%15%,共振频率、吸,共振频率、吸声频带一般大于
21、声频带一般大于200HZ,吸声系数大于,吸声系数大于0.4,主要影响因素:主要影响因素:穿孔率、板厚、空气层深度穿孔率、板厚、空气层深度穿孔率增加穿孔率增加,共振频率提高共振频率提高,增加板厚,增加空气层深度,共振频率降低。增加板厚,增加空气层深度,共振频率降低。3、穿孔板共振吸声结构构造及应用、穿孔板共振吸声结构构造及应用 构造与薄板共振吸声结构相同,主要用于吸构造与薄板共振吸声结构相同,主要用于吸收中高频声音。收中高频声音。微穿孔板微穿孔板-因吸声率高,空腔一般不需填因吸声率高,空腔一般不需填充吸声材料。充吸声材料。微穿孔板吸声结构微穿孔板吸声结构-孔径小于孔径小于1mm。微孔金属消声器微
22、孔金属消声器(四)织物帘幕吸声结构构造及应用(四)织物帘幕吸声结构构造及应用 舞台幕布、窗帘等织物舞台幕布、窗帘等织物吸收中高频吸收中高频率声率声波,但其本身吸声系数较小。波,但其本身吸声系数较小。织物吸声性能与其密度和打褶程度成正织物吸声性能与其密度和打褶程度成正比,当频率大于比,当频率大于125HZ时,时,吸声系数随打褶吸声系数随打褶程度的增加而明显提高。程度的增加而明显提高。常用打褶程度常用打褶程度100%,背后空腔深度为,背后空腔深度为100,200,其平均吸声系数可达,其平均吸声系数可达0.6,起到起到强吸声效果强吸声效果.应用方便灵活应用方便灵活,可用于厅堂等作可调吸可用于厅堂等作
23、可调吸声结构来调节混响时间声结构来调节混响时间.(五)空间吸声体构造及应用(五)空间吸声体构造及应用 空间吸声体是悬挂于室空间吸声体是悬挂于室内的吸声结构。它由吸声材内的吸声结构。它由吸声材料和结构骨架等制作成各种料和结构骨架等制作成各种形状形状。如矩形体、平板状、圆如矩形体、平板状、圆柱体、圆锥体、球体、多面柱体、圆锥体、球体、多面体及十字体等体及十字体等制作空间吸声体的材料由穿孔铝板、穿制作空间吸声体的材料由穿孔铝板、穿孔镀锌板、钢板网、阻燃透声布等面层材料孔镀锌板、钢板网、阻燃透声布等面层材料以及玻璃棉等多孔吸声材料填充内部组成。以及玻璃棉等多孔吸声材料填充内部组成。吸声性能吸声性能特点
24、特点及影响因素:及影响因素:空间吸声体因有两个以上的面接触声空间吸声体因有两个以上的面接触声波而增加了有效吸声面积,且具有波而增加了有效吸声面积,且具有较宽较宽的的吸声频率范围,是高效率的吸声结构。吸声频率范围,是高效率的吸声结构。影响其吸声效率的因素除了与吸声结影响其吸声效率的因素除了与吸声结构本身吸声性能有关外,还与悬挂方式、构本身吸声性能有关外,还与悬挂方式、空间吸声体之间的距离有关。所以应用时空间吸声体之间的距离有关。所以应用时必需选择合适的空间吸声体之间的距离。必需选择合适的空间吸声体之间的距离。空间吸声体构造及应用:空间吸声体构造及应用:空间吸声体可灵活地根据建筑空间装空间吸声体可
25、灵活地根据建筑空间装饰及房间形体的需要,制作成各种形状。饰及房间形体的需要,制作成各种形状。(六)可调吸声结构六)可调吸声结构 在对音质要求较高的场所,如剧场、音在对音质要求较高的场所,如剧场、音乐厅、录音棚等,需要可变的声学条件,往乐厅、录音棚等,需要可变的声学条件,往往采用可调吸声结构来控制室内声场条件,往采用可调吸声结构来控制室内声场条件,如混响时间等。如混响时间等。可调吸声结构的运用应经过建筑声学设可调吸声结构的运用应经过建筑声学设计,才能达到使用目的和要求。计,才能达到使用目的和要求。各类吸声构造比较各类吸声构造比较 第二节第二节 建筑隔声构造设计建筑隔声构造设计隔声有两方面含义:隔
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