sheng第三讲 吸声材料与吸声结构的声学特性.ppt

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1、声环境声环境第三讲：第三讲：吸声材料与吸声结构吸声材料与吸声结构的声学特性的声学特性（第（第（第（第12.112.1章）章）章）章）1第三讲：吸声材料和吸声结构主要第三讲：吸声材料和吸声结构主要内容：内容：3.1 吸声系数与吸声量吸声系数与吸声量3.2 多孔材料的吸声机理多孔材料的吸声机理3.3 影响多孔吸声材料吸声系数的因素影响多孔吸声材料吸声系数的因素3.4 玻璃棉吸声系数的比较玻璃棉吸声系数的比较3.5 其它吸声结构其它吸声结构3.6 吸声在建筑声学中的应用举例吸声在建筑声学中的应用举例2第第12.1章：材料和结构的声学特性章：材料和结构的声学特性本讲要点：本讲要点：l1、多孔吸声材料的

2、吸声机理及影响因素；、多孔吸声材料的吸声机理及影响因素；l2、有哪些措施可以提高低频的吸声系数？、有哪些措施可以提高低频的吸声系数？l3、吸声结构都有哪一些？分别对哪一类频率的声、吸声结构都有哪一些？分别对哪一类频率的声音有较好的吸收？音有较好的吸收？3吸声材料和吸声结构概述吸声材料和吸声结构概述吸声材料和吸声结构，广泛地应用于音质设计和噪声控制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。中。对建筑人员来说，把材料和结构的声学特性和其他建筑特对建筑人员来说，把材料和结构的声学特性和其他建筑特性如性如力学性能、耐火性、吸湿性、外观等力学性能、耐火性、吸湿性、外观等结合起来综合考结合起来

3、综合考虑，是非常重要的。虑，是非常重要的。通常把材料和结构分成通常把材料和结构分成吸声的、或隔声的、或反射的，吸声的、或隔声的、或反射的，一一方面是按材料分别具有较大的吸收、或较小的透射、或较方面是按材料分别具有较大的吸收、或较小的透射、或较大的反射，另一方面是按照使用时主要考虑的功能是吸声、大的反射，另一方面是按照使用时主要考虑的功能是吸声、或隔声、或反射。但三种材料和结构没有严格的界限和定或隔声、或反射。但三种材料和结构没有严格的界限和定义。义。4吸声材料和吸声结构吸声材料和吸声结构吸声材料吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩棉等纤：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩棉等纤维或多孔

4、材料。维或多孔材料。吸声结构吸声结构：材料本身可以不具有吸声特性，但材料经打孔、：材料本身可以不具有吸声特性，但材料经打孔、开缝等简单的机械加工和表面处理，制成某种结构而产生开缝等简单的机械加工和表面处理，制成某种结构而产生吸声。如穿孔石膏板、穿孔铝板吊顶等。吸声。如穿孔石膏板、穿孔铝板吊顶等。在建筑声环境的设计中，在建筑声环境的设计中，需要综合考虑材料的使用，包括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，吸声性能以及装饰性、强度、防火、吸湿、加工等多方面，根据具体的使用条件和环境综合分析比较。根据具体的使用条件和环境综合分析比较。5q3.1 吸声系数与吸

5、声量吸声系数与吸声量吸声系数定义：吸声系数定义：=(E总总-E反）反）/E总，即声波接触吸声介面后总，即声波接触吸声介面后失去（吸收）声量占总声能量（入射）的比例。失去（吸收）声量占总声能量（入射）的比例。大，吸收的大，吸收的声能大，声能大，吸声系数永远小于吸声系数永远小于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的的18个个1/3倍频带的吸声系数表示。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。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。平均吸声系数平均吸声系数

6、：100Hz-5000Hz的的1/3倍频带吸声系数的平均值倍频带吸声系数的平均值降噪系数（降噪系数（NRC)：125Hz/250Hz/500Hz/1000Hz吸声系数的平吸声系数的平均值（尾数四舍五入整理成均值（尾数四舍五入整理成.5或或.0）吸声量：对于平面物体吸声量：对于平面物体A=S,单位是平米（或塞宾）单位是平米（或塞宾）对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量对于单个物体，表面积难于确定，直接用吸声量6v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、混响室法其中：其中：V-混响室体积混响室体积；S-材料表面积；材料表面积；n-吸声体个吸声体个数；数；T1-空室混响室

7、混响时间；空室混响室混响时间；T2-放入材料后混响时间。放入材料后混响时间。2、驻波管法：、驻波管法：利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压Pmax和极和极小声压小声压Pmin推导出推导出 03、T和和 0的值有一定差别，的值有一定差别，T是无规入射时的吸声系是无规入射时的吸声系数，数，0是正入射时的吸声系数。是正入射时的吸声系数。工程上主要使用工程上主要使用 T7q3.2 多孔材料的吸声机理多孔材料的吸声机理l多孔吸声材料，多孔吸声材料，如玻璃棉、岩棉、泡沫塑料、毛毡等如玻璃棉、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

8、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。多孔材料具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。l当声波入射到多孔材料上，声波能顺着孔隙进入材料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。热能而吸声。l多孔材料吸声的必要条件是多孔材料吸声的必要条件是：材料有大量空隙，空隙：材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。之间互相连通，孔隙深入材料内部。8错误

9、认识一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良错误认识一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良好的吸声性能。好的吸声性能。错误认识二：内部存在大量孔洞（单个闭合、互不连通）错误认识二：内部存在大量孔洞（单个闭合、互不连通）的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能。吸声性能。隔热材料隔热材料9q3.3 影响多孔吸声材料吸声系数的因素影响多孔吸声材料吸声系数的因素l多孔吸声材料对声音中高频有较好的吸声性能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。影响多孔吸声材料吸声特性的因素主要有：声材料吸声特性的因素主要有：材料的厚度、密

10、度、孔隙率、材料的厚度、密度、孔隙率、结构因子和空气流阻等结构因子和空气流阻等。l密度密度：每立方米材料的重量。：每立方米材料的重量。l孔隙率孔隙率：材料中孔隙体积和材料总体积之比。：材料中孔隙体积和材料总体积之比。l结构因子结构因子：反映多孔材料内部纤维或颗粒排列的情况，是衡：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。量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。l空气流阻空气流阻：单位厚度时，材料两边空气气压和空气流速之比，：单位厚度时，材料两边空气气压和空气流速之比，反映空气通过多孔阻力的大小。反映空气通过多孔阻力的大小。空气空气流阻是影响多孔吸声材料最重要流阻是影

11、响多孔吸声材料最重要的因素的因素。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。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。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厚度和容重粗粗略估计和控制（对于玻璃棉，较理想的吸声容重是略估计和控制（对于玻璃棉，较理想的吸声容重是12-48Kg/m3,特殊情况使用特殊情况使用100Kg/m3或更高）或更高

12、）101、随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频，但高频变化不大（多孔吸声材料对高频总有较大的吸收）。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、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。阻，吸声系数反而下降。具体影响因素：具体影响因素：113、多孔吸声材料的、多孔吸声材料的吸声性能还与安装条件有着密切的关系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，

13、与该空气层用同样的材料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。尤其是填满的效果类似。尤其是中低频中低频吸声性能比材料实贴在硬吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高，底面上会有较大提高，吸声系数吸声系数将随空气层的厚度增加而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。增加，但增加到一定值后效果就不明显了。124、使用不同容重的玻璃棉叠和在一起，形成容重逐渐增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大的形式，可以获得更大的吸声效果。，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，如厚、多孔吸声材料表面附加有一定透声作

14、用的饰面，如厚度小于度小于0.05mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻的塑料薄膜、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。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，穿孔率须大于使用穿孔面材时，穿孔率须大于20%，若材料的透气，若材料的透气性差时，性差时，如塑料薄膜，高频吸声特性可能下降。低频吸声如塑料薄膜，高频吸声特性可能下降。低频吸声系数将有所提高。系数将有所提高。膜越薄、穿孔率越大，影响越小。膜越薄、穿孔率越大，影响越小。6、高温、高湿会影响材料的吸声性能。是由于吸湿吸水、高温、高湿会影响材料的吸声性能。是由于吸湿吸水后，材料中孔隙减少。首先使

15、高频吸声系数降低，随含湿后，材料中孔隙减少。首先使高频吸声系数降低，随含湿量的增加，其影响的频率范围将进一步扩大。量的增加，其影响的频率范围将进一步扩大。13玻璃棉吸声系数的比较玻璃棉吸声系数的比较14q3.4其它吸声结构其它吸声结构1、空腔共振吸收空腔共振吸收-亥姆霍兹共振器：是一个封闭空腔通过一个开口与外部空间亥姆霍兹共振器：是一个封闭空腔通过一个开口与外部空间相联系的结构，相联系的结构，当孔的深度当孔的深度t和孔径和孔径d比声波波长小得多时比声波波长小得多时,孔径中的空气柱弹性变形小，可作为孔径中的空气柱弹性变形小，可作为质量块质量块,类似活塞。空腔类似活塞。空腔V中的空气起着空气弹簧的

16、作用。当外界入射波的频率等中的空气起着空气弹簧的作用。当外界入射波的频率等于系统的固有频率时，孔径中的空气柱就由于共振而产生剧烈震动，在振动过程于系统的固有频率时，孔径中的空气柱就由于共振而产生剧烈震动，在振动过程中，克服摩擦阻力而消耗声能。中，克服摩擦阻力而消耗声能。共振吸声结构及类比系统共振吸声结构及类比系统（a）亥姆霍兹共振器；亥姆霍兹共振器；（b）机械类比系统；机械类比系统；（c）穿孔板吸声结构穿孔板吸声结构15对于穿孔板吸声结构，板后空气层可划分为许多小空腔，每一个对于穿孔板吸声结构，板后空气层可划分为许多小空腔，每一个开孔与背后一个小空腔对应，是许多并联的亥姆霍兹共振器。开孔与背后

17、一个小空腔对应，是许多并联的亥姆霍兹共振器。计算穿孔板吸声结构共振频率的公式计算穿孔板吸声结构共振频率的公式16在设计时，根据主要吸收频率，确定共振频率。在设计时，根据主要吸收频率，确定共振频率。在共振频在共振频率附近有最大的吸声系数，离之越远，吸声愈小。率附近有最大的吸声系数，离之越远，吸声愈小。各种穿孔板、狭缝板背后设置空气层形成吸声结构，其吸各种穿孔板、狭缝板背后设置空气层形成吸声结构，其吸声机理均属于空腔共振吸声结构。声机理均属于空腔共振吸声结构。可使用穿孔的：石膏板、可使用穿孔的：石膏板、硬质纤维板、胶合板、钢、铝板等。硬质纤维板、胶合板、钢、铝板等。使用这些板材和一定使用这些板材和

18、一定的结构做法，可以很容易的根据要求来设计所需要的吸声的结构做法，可以很容易的根据要求来设计所需要的吸声特性，并在施工中达到设计要求，而且材料有足够的强度，特性，并在施工中达到设计要求，而且材料有足够的强度，故此吸声结构广泛应用。故此吸声结构广泛应用。1718192021共振吸声效果和吸声腔内加入吸声材料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（玻璃棉）后的吸声效果（2）背后填）背后填25-50mm后的玻璃后的玻璃棉等吸声材料棉等吸声材料22狭缝狭缝吸音砖内放入吸声材料吸音砖内放入吸声材料增大吸声效果增大吸声效果右图为某音乐教室。右图为某音乐教室。下图为狭缝吸音砖放入玻璃下图为

19、狭缝吸音砖放入玻璃棉的情况。棉的情况。232、薄膜、薄板共振吸声结构，如玻璃、薄金属板、架空木地、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。板、空木墙裙等。薄膜吸声结构：薄膜吸声结构：皮革、人造革、塑料薄膜于其背后封闭的空皮革、人造革、塑料薄膜于其背后封闭的空气层形成的共振系统。对中频（气层形成的共振系统。对中频（3001000HZ)有较好的吸收。有较好的吸收。薄板吸声结构：薄板吸声结构：石膏板、胶合板、硬质纤维板等板材周边固石膏板、胶合板、硬质纤维板等板材周边固定在框架上，定在框架上，连同板后的封闭空气层构成振动系统。连同板后的封闭空气层构成振动系统。对低频对低频（8

20、0-300HZ）有较好的吸收。有较好的吸收。243、空间吸声体。、空间吸声体。把吸声材料和结构做成放置在建筑空间内的吸声体。可以根据使用场合把吸声材料和结构做成放置在建筑空间内的吸声体。可以根据使用场合的具体条件，把吸声特性的要求与外观艺术处理结合起来，设计成各种的具体条件，把吸声特性的要求与外观艺术处理结合起来，设计成各种形状，以达到良好的声学效果和建筑效果。形状，以达到良好的声学效果和建筑效果。空间声学吸声体，体育馆空间吸声空间声学吸声体，体育馆空间吸声体，歌剧院空间吸声体，影剧院空体，歌剧院空间吸声体，影剧院空间吸声体，把吸声材料和结构悬吊间吸声体，把吸声材料和结构悬吊（或悬挑）在空间被

21、称为空间吸声（或悬挑）在空间被称为空间吸声体。它在体。它在50-4000Hz的频率范围内，的频率范围内，均可达到均可达到0.99的吸声系数。的吸声系数。25262728目前空间吸声体除最简单的板式吸声体外，目前空间吸声体除最简单的板式吸声体外，常见的还有折板常见的还有折板式、立板式、圆柱形、圆锥形、方筒形、十字形、各种材质式、立板式、圆柱形、圆锥形、方筒形、十字形、各种材质的球形体等的球形体等。它具有占用面积（处理面积）小但高效的吸声。它具有占用面积（处理面积）小但高效的吸声性能，目前被广泛应用于大型厅堂的吸声处理。性能，目前被广泛应用于大型厅堂的吸声处理。一、提高空间吸声体对低频的声吸收，有

22、以下几种方案：一、提高空间吸声体对低频的声吸收，有以下几种方案：1、增加吸声材料的厚度和密度，例如采用半圆柱、球切面增加吸声材料的厚度和密度，例如采用半圆柱、球切面和球状吸声体，可以提升对低频的声吸收；和球状吸声体，可以提升对低频的声吸收；2、把成品空间吸声板材（通常厚度在把成品空间吸声板材（通常厚度在15-25mm左右）做成左右）做成中空的双层板状空间吸声体，或再把双层板做成各种形状的中空的双层板状空间吸声体，或再把双层板做成各种形状的空间吸声体；空间吸声体；3、增加多孔性材料的厚度，在板材中设空腔可提升对低频增加多孔性材料的厚度，在板材中设空腔可提升对低频的声吸收，但与中高频的吸声量仍有很

23、大的差距。的声吸收，但与中高频的吸声量仍有很大的差距。294、尖劈、尖劈强吸声结构强吸声结构 吸声尖劈是消声室吸声尖劈是消声室中最常用的强吸声结构，中最常用的强吸声结构，其构造是用直径其构造是用直径3.23.5钢筋制成所需形状和尺钢筋制成所需形状和尺寸的框子，在框架上粘寸的框子，在框架上粘缝布类罩面材料，内填缝布类罩面材料，内填棉状多孔材料。近年来棉状多孔材料。近年来多把棉状材料制成厚毡，多把棉状材料制成厚毡，裁成尖劈，装人框架内。裁成尖劈，装人框架内。30大面积使用尖劈进大面积使用尖劈进行吸声降噪。行吸声降噪。313233345、空气吸收。由于空气的热传导与粘滞性，以及空气中、空气吸收。由于

24、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，水分子对氧分子振动状态的影响等造成。声音频率越大，空气吸收越强烈空气吸收越强烈(一般大于一般大于2KHz将考虑空气吸收将考虑空气吸收)。6、洞口。在剧院中，舞台台口相当于一个偶合空间，台、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从室内的角度来看，向室外自由敞开的洞口，是完全吸从室内的角度来看，向室外自由敞开的洞口，是完全吸声的，对所有频率的吸声系数均为声的，对所有频率的吸声系数均为1。35q3.

25、6 吸声在建筑声学中的应用举例吸声在建筑声学中的应用举例 3.6.1 3.6.1 室内音质的控制室内音质的控制室内音质的控制室内音质的控制l玻璃棉产品可以制成吊顶板、贴墙板、空间吸声体等，在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。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。响时间。如礼堂、教室、体育场，电影院。l对音乐用建筑，为了

26、保证一定丰满度，混响时间要比较对音乐用建筑，为了保证一定丰满度，混响时间要比较长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。l在厅堂建筑中，在厅堂建筑中，为了防止回声、声反馈、声聚焦等声学为了防止回声、声反馈、声聚焦等声学缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面及局部使用缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面及局部使用吸声。吸声。3637383.6.2 3.6.2 吸声降噪吸声降噪吸声降噪吸声降噪l在在车间、厂房、大的开敞式空间（机场大厅、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，会使办公室、展厅等），由于混响声的原因，会使噪

27、声比之同样声源在室外高噪声比之同样声源在室外高10-15dB。，。，通过通过在室内布置吸声材料，可以使混响声被吸掉，在室内布置吸声材料，可以使混响声被吸掉，降低室内噪声。降低室内噪声。l吸声降噪最多可以获得吸声降噪最多可以获得10-15dB的降噪量。降的降噪量。降噪量噪量=10lg(A0/A1),未加入吸声材料时室内吸声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，降量越少，加入吸声材料后室内吸声量越多，降噪效果越好。噪效果越好。39吸声结构都有哪一些？分别对哪一类频率的声音吸声结构都有哪一些？分别对哪一类频率的声音吸声结构都有哪一些？分别对哪一类频率的声音吸声结构都有哪一些？

28、分别对哪一类频率的声音有较好的吸收？有较好的吸收？有较好的吸收？有较好的吸收？l吸声结构共有：吸声结构共有：l1、空腔共振吸收空腔共振吸收-亥姆霍兹共振器（亥姆霍兹共振器（主要吸收频率，确定共振频率主要吸收频率，确定共振频率）；）；l2、薄膜吸声结构，（对中频（、薄膜吸声结构，（对中频（3001000HZ)有较好的吸收）有较好的吸收）l3、薄板吸声结构（对低频（、薄板吸声结构（对低频（80-300HZ）有较好的吸收。）有较好的吸收。l4、空间吸声体（、空间吸声体（在50-4000Hz的频率范围内，均可达到0.99的吸声系数）l5、尖劈、尖劈强吸声结构，中高频吸声强。强吸声结构，中高频吸声强。l

29、6、洞口、台口，台口吸声系数一般为、洞口、台口，台口吸声系数一般为0.3-0.5；洞口向室外自由敞开的；洞口向室外自由敞开的洞口对所有频率的吸声系数均为洞口对所有频率的吸声系数均为1。l7、人和家具：人主要是穿衣的吸收，吸收中高频；剧场里的座椅主要、人和家具：人主要是穿衣的吸收，吸收中高频；剧场里的座椅主要也是中高频，不过，等间距有规则的座位排列，会因座位间空隙的空也是中高频，不过，等间距有规则的座位排列，会因座位间空隙的空气共振，在气共振，在100-200Hz有较大的吸收。有较大的吸收。l8、幕帘，幕布还有和墙、玻璃之间的距离，对中高频，甚至是低频具、幕帘，幕布还有和墙、玻璃之间的距离，对中高频，甚至是低频具有一定的吸声。有一定的吸声。l9、空气吸收，主要是对高频的吸收（大于、空气吸收，主要是对高频的吸收（大于2000Hz以上）以上）40作业：作业：作业：作业：P402:1P402:1P402:1P402:1第三讲的补充作业第三讲的补充作业第三讲的补充作业第三讲的补充作业41