吸聲、隔聲材料和結構淺說(shuō)

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　   室內裝修已成為一項獨立的產(chǎn)業(yè),大大小小的裝飾裝璜公司像雨后春筍,遍地林立。不少裝璜公司，以新風(fēng)格、新材料、新工藝給室內建筑裝修帶來(lái)新面貌，達到了新水平。

　　在很多情況下，室內裝修有一定的聲學(xué)要求。不僅是各類(lèi)劇院、體育場(chǎng)館和歌舞廳以及與聲學(xué)有關(guān)的錄音室、演播室等專(zhuān)業(yè)用房本身有一定的聲學(xué)技術(shù)指標，而且凡是公共場(chǎng)所，一般都需要傳播語(yǔ)言或音樂(lè )，即使是家庭用房現在也需要有良好的音樂(lè )欣賞環(huán)境。所以室內裝修工程必須重視聲學(xué)要求。如果忽視這一點(diǎn)，極有可能造成不良后果。例如有一水上健身娛樂(lè )場(chǎng)所，地面基本上都是水面，上空是一大玻璃圓穹項，由于沒(méi)有聲學(xué)設計，致使廳內混響時(shí)間特別長(cháng)，當有文娛表演時(shí)連報幕的話(huà)也聽(tīng)不清。再如有的走廓或門(mén)廳，做得富麗堂皇、金碧輝煌，但即使是普通的談話(huà)聲或背景音樂(lè )，也在空間內久傳不衰，形成令人煩惱的干擾噪聲。

　　造成音質(zhì)差的主要原因是沒(méi)有科學(xué)的聲學(xué)設計。不少裝飾工程公司本身沒(méi)有合格的聲學(xué)設計人員;有的一開(kāi)始邀請聲學(xué)專(zhuān)家做設計，以后自以為有了 “ 經(jīng)驗 ” ，便大膽地把設計也承包了;有的是東抄西襲，以為找到了人家的奧秘，你做軟包，我也搞軟包，你用穿孔板，我也做穿孔板，實(shí)際上沒(méi)有掌握真正的聲學(xué)要求;也不排除有的工程技術(shù)人員懂得一些聲學(xué)知識，但并不精于室內聲學(xué)的原理和實(shí)踐，做出了并不合格的聲學(xué)裝修設計。

　　室內聲學(xué)設計是一門(mén)系統學(xué)科，涉及面較廣，本文只就與室內裝飾有關(guān)的吸聲和隔聲的材料和結構方面的知識作簡(jiǎn)單介紹，希望裝飾工程人員和業(yè)主對聲學(xué)材料和結構有所了解，能夠理解聲學(xué)設計為什么作這樣那樣的處理，從而使裝飾工程在美觀(guān)和聲學(xué)要求上達到完美的統一。

　　1.吸聲與隔聲的基本概念

　　首先要明確吸聲與隔聲是完全不同的兩個(gè)聲學(xué)概念。吸聲是指聲波傳播到某一邊界面時(shí)，一部分聲能被邊界面反射(或散射)，一部分聲能被邊界面吸收(這里不考慮在媒質(zhì)中傳播時(shí)被媒質(zhì)的吸收)，這包括聲波在邊界材料內轉化為熱能被消耗掉或是轉化為振動(dòng)能沿邊界構造傳遞轉移，或是直接透射到邊界另一面空間。對于入射聲波來(lái)說(shuō)，除了反射到原來(lái)空間的反射(散射)聲能外，其余能量都被看作被邊界面吸收。在一定面積上被吸收的聲能與入射聲能之比稱(chēng)為該邊界面的吸聲系數。例如室內聲波從開(kāi)著(zhù)的窗戶(hù)傳到室外，則開(kāi)窗面積可近似地認為百分之百地 “ 吸收”了室內傳來(lái)的聲波，吸聲系數為1。當然，我們所要考慮的吸聲材料，主要不是靠開(kāi)口面積的吸聲，而要靠材料本身的聲學(xué)特性來(lái)吸收聲波。

　　對于兩個(gè)空間中間的界面隔層來(lái)說(shuō)，當聲波從一室入射到界面上時(shí)，聲波激發(fā)隔層的振動(dòng)，以振動(dòng)向另一面空間輻射聲波，此為透射聲波。通過(guò)一定面積的透射聲波能量與入射聲波能量之比稱(chēng)透射系數。對于開(kāi)啟的窗戶(hù)，透射系數可近似為1(吸聲系數也為1)，其隔聲效果為0，即隔聲量為0db。對于又重又厚的磚墻或厚鋼板，單位面積質(zhì)量大，聲波入射時(shí)只能激發(fā)起此隔層的微小振動(dòng)，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(lái)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(zhuān)門(mén)設計的復合材料)來(lái)說(shuō)，吸聲能力與隔聲效果往往是不能兼顧的。如上述磚墻或鋼板可以作為好的隔聲材料，但吸聲效果極差;反過(guò)來(lái)，如果拿吸聲性能好的材料(如玻璃棉)做隔聲材料，即使聲波透過(guò)該材料時(shí)聲能被吸收99%(這是很難達到的)，只有1%的聲能傳播到另一空間，則此材料的隔聲量也只有20db，并非好的隔聲材料。有人把吸聲材料誤稱(chēng)為 “ 隔音材料 ” 是不對的。如果有人介紹某種單一材料吸聲好隔聲也好，那他不是不懂就是在騙人了。

　　2.吸聲材料

　　吸聲材料是指吸聲系數比較大的建筑裝修材料。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，可模擬為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(shí)，因細管中靠近管壁與管中間的聲波振動(dòng)速度不同，由媒質(zhì)間速度差引起的內摩擦，使聲波振動(dòng)能量轉化為熱能而被吸收。好的吸聲材料多為纖維性材料，稱(chēng)多孔性吸聲材料，如玻璃棉、巖棉、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(lèi)。吸聲性能與材料的纖維空隙結構有關(guān)，如纖維的粗細(微米至幾十微米間為好)和材料密度(決定纖維之間 “ 毛細管 ” 的等效直徑)、材料內空氣容積與材料體積之比(稱(chēng)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(shí)驗結果即可。當然在選用時(shí)還要注意材料的防潮、防火以及可裝飾性等其他要求。

　　多孔性吸聲材料有一個(gè)基本吸聲特性，即低頻吸聲差，高頻吸聲好。頻率高到一定值附近，吸聲系數 α 達到最大值，頻率繼續增大時(shí)，吸聲系數在高端有些波動(dòng)。這個(gè)f0的位置，大體上是f0對應的波長(cháng)為材料厚度t的4倍 。

　　當材料厚度增加時(shí)，可以改善低頻的吸聲特性。圖1中t2大于t1，相同頻率時(shí)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為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(gè)倍頻程。但并非可以一直增加厚度來(lái)提高低頻吸聲系數的，因為聲波在材料的空隙中傳播時(shí)有阻尼，使增加厚度來(lái)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(lèi)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(lèi)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(jìn)的方法是將整塊的吸聲材料切割成尖劈形狀，見(jiàn)圖2，當聲波傳播到尖劈狀材料時(shí)，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(cháng)大約為尖劈吸聲結構長(cháng)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(cháng)度約為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(xué)實(shí)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(lèi)型的共振吸聲結構，使吸收峰值選擇在所需頻率位置，滿(mǎn)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(wèn)題。

　　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。

　　在設計和施工中要特別注意，兩層之間不能有剛性連接。破壞了固體 —— 空氣 —— 固體的雙層結構，把兩層固體隔層由剛性構件相連，使兩個(gè)隔層的振動(dòng)連在一起，隔聲量便大為降低。尤其是雙層輕結構隔聲，相互之間必須相互支撐或連接時(shí)，一定要用彈性構件支撐或懸吊，同時(shí)注意需要分割的兩個(gè)空間之間，不能有縫或孔相通。 “ 漏氣 ” 就要漏聲，這是隔聲的實(shí)際問(wèn)題。

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　　相關(guān)問(wèn)答：

　　問(wèn)：給教室做吸聲處理，有什么現實(shí)意義?

　　答：現實(shí)意義一：減少噪音二次反射而造成的更嘈雜的教室環(huán)境。

　　現實(shí)意義二：減少教室間聲音的相互影響。

　　現實(shí)意義三：更有助于增加教師聲音清晰度。

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　　問(wèn)：消聲、吸聲、隔聲有什么區別?

　　答：消聲：對聲源的處理，減弱響度

　　吸聲和隔聲：都是對接受聲波的物體的處理，前者是用柔軟多孔的物質(zhì)來(lái)吸收聲波，后者是用真空玻璃等辦法來(lái)拒絕聲波的傳播。

　　吸聲材料，最主要要有外端開(kāi)放形的孔。

　　聲音能量進(jìn)入孔中后，能量被消耗，就能吸音

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　　問(wèn)：吸聲材料有哪幾種?

　　答：1、多孔吸聲材料：礦棉、玻璃棉、毛氈、木絲吸聲板等多孔材料，有良好的中高頻吸收，背后留有空氣層時(shí)，還能吸收低頻。

　　2、穿孔板共振吸聲結構：穿孔膠合板、穿孔纖維水泥板、穿孔紙面石膏板、穿孔金屬板等一般吸收中頻，與多孔材料結合吸收中高頻，背后用大空腔還能吸收低頻。

　　3、薄膜吸聲結構：塑料薄膜、帆布、人造革等薄膜屬中頻吸聲材料，薄膜與其后面得空腔構成的薄膜吸聲結構可吸收低中頻。

　　4、空間吸聲體：將吸聲材料做成各種形狀的空間吸聲體吊掛在空中，因其吸聲面積比投影面積大得多，按投影面積計算，其吸聲系數可大于1。吧吸聲體懸掛在聲能流密度大的位置(例如靠近聲源處、反射有聚焦的地方)具有較好的吸聲效果。

　　5、簾幕：具有透氣性能的紡織品作為簾幕，離開(kāi)墻面或窗洞一定距離安裝，如同多孔材料后面設置了空氣層，對中高頻有一定的吸聲效果。

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