吸声材料与结构整理资料

 常见问题     |      2021-01-22 11:12
        现在,越来越多家庭开始注重家庭隐私的保护问题,很多用户对于室内声学装修很是看重。谈到声学装修,就不得不说吸声材料。其实,一般的材料都有吸音效果,仅仅是吸音多少的区别。
       具体说到吸音板,我们只把吸声系数达到0.3以上的材料称为吸音材料。理论上吸声系数为1的吸音板吸音效果最好(即,全部吸掉,没有反射声),但在现实中,这样的材料不存在(宇宙里存在的黑洞吸声系数为1,即完全吸收)。 

  吸声材料
一、吸声材料的作用
 1、缩短和调整混响时间,
 2、控制反射声、
 3、消除回声、
 4、改善音质,改变声场分布
 5、用于噪音控制
二、描述吸声材料的特征量:
  (1)吸声系数;
      描述吸声材料吸声性能的指标:吸声系数 α
      注意: 吸声系数是一个与频率有关的物理量。
  (2)吸声频率特性;
      材料的吸声系数相对于频率的特性曲线或列表
  (3)吸声量(吸声系数乘以吸声面积)。
吸声材料的选用原则:
(1)吸声系数高;(2)吸声频带宽;(3)材料的耐久性好;(4)材料的装饰性、防火防腐、防虫蛀、质轻、防潮等。

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 二、吸声材料的分类
 按吸声机理分:
1、多孔吸声材料:
(1)、纤维状(矿棉,玻璃棉、麻、棉、毛、软木)
(2)、颗粒状(泡沫混凝土)
(3)、泡沫状(泡沫塑料)
2、共振吸声材料:
(1)、单腔共振吸声;
(2)、穿孔板;
(3)、薄膜共振;
(4)、薄板共振;
(5)、窄缝共振结构
3、特殊吸声结构:
  (1)空间吸声体
  (2)尖劈
  (3)可变吸声体

4、有源吸声(电子吸声)。
五大类吸声材料及吸声结构简介
 一、多孔吸声材料
     1、多孔吸声材料的类型包括:有机纤维材料、麻棉毛毡、无机纤维材料、玻璃棉、岩棉、矿棉,脲醛泡沫塑料,氨基甲酸脂泡沫塑料等。聚氯乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料不属于多孔材料,用于防震,隔热材料较适宜。
     2、构造特征:材料内部应有大量的微孔和间隙,而且这些微孔应尽可能细小并在材料内部是均匀分布的。材料内部的微孔应该是互相贯通的,而不是密闭的,单独的气泡和 密闭间隙不起吸声作用。微孔向外敞开,使声波易于进入微孔内。
     3、吸声特性主要是高频,影响吸声性能的因素主要是材料的流阻,孔隙 ,结构因素、厚度、容重、背后条件的影响。
(1)材料厚度的影响
      任何一种多孔材料的吸声系数,一般随着厚度的增加而提高其 低频的吸声效果,而对高频影响不大。但材料厚度增加到一定程度后,吸声效果的提高就不明显了,所以为了提高材料的吸声性能而无限制地增加厚度是不适宜的。
      常用的多孔材料的厚度为:
      玻璃棉,矿棉 50—150mm     毛毡 4---5mm     泡沫塑料 25—50mm
(2)材料容重的影响
       改变材料的容重可以间接控制材料内部微空尺寸。一般来讲,多孔材料容重的适当增加,意味着微孔的减少,能使低频吸声效果有所提高,但高频吸声性能却可能下降。合理选择吸声材料的容重对求得最佳的吸声效果是十分重要的,容重过大或过小都会对多孔材料的吸声性能产生不利的影响。
(3)背后空气层的影响
       多空材料背后有无空气层,对于吸声特性有重要影响。大部分纤维板状多孔材料都是周边固定在龙骨上,离墙50—150mm距离安装。材料空气层的作用相当于增加了材料的厚度,所以它的吸声特性随着空气层厚度增加而提高,当材料离墙面安装的距离(既空气层的厚度)等于1/4波长的奇数倍时,可获得最大的吸声系数;当空气层的厚度等于1/2波长的整数倍时,吸声系数最小。
(4)材料表面装饰处理的影响
      大多数吸声材料在使用时常常需要进行表面装饰处理.常见的方法有:表面钻孔开槽,粉刷油漆,利用织布,穿孔板和塑料薄膜等。这些方法都将影响材料的吸声特性。
       半穿孔的矿棉吸声板增加了材料暴露在声波中的面积,既增加了有效吸声面积,因此提高了材料的吸声特性。
       粉刷油漆等于在材料表面上加了一层高流阻的材料,将会影响材料的吸声特性,特别是在高频段影响更显著。
       采用金属网,玻璃布和低流阻的材料或选择穿孔率大于20%的穿孔板做护面层时,对材料的吸声性能影响不大。若穿孔率小于20%时,对高频段的吸声会有影响,低频影响不大。
二、穿孔板共振吸声结构
       采用穿孔的石棉水泥、石膏板、硬质纤维板、胶合板以及钢板、铝板,都可作为穿孔板共振吸声结构,在其结构共振频率附近,有较大的吸收,适于中频,穿孔板的共振频率的公式,即:
fo=CP/Zπ L(T+δ)
fo—穿孔板的共振频率,HZ
C—声速,CM/S
L— 后空气层厚度,CM
t—板的厚度,CM
δ—孔口末端休整量,CM
P—穿孔率,即穿孔面积与总面积之比
三、薄膜吸声结构
       包括皮革、人造革、塑料薄膜等材料,具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性,吸收共振频率附近的入射声能,共振频率通常在200~1000HZ范围,最大吸声系数约为0.3~0.4,一般把它作为中频范围的吸声材料。如果在薄膜的背后空腔内填放多孔材料,这时的吸声特性取决于膜和多孔材料的种类以及薄膜的装置方法。
四、薄板吸声结构
       把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等板材周边固定在框架上,连同板后的封闭空气层,构成振动系统,其共振频率多在80~300HZ,其吸声系数约为0.2~0.5,可以作为低频吸声结构。决定薄板吸声结构的吸声性能的主要因素有:
1、薄板质量m的影响
      增加板的单位面积重量,一般可以使其共振频率向低频移动。而选用质量小的,不透气的材料如皮革,有利于共振频率向高频方向移动。
2、背后空气层厚度的影响
      改变空气层的厚度和改变板的质量一样,共振频率也会发生变化。在空气层中填充多孔材料,可使共振频率附近的吸声系数有所提高。
3、板后龙骨构造及板的安装方式的影响
      由于薄板吸声结构有一定的低频吸声能力,而对中高频吸声差,因此在中高频时就具有较强的反射能力。能增加室内声能的扩散。通过改变龙骨构造何不同的安装方法,设计出各种形式的反射面,扩散面和吸声---扩散结构。
五、特殊吸声结构
1、帘幕
       帘幕是具有通气性能的纺织品,具有多孔材料的吸声特性,由于较薄本身作为吸声材料使用是得不到大的吸声效果的。如果将它作为帘幕,离开墙面或窗洞一定距离安装,恰如多孔材料的背后设置了空气层,因而在中高频就能够具有一定的吸声效果。当它离墙面1/4波长的奇数倍距离悬挂时就可获得相应频率的高吸声量。
2、空间吸声体
       将吸声材料作成空间的立方体如:平板形,球形,圆锥形棱锥形或柱形,使其多面吸收声波,在投影面积相同的情况下,相当于增加了有效的吸声面积和边缘效应,再加上声波的衍射作用,大大提高了实际的吸声效果,其高频吸声系数可达1.40.在实际使用时,根据不同的使用地点和要求,可设计各种形式的从顶棚吊挂下来的吸声体。
第二节、多孔吸声材料
(一)材料特点:——透气性
       材料具有大量内外连通的微小间歇和连续气泡,具有通气性。
(二)吸声原理:
       当声波入射到材料表面时,很快顺着微孔进入材料内部,引起空歇间的空气振动,由于摩擦使一部分声能转化为热能而被吸收。
吸声条件:
          声波很容易进入微孔内。
吸声频率特点:
          对中高频有很好的吸声特性,吸声系数随频率的升高而增大。
        α在500Hz以上可达到0.5~0.9。
(三)影响吸声性能的因素:
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1、材料厚度的影响:
          一般而言、厚度增加,低频的吸声效果提高,高频影响不大。
 
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几种多孔材料的厚度:
玻璃棉、矿棉和岩棉             50——100 mm
吸声阻燃泡沫塑料               20——50 mm
矿棉吸声板                     12——25 mm
纤维板                         13——20 mm
阻燃化纤毯和阻燃织物           3 ——10 mm
2、材料密度的影响:
      在一定条件下、增大密度可以改善低中频的吸声性能;不同的材料存在不同的      最佳密度值。

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3、材料后部空腔的影响:在材料后面设有一定空腔(空气层),其作用相当于加大材料的有效厚度。
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4、材料表面处理影响:
      外饰面必须选用透气性好的材料。外饰面的处理不能赌塞气孔。
5、吸湿、吸水的影响
6、声波入射的条件
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第三节、共振吸声结构
一、 亥母霍兹共振器

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吸声特点:存在共振峰,共振峰处吸声量最大,吸声频带窄。
 
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质量——弹簧系统
爱乐音乐厅亥姆霍兹共振器
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吸声原理:
        当外界入射声波频率f和系统固有频率f0相等时,孔径中的空气柱就由于共振而产生剧烈共振,在振动中,空气柱和孔径侧壁摩擦而消耗声能。
吸声频率: 吸声材料与结构整理资料
            S_---  颈口的断面积
            V---空腔容积
             t----为细颈深度吸声材料与结构整理资料
二、穿孔板吸声结构
      1、构造特点:
       由各种穿孔的薄板与他们背后的空气层组成。它可看成由多个亥母霍兹共振腔组成。
      2、吸声频率特点:
           存在共振峰,在共振峰附近吸声量最大。
           一般吸收中频,与多孔材料结合使用吸收中高频,背后留大空腔还能吸收低频。
 
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吸声材料与结构整理资料3、影响吸声特性的因素:板厚、孔径、穿孔率空腔深度、板后是否填多孔材料。
例:铝穿孔板、石膏穿孔板、高压水泥冲孔板等。
  1. 改善穿孔板的吸声特性:
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在穿孔板后填多孔材料:
          共振频率向低频方向移动,吸声频带拓宽,吸声系数提高。
双层穿孔板:
            吸声频带在2—3个倍频程内得到较高的吸声系数。
微穿孔板:
             孔径在1mm以下,板后无须加多孔材料即可获得好的吸声效果
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第四节、薄板吸声结构:
1、原理:
      薄板结构在声波的作用下本身产生振动,震动时板变形并与龙骨摩擦损耗,消耗声能。
2、吸声特点:
      存在共振峰,当声波频率与板的振动频率相吻合时发生共振,消耗声能最多;共振峰在低频范围,对低频有较好的吸声特性。
例:胶合板(10mm)、硬质纤维板、石膏板、金属板等。
薄膜吸声结构——上例中薄板用不透气软质膜状材料替代,对低频也有较好的吸声特性。

第五节   其它吸声结构
一、织物帘幕吸声——是多孔材料中的特例
1、构造: 悬挂的纺织品与墙间保持一定距离
2、特性: 中高频吸声,且有吸声峰值频率
     吸声系数随打褶程度的增加而增加
     设置空腔后其吸声性能有显著的提高,
     对中高频 甚至低频都具有一定的吸声作用。

3、作用:  ① 吸声;② 软隔断,减小体积。
4、影响织物 吸声的因素:
               帘幕的材质、
               单位面积的重量、
               打褶的状况、
               帘幕离刚性壁面的距离(空腔)。    
       织物帘幕后没有空腔时,各种面密度的帘幕吸声性能差别很小。
 
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二、特殊吸声结构
1、空间吸声体
     把吸声材料或结构悬挂在空间,使各个界面全部暴露在空间中,称之为空间吸声体。

1)、构造:木制或金属框架,透气性好的饰面,内填多孔材料。
2)、特点:
         ① 、有效吸声面大;
         ② 、主要吸中高频;
         ③ 、安装使用方便。
3)、使用要点:
        ①放置在声能密度最大处,声聚焦处
        ②当墙面无法布置吸声材料时常使用。
        ③用于象体育馆那样的大空间控制混响时间和音质缺陷,非常有效。

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2、可变吸声结构
      可变方式:
      (1)材料可变
               通过翻转、升降、推拉等方式
      (2)空间可变
 
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有源吸声(电子吸声)
 
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吸声尖劈
        在中高频范围吸声系数在0.99以上。  
 注意尖劈的尺寸
 
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人、家具、洞口和 空气吸收
注意:选用吸声材料从声学的角度应考虑吸声材料类型、构造方法(材料厚度、空腔厚度、龙骨间距等)、吸声频率特性、面层材料等因素。
作业:叙述各种吸声材料和吸声体的吸声频率特性和吸声机理。
使用吸声材料和结构的常见错误
     1、误认为表面凹凸不平就有吸声功能
     2、误认为只要是软包就有良好的吸声性能。
         吸声材料的厚度至少要大于10mm,要获得好的吸声效果,厚度至少要大于50mm。
         空腔的厚度应大于30mm。
     3、误认为只要放置了吸声材料就有吸声效果。
 
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3、误认为只要放置了吸声材料就有吸声效果。
4、在施工中破坏多孔材料表面或饰面材料的透声性
(1)在多孔性吸声材料表面刷油漆或涂料
(2)由于刷胶等工序破坏饰面材料的透声性
(3)使用透声性能差的面层材料
5、误认为穿孔板都有良好的低频吸声性能
      穿孔板组合共振吸声构造,必须满足:
      1)、板面必须有一定的穿孔率。孔必须穿透。
      2)、板后必须有一定厚度的空腔(大于30mm)

      常用吸声材料的种类和吸声特性有哪些?
     1、多孔吸声材料:矿棉、玻璃棉、毛毡、木丝吸声板等多孔材料,有良好的中高频吸收,背后留有空气层时,还能吸收低频。
     2、穿孔板共振吸声结构:穿孔胶合板、穿孔纤维水泥板、穿孔纸面石膏板、穿孔金属板等一般吸收中频,与多孔材料结合吸收中高频,背后用大空腔还能吸收低频。
     3、薄膜吸声结构:塑料薄膜、帆布、人造革等薄膜属中频吸声材料,薄膜与其后面得空腔构成的薄膜吸声结构可吸收低中频。
     4、空间吸声体:将吸声材料做成各种形状的空间吸声体吊挂在空中,因其吸声面积比投影面积大得多,按投影面积计算,其吸声系数可大于1。吧吸声体悬挂在声能流密度大的位置(例如靠近声源处、反射有聚焦的地方)具有较好的吸声效果。
     5、帘幕:具有透气性能的纺织品作为帘幕,离开墙面或窗洞一定距离安装,如同多孔材料后面设置了空气层,对中高频有一定的吸声效果。
     那么,在品种繁多的吸音材料中,常见的吸音材料有哪几种呢?
     1、吸音材料麻绒。便宜,防火、防潮性差。
     2、石油纤维棉。遇火即熔,不吸水,不耐脏。不易吸收高频噪音,吸音效果差。
     3、海绵。多用于录音棚内。易吸附灰尘、不阻燃。
     4、硅酸铝棉。耐火、不吸水,不耐脏。不易吸收高频噪音、不环保。
     5、橡胶板。减震能力弱于沥青板,吸音能力较强。自重大,施工难度大。
     6、工业橡塑板。多用于哪些建筑行业的保温设备或空调行业。隔音、减震能力较强,便宜。不足:无吸音,材料有异味。
     7、改性海绵。吸水问题得到解决,隔音等能力减弱。
     8、玻璃纤维棉。隔音等性能好,吸水,保温隔热,这种吸音材料不自燃,防腐防潮。很不环保,工业领域中也已经在逐步淘汰。
     9、纤维毯、工业毛毡。只适用于车底板和顶棚,材料较便宜。无防水、防火、防腐性。
     10、发泡硅胶板。不易燃烧、防水、环保。隔音效果和减震效果佳,寿命长。吸音性能一般。性价比不高。
     11、沥青板。防水、减震、吸音效果好。不能阻燃,有污染,吸音材料便宜。但自重大。
     12、发泡胶。不吸水,具有防火能力的价格较高。吸音效果一般。
     13、铝箔复合材料。质量轻、对声波的反射性能好。复合层一般吸水;防火性能差;反射大量热能。
     14、聚氨脂泡沫塑料。隔音、吸音性能较好,防腐、防水,一些有阻燃设计。吸声性能不稳定。
     15、吸音涂料。吸音材料效果一般。
     16、隔声毡。隔音性能较好,材料无吸音能力。有些防潮、防蛀,阻燃性能。
     如吸音板、 木质的吸音板、 槽木吸音板、孔木吸音板、聚酯纤维吸音板、 布艺软包吸音板、生态木吸音板、木丝吸音板、再生木吸音板、植物纤维吸音板、 石膏吸音板、铝质吸音板、软包吸音板、蜂窝陶瓷吸音板。
     吸声材料在建筑中有哪些用途?
     吸声材料是建筑声学和噪声控制的主要技术手段,其用途是十分广泛的。
     ①控制厅堂音质的混响时间,如音乐厅、影剧院、录音室、演播室、审听室、会议室、多功能厅、体育馆、礼堂等,一般都是通过选择、布置合适的吸声材料来达到最佳混响时间。
     ②对一些公共交通建筑,如机场的候机大厅、车站的候车室、码头的侯船室等建筑,由于要不断广播飞机、车船班次的出发、到达或延误时间等信息,顶棚和墙面适当布置吸声材料。一方面可以提高广播信息的清晰度;另一方面还可以降低乘客的噪杂噪声,使环境更加安静一些。
     ③消除厅堂的回声等音质缺陷。当直接声和反射声之间的声程差达到17m时,两个声音的时差就达50ms,人耳就能听到回声,一些较长的厅堂,其后墙的反射声容易使靠近台口的坐席区产生回声。可通过后墙布置吸声材料加以消除。
     ④提高轻薄板墙的隔声。如石膏板、硅钙板、FC板、TK板以及防火镁水泥板等轻薄板墙,在其夹层中填充多孔性吸声材料如纤维棉、玻璃棉、岩棉及矿棉等,可明显提高这类板墙的隔声效果。
     ⑤对机械设备使用的隔声罩及道路声屏障,面向声源一侧的壁面做成吸声面,可以提高其降噪效果。
     ⑥建筑通风和空调系统的管道消声器,特别是大型的阻性消声器,需要使用大量的吸声材料。
如何正确布置吸声材料?
1、装置吸声材料时,如穿孔板,应结合灯具及室内装修统一考虑,进行分块组合,尽可能使吸声材料均匀分布,有利声场的均匀。
2、要使吸声材料充分发挥作用,应将它布置在最容易接触声波和反射次数最多的表面上,如顶棚,顶棚与墙,墙与墙交接处1/4波长以内的空间等处。
3、观众厅的后墙,挑台栏杆处,反射回来的声音可能产生回声干扰,常需在后墙的墙裙以上部位的墙面和挑台栏杆处,布置高吸声系数的材料。
4、吸声材料分散布置,比集中式布置有利于声场扩散和改善音质条件。
5、一般房间两相对墙面的总吸声量应尽量接近,有利于声场扩散。
6、一般在顶棚较底的房间,狭长的走道,采用吸声处理方法,选用吸声系数大的材料或悬挂空间吸声体,对降低噪声的干扰效果很好。

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