建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu)

1、第三講 吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu) 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)，廣泛地應(yīng)用于音質(zhì)設(shè)計和噪聲控制中。 吸聲材料：材料本身具有吸聲特性。如玻璃棉、巖棉等纖維或 多孔材料。 吸聲結(jié)構(gòu)：材料本身可以不具有吸聲特性，但材料制成某種結(jié) 構(gòu)而產(chǎn)生吸聲。如穿孔石膏板吊頂。 在建筑聲環(huán)境的設(shè)計中，需要綜合考慮材料的使用，包括吸聲 性能以及裝飾性、強度、防火、吸濕、加工等多方面。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.1 吸聲系數(shù)與吸聲量 吸聲系數(shù)定義：=(E總-E反）/ E總，即聲波接觸吸聲介面后失去能量占總 能量的比例。吸聲系數(shù)永遠小于1。 同一吸聲材料，聲音頻率不同時，吸聲系數(shù)不同。一般常用100Hz-5

2、000Hz 的18個1/3倍頻帶的吸聲系數(shù)表示。 有時使用平均吸聲系數(shù)或降噪系數(shù)粗略衡量材料的吸聲能力。 平均吸聲系數(shù)：100Hz-5000Hz的1/3倍頻帶吸聲系數(shù)的平均值 降噪系數(shù)（NRC)：250Hz/500Hz/1000Hz/2000Hz吸聲系數(shù)的平均值 （尾數(shù)四舍五入整理成.05或0.0） 一般認(rèn)為NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等于0.4的材料被認(rèn)為是 較好的吸聲材料。 吸聲量：對于平面物體A= S, 單位是平米（或塞賓） 對于單個物體，表面積難于確定，直接用吸聲量A。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 混響室法材料吸聲系數(shù)測量 ) 1 1 2 1 ( 161. 0 TTS V

3、 T 其中：V 混響室體積 S 材料表面積 n 吸聲體個數(shù) T1 空室混響室混響時間 T2放入材料后混響時間 ) 1 1 2 1 ( 161. 0 TTn V A ) 1 1 2 1 ( 161. 0 TTS V T 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 吸聲體 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 測量聲源揚聲器位于測試表面垂直1.25m，指向吸聲材料。揚聲器與 地面之間放置一傳聲器，距地面0.25m高。測試得到揚聲器和傳聲器之 間的脈沖響應(yīng)函數(shù),計算分析反射聲與直達聲的比例關(guān)系得到反射系數(shù)。 反射系數(shù)（吸聲系數(shù)）測量的現(xiàn)場法 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 材料吸聲系數(shù)實驗報告。 標(biāo)準(zhǔn):GBJ75-84 1、報告中必須

4、指明材料 規(guī)格型號及安裝方法。報 告中可以讀出平均吸聲系 數(shù)和降噪系數(shù)。 2、有時吸聲系數(shù)會大于 等于1，主要是由于實驗 室或安裝時邊緣效應(yīng)造成。 3、 T 和 0 的值有一定 差別， T是無規(guī)入射時的 吸聲系數(shù)，是正入射時的 吸聲系數(shù)。 0工程上主 要使用T 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.2 多孔吸聲材料 常見的多孔吸聲材料有玻璃棉、巖棉、泡沫塑料、鋁纖維、毛氈等。 多孔吸聲材料具有大量的內(nèi)外連通的微小孔隙和孔洞。 當(dāng)聲波入射到多孔材料上，聲波能順著孔隙進入材料內(nèi)部，引起空隙 中空氣分子的振動。由于空氣的粘滯阻力、空氣分子與孔隙壁的摩擦， 使聲能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能而吸聲。 多孔材料吸聲的必要條件

5、是 ：材料有大量空隙，空隙之間互相連通， 孔隙深入材料內(nèi)部。 多孔吸聲材料的吸聲頻率特性是：隨頻率增加吸聲系數(shù)逐漸增大，中 高頻吸聲能力比低頻強。 材料一旦吸濕吸水，孔隙要減少，首先使高頻吸聲系數(shù)降低，然后隨 著含濕量增加，影響范圍進一步擴大。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 錯誤認(rèn)識一：表面粗糙的材料，如拉毛水泥等，具有良好的吸聲 性能。 錯誤認(rèn)識二：內(nèi)部存在大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、閉孔 聚氨脂等，具有良好的吸聲性能。 3.2 多孔吸聲材料 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 厚度和密度對吸聲性能的影響 多孔吸聲材料對聲音中高頻有較好的吸聲性能。影響多孔吸聲材料吸 聲特性主要是材料的厚度、密度、孔隙

6、率、結(jié)構(gòu)因子和空氣流阻等。 密度：密度：每立 方米材料的 重量。 孔隙率孔隙率：材料 中孔隙體積和 材料總體積之 比。 結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子： 反映材料內(nèi) 部纖維或顆 粒排列 空氣流阻空氣流阻：單位 厚度材料兩邊空 氣氣壓和空氣流 速之比。 空氣空氣 流阻流阻是影響多孔吸聲材料最重要最重要的因素。流阻太小，說明材 料稀疏，空氣振動容易穿過，吸聲性能下降；流阻太大，說明材 料密實，空氣振動難于傳入，吸聲性能亦下降。因此，多孔材料 存在最佳流阻。 測定空氣流阻比較困難，但可以通過厚度和容重厚度和容重粗略估計和控制。 對于玻璃棉，較理想的吸聲容重是12-48 Kg/m3,特殊情況使用 100Kg/m3或

7、更高。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 厚度增加，中低頻吸聲系數(shù)顯著地增加，但高頻變化不大（多孔吸聲材 料對高頻總有較大的吸收）。 厚度不變，容重增加，中低頻吸聲系數(shù)亦增加；但當(dāng)容重增加到一定程 度時，材料變得密實，流阻大于最佳流阻，吸聲系數(shù)反而下降。 不同容重的玻璃棉疊和，形成容重逐漸增大的形式，可以獲得更大的吸 聲效果。 消聲室及尖劈 厚度和密度對吸聲性能的影響 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 安裝后空腔的影響 多孔吸聲材料的吸聲性能與安裝條件關(guān)系密切。當(dāng)多孔吸聲材料背后 有空腔時，吸聲性能與該空氣層用同樣的材料填滿的效果類似。尤其 是中低頻吸聲性能比材料實貼在硬底面上會有較大提高。 建筑聲環(huán)境吸聲與

8、吸聲結(jié)構(gòu) 飾面材料的影響 多孔吸聲材料表面附加有透聲飾面， 如厚度小于0.5mm的塑料薄膜、金屬 網(wǎng)、窗紗、防火布、玻璃絲布等，基 本可以保持原來材料的吸聲特性。 使用穿孔面材時，穿孔率須大于20%， 若材料的透氣性差時，如塑料薄膜， 高頻吸聲特性可能下降。 合理構(gòu)造 不合理構(gòu)造 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.3 空腔共振吸聲結(jié)構(gòu) 空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)，原理為亥姆霍茲共振，如穿孔石膏板、穿孔 鋁板、木槽板、狹縫吸音磚等。 吸聲特點為：在共振頻率附近有較大吸收。 狹縫吸音磚內(nèi)放入吸聲材料可增大吸聲效果。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 明代姚廣孝的吸聲降噪房 明永樂皇帝還是燕王的時候，為了日后起兵奪權(quán)，在

9、后花園秘 密建地下室“私鑄兵器”，為防止聲音外傳泄密，其謀臣姚廣 孝采用在墻壁上埋入大量的開口向室內(nèi)的甕罐進行吸聲降噪。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.4 薄板共振吸聲結(jié)構(gòu) 較大面積的薄膜、薄板與結(jié)構(gòu)之間存在空腔形成了薄板共振吸聲結(jié) 構(gòu)，如玻璃、薄金屬板、架空木地板、木墻裙等。 其吸聲特點是，低頻吸收比較強烈，中高頻吸收少。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.5 其他吸聲 空間吸聲體。聲能撞擊的表面多，吸聲效率 增大。 尖劈強吸聲結(jié)構(gòu)（聲阻逐漸加大）。吸聲 系數(shù)可高達0.99以上。 空氣吸收。由于空氣的熱傳導(dǎo)與粘滯性，以 及空氣中水分子對氧分子振動狀態(tài)的影響等 造成。聲音頻率越大，空氣吸收越強烈(

10、一般 大于2kHz將進行考慮)。相對濕度大時，吸收 變小。 洞口。對外開敞的門、窗或，可以看作吸聲 系數(shù)為1的材料。在劇院中，舞臺臺口相當(dāng)于 一個偶合空間，臺口后有天幕、側(cè)幕、布景 等吸聲材料。其吸聲系數(shù)一般為0.3-0.5。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.6.1 室內(nèi)音質(zhì)的控制 吸聲材料可以制成吊頂板、貼墻板、空間吸聲體等，在建筑室內(nèi)起 到吸聲作用，降低混響時間。 一般地，房間體積越大，混響時間越長，語言清晰度越差，為了保 證語言清晰度，需要在室內(nèi)做吸聲，控制混響時間。如禮堂、教室、 體育場，電影院。 對音樂用建筑，為了保證一定豐滿度，可以使用吸聲控制音質(zhì)。 在廳堂建筑中，為了防止回聲、聲反

11、饋、聲聚焦等聲學(xué)缺陷，常在 后墻面、二層眺臺欄桿面、側(cè)墻面及局部使用吸聲。 3.6 吸聲在建筑聲學(xué)中的應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 觀眾廳后 墻吸聲 舞臺吸聲 錄音室低 頻吸聲 排練廳側(cè) 墻吸聲 吸聲應(yīng)用 廳堂音質(zhì) 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 體育場館（RT=1.5-2.5s) 體育場館空間大，混響長，容易產(chǎn)生建筑聲學(xué)問題，造成擴聲系統(tǒng)效 果降低，影響比賽擴聲，對于兼做會議、演出使用時，效果更差。 主要需要進行吸聲裝修。 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 影院 (RT控制在0.6-0.8s) 沒有好的建筑聲學(xué)條件，包括隔聲、消聲、減 振和音質(zhì)等，不會成為好的影院?，F(xiàn)行的影院 星級評定標(biāo)準(zhǔn)中，

12、對聲學(xué)環(huán)境有嚴(yán)格的要求。 墻和頂?shù)奈曁幚砦曁幚矸乐孤暰劢?吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 錄音室、演播室(RT=0.3-0.6s) 聲學(xué)考慮包括體形、吸聲、隔聲、消聲、減振、擴散等等。 三層隔聲窗 擴散體 吸聲 擴散體 吸聲 風(fēng)道消聲 低頻吸聲 減振地面 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 琴房、排練廳(RT=0.3-0.6s) 琴房、排練廳等需要隔聲、吸聲、擴散等聲學(xué)處理 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 教室、機房、會議室、多功能廳等 吸聲 吸聲 吸聲 吸聲 必須要考慮吸聲裝修！尤其需要擴聲的情況！ 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 餐 廳 中式餐廳人聲鼎 沸，雞尾酒會效 應(yīng)嚴(yán)

13、重，影響交 流，影響情緒， 甚至影響健康。 研究表明，餐廳 內(nèi)人聲可達到 85dB，良好的吸 聲處理可降低到 55dB。 玻璃與實墻，無吸聲！ 硬制頂棚，無吸聲！ 石材地面，無吸聲！ 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 還有包括： 博物館、展覽館、辦公室、營業(yè)廳、接待室、拍賣廳、候車(機)室、 審判廳、圖書館、畫廊、健身中心、購物中心、酒店大堂、病房等等， 都需要聲學(xué)裝修處理。 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 3.6.2 吸聲降噪 在車間、廠房、大的開敞式空間（機場大廳、辦公室、展廳等），由 于混響聲的原因，會使噪聲比之同樣聲源在室外高10-15dB。，通過在 室內(nèi)布置吸聲材料，可以使混響

14、聲被吸掉，降低室內(nèi)噪聲。 吸聲降噪最多可以獲得10-15dB的降噪量。降噪量=10lg(A0/A1),未加入 吸聲材料時室內(nèi)吸聲量越少，加入吸聲材料后室內(nèi)吸聲量越多，降噪 效果越好。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 開敞空間的私密性問題頂棚吸聲的重要性 3.6.3 吸聲應(yīng)用 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 語言私密性 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 辦公環(huán)境接待處及走廊辦公環(huán)境接待處及走廊 開放式辦公室的私密性問題 無吸音天花無吸音天花( (石膏板石膏板) ) 帶吸音天花帶吸音天花 正常女聲 聲音位置及 傳遞方向 清晰度: 50%: 清晰得聽見 30-50%:聽見部分 30%:幾乎聽不見 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)

15、構(gòu) 4.1 4.1 防火性防火性 4 建筑因素 建筑內(nèi)部裝修的消防安全關(guān)系到使用者的生命安全，不容忽視。 國家相關(guān)的防火標(biāo)準(zhǔn)，均為強制性標(biāo)準(zhǔn)，必須認(rèn)真執(zhí)行。國家標(biāo)準(zhǔn)將建筑材 料的防火性能劃分為4個等級。 A級，不然性，在空氣中受到火燒（高溫）不起火、不燃燒、不炭化 B1級，難然性，當(dāng)火源離開后，燃燒停止， B2級，可燃性，受到火燒（高溫）起火，離開火源繼續(xù)燃燒，如木材等。 B3級，易燃性，受到火燒（高溫）立即起火并燃燒，如室內(nèi)輕織物等。 建筑室內(nèi)材料應(yīng)用的防火基本原則是：吊頂頂棚采用A級材料，遇火不燃燒， 結(jié)構(gòu)不破壞，不會掉落傷人；墻面、地面采用B1級以上難燃型材料，防止室內(nèi) 火災(zāi)的蔓延；在規(guī)

16、定條件允許的情況下可部分使用B2級材料，如隔斷、家具、 窗簾等；禁止使用B3級易燃材料。 建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范GB 50222-95中規(guī)定，裝修材料的燃燒性能等 級,應(yīng)由專業(yè)檢測機構(gòu)檢測確定。 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 4.2 4.2 耐久性耐久性 作為建筑材料，必須具有良好的耐久性。一般地，建筑主體耐久年 限大多在50年以上，裝修改造周期至少也要5-10年或更長，因此吸聲 材料的耐久性一般應(yīng)達到15年以上。耐久性應(yīng)考慮三個方面，材料自 身耐久性、材料構(gòu)造耐久性和裝飾耐久性。 材料自身耐久性是指材料不會因時間的流逝而自然損毀。大多吸聲 材料，如礦棉吸聲板、玻璃棉（巖棉）裝飾吸聲板、穿孔紙面

17、石膏板、 木絲吸聲板等材料的自身耐久性是很好的。但是，一些金屬穿孔板、 木質(zhì)穿孔板等，如果應(yīng)用的場合不當(dāng)，受到潮濕、酸堿腐蝕、害蟲蝕 刻等，也許在很短時間內(nèi)就會損害。設(shè)計應(yīng)用時應(yīng)注意考慮材料的適 應(yīng)性。 4 建筑因素 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 4.3 4.3 無毒害性無毒害性 近年來，隨著新材料的不斷引入，特別是化學(xué)合成建材也越來越多，人們越來 與重視裝修材料對健康的毒害性，即對室內(nèi)空氣質(zhì)量的污染性。 有關(guān)研究機構(gòu)發(fā)現(xiàn)，某些墻壁涂料、復(fù)合板粘接劑等會放出高濃度的甲醛 （HCOH）和揮發(fā)性有機化合物（VOC）。有調(diào)查顯示：甲醛、苯、二甲苯、乙 酸乙酯、乙酸丁酯、重金屬等有害物質(zhì)在有些黏合劑、稀釋

18、劑、膠合板制造、各 種纖維板、涂料和壁紙粘貼中常常被使用，甚至在建筑發(fā)泡保濕材料中使用?，F(xiàn) 代室內(nèi)的化學(xué)污染大部分來源于建筑和裝修材料所產(chǎn)生的甲醛及揮發(fā)性有機化合 物（VOC）。 國家標(biāo)準(zhǔn)民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范GB503252001中規(guī)定，民用 建筑工程室內(nèi)裝修中所采用的人造木板及飾面人造木板，必須有游離甲醛含量或 游離甲醛釋放量檢測報告，并應(yīng)符合設(shè)計要求和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。民用建筑工程 室內(nèi)裝修中所采用的水性涂料、水性膠粘劑、水性處理劑必須有總揮發(fā)有機化合 物（TVOC）和游離甲醛含量含量報告；游離甲苯二異氰酸酯（TDI）（聚氨酯類） 含量檢測報告，并應(yīng)符合設(shè)計要求和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

19、 4 建筑因素 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 4.4 4.4 施工方便性施工方便性 與普通裝修材料不同，吸聲材料的吸聲特性與安裝構(gòu)造有密切的關(guān)系，施 工環(huán)節(jié)與吸聲效果直接相關(guān)。而且，建筑裝修的用材面積大，水暖電等配合 工種多。因此，從操作可行性來講，施工方便性至關(guān)重要。復(fù)雜、煩瑣的施 工構(gòu)造，會使施工可控性降低，尤其是墻面板、吊頂板后空腔等部位的隱蔽 構(gòu)造，施工不當(dāng)將嚴(yán)重影響吸聲效果。 某 體 育 館 實 例 4 建筑因素 建筑聲環(huán)境吸聲與吸聲結(jié)構(gòu) 4.5 4.5 廉價性廉價性 使用量最大，也是成本相對較低的吸聲材料主要有：穿孔紙面石膏板、穿 孔硅酸鈣板、離心玻璃棉板（氈）、巖棉板、礦棉板、蛭石板、泡沫玻璃板、 普通鋁穿孔板等。這些材料具有良好的吸聲功能，防火好，作為地下室、機 房、工業(yè)降噪等對裝飾條件要求不高的場合較為合適。 木質(zhì)穿孔吸聲板、蜂窩鋁穿孔板、飾面穿孔石膏板、異性孔的穿孔石膏板、 飾面穿孔硅鈣板、植物纖維噴涂、無機纖維噴涂、木絲吸聲板、聚酯纖維板、 三聚氰胺泡沫、防火布飾面玻璃棉吸聲板等吸聲材料，既有較好的裝飾效果， 價格也適中，多用于廳堂建筑、辦公建筑、車站機場、演播建筑、醫(yī)院學(xué)校、 賓館餐廳、會議室等公眾場合。 鋁纖