吸声处理与室内降噪

吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象,吸声可以降低室内声压级。描述吸声的指标是吸声系数a,代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。理论上,如果某种材料完全反射声音,那么它的a=0;如果某种材料将入射声能全部吸收,那么它的a=1。事实上,所有材料的a介于0和1之间,也就是不可能全部反射,也不可能全部吸收。

  不同频率上会有不同的吸声系数。人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。按照ISO标准和国家标准,吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5KHz。将 100-5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数,平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。在工程中常使用降噪系数NRC粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能,这一数值是材料在250、500、1K、2K四个频率的吸声系数的算术平均值,四舍五入取整到0.05。一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料,NRC大于等0.2的材料才被认为是吸声材料。当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时,常常需要使用高吸声系数的材料。如离心玻璃棉岩棉等属于高NRC吸声材料,5cm厚的24kg/m³的离心玻璃棉的NRC可达到0.95。

  测量材料吸声系数的方法有两种,一种是混响室法,一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声系数,即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例,而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数,声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声系数是不同的,工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数,因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况,这是由于测量的实验室条件等造成的,理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能,吸声系数永远小于1。任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用,最多按1进行计算。

  在房间中,声音会很快充满各个角落,因此,将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。吸声材料吸声系数越大,吸声面积越多,吸声效果越明显。可以利用吸声天花、吸声墙板、空间吸声体等进行吸声降噪。

   1.2吸声原理

  纤维多孔吸声材料,如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等,吸声机理是材料内部有大量微小的连通的孔隙,声波沿着这些孔隙可以深入材料内部,与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大,这意味着低频吸收没有高频吸收好。多孔材料吸声的必要条件是 :材料有大量空隙,空隙之间互相连通,孔隙深入材料内部。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能,其实不然,例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料,如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等,具有良好的吸声性能,事实上,这些材料由于内部孔洞没有连通性,声波不能深入材料内部振动摩擦,因此吸声系数很小。

  与墙面或天花存在空气层的穿孔板,即使材料本身吸声性能很差,这种结构也具有吸声性能,如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝吸声砖等。这类吸声被称为亥姆霍兹共振吸声,吸声原理类似于暖水瓶的声共振,材料外部空间与内部腔体通过窄的瓶颈连接,声波入射时,在共振频率上,颈部的空气和内部空间之间产生剧烈的共振作用损耗了声能。亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在共振频率上具有较大的吸声系数。

  薄膜或薄板与墙体或顶棚存在空腔时也能吸声,如木板、金属板做成的天花板或墙板等,这种结构的吸声机理是薄板共振吸声。在共振频率上,由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。

 

  二、吸声材料及吸声结构

  2.1 离心玻璃棉

  离心玻璃棉内部纤维蓬松交错,存在大量微小的孔隙,是典型的多孔性吸声材料,具有良好的吸声特性。离心玻璃棉可以制成墙板、天花板、空间吸声体等,可以大量吸收房间内的声能,降低混响时间,减少室内噪声。

  离心玻璃棉的吸声特性不但与厚度和容重有关,也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。

  离心玻璃棉属于多孔吸声材料,具有良好的吸声性能。离心玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙,而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。当声波入射到离心玻璃棉上时,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。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦,声能转化为热能而损耗。

  离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。流阻太小,说明材料稀疏,空气振动容易穿过,吸声性能下降;流阻太大,说明材料密实,空气振动难于传入,吸声性能亦下降。对于离心玻璃棉来讲,吸声性能存在最佳流

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