声学构造PPT课件

1、1,第二章 建筑声学构造设计,第一节 吸声材料及吸声结构 第二节 建筑隔声构造设计 第三节 隔声门窗设计,2,建筑声学：室内音质和建筑环境中的噪声控制。 室内音质：保证在房间（厅堂）中进行声音信息（语言、音乐等）交流时有良好的声音环境，保证声音信息交流的质量：听得清楚，听得好（动听）。 噪声控制：保证在建筑环境中，生活、工作、学习的人不受到噪声的干扰和损害：安静要求和健康保证,3,建筑声学构造要解决的问题是： 噪声控制和音质设计 建筑声学的技术手段是： 隔声、隔振、吸声。 即：首先是通过隔声、隔振等措施防止外界噪声的干扰，其次是通过吸声降噪等措施创造良好的听闻环境,4,建筑环境中的声波主要是在

2、空气中传播的声波。声源的振动引起它周围的空气交替地被压缩和舒张，这个压缩和舒张的过程通过空气向四周传播开去。当空气受到压缩，压强就增大，而空气舒张时，压强就降低。因此声波实质上是空气压强在静态压强水平上上下起伏变化的过程。 所以，空气中的声波是一种压强波。 由声波而引起的空气压强的变化量称为声压p,5,需要强调的有两点： 一是，声压是空气压强的变化量而不是空气压强本身，空气压强P是静压强P0上叠加上变化量声压p，声压p相对于静压强P0是一个很微小的量； 声音是人耳所感觉的弹性介质的振动或压力的迅速而微小的起伏变化。 二是，声音传播过程是一个状态传播过程，而不是空气质点的输运过程，空气质点只是在

3、它原来的平衡位置来回振动。声音在空气中传播时，传播的只是振动的能量，空气质点并不传到远处,6,7,在一个固定的位置（x固定），则该处的声压随时间的变化是一个余弦函数（简谐函数），其频率是f，人耳在该处听到的就是一个简谐音（又称纯音），f 确定了它的音调，而声压幅值Pm确定了声音的强弱，即响度的大小,8,声音的两个基本的物理参量是： 频率（HZ）:质点在1秒钟内的完全振动次数称为频率。 声压:空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏称为声压。用“p”表示。 （通常以声压级表示，单位：分贝） 声压级-表示式是：Lp,9,在正常人耳听觉范围里,声压的变化范围很大,而且对声音变化的反应不是

4、线性的,刚能听见的声压为基准声压: 使人耳产生疼痛感的声压为20N/m2,10,每个人能容忍的声压级上限与其噪声暴露的经历有关。未经过强声级的人，极限为125dB；有经常处于强噪声环境中经历的人，可达135140dB；通常，声压级在120dB左右，人就感到不舒服,11,声音可通过空气、固体或液体传播，遇到障碍物时声波将被反射、透射和吸收,12,第一节 吸声材料及吸声结构 建筑材料的吸声性能常用吸声系数表示 -入射的声能 -被反射的声能,13,吸声材料用于室内以控制混响时间、控制反射声、消除回声、降低室内噪声级。 在建筑声学工程中要求吸声系数应大于0.3,14,一、吸声材料及吸声结构分类 根据材

5、料的吸声机理的不同，主要可分为 共振吸声和多孔吸声两大类。 按照吸声构造特点，吸声结构可分为： 多孔性吸声材料吸声结构 薄板共振吸声结构 共振器吸声结构 穿孔板共振吸声结构 织物帘幕吸声结构 空间吸声体吸声结构 可调吸声结构,15,二、吸声材料及吸声结构的构造设计及应用 （一）常用多孔吸声材料、构造及应用,16,1、构造特点及常用材料 多孔吸声材料构造特点与吸音原理：材料从表到里具有大量的互相贯通的微孔，具有适当的透气性，当声波入射到材料表面时，很快进入微孔孔隙，引起微孔或间隙中空气的振动。小孔中心的空气质点可以自由地响应声波的压缩和稀疏，但是紧靠孔壁或纤维表面的空气质点振动速度很慢，这样就引

6、起空气质点间产生摩擦，空气振动摩擦等作用就将声能转化为热能，从而被吸收,17,多孔吸声材料有：纤维材料 颗粒材料 泡沫材料 织物及毛毡类,18,1）纤维材料及制品： 无机类最广泛应用：玻璃棉,19,岩棉制品 以玄武岩为主要原料，经高温熔融后，由高速离心设备制成无机纤维,同时均匀加入一定比例的粘结剂、防尘油、硅油，然后根据用户不同要求，制成岩棉板、岩棉管壳等不同产品。 特点：保温、吸音、防火 、耐久,20,矿棉吸声板： 矿棉装饰吸音板以矿棉为主要原料，矿棉是矿渣经高温熔化由高速离心机甩出的絮状物，无害、无污染，是一种变废为宝、有利环境的绿色建材,21,2）颗粒材料膨胀珍珠岩装饰吸声板： 以膨胀珍

7、珠岩为骨料，配合适量的粘结料，经过搅拌、成型、干燥、焙烧或者养护、表面处理而成的多孔性吸声材料。粘结料常用的品种有水玻璃、水泥、磷酸盐等。由于所用粘结料不同，它又可以细分为水泥膨胀珍珠岩装饰吸声板，水玻璃膨胀珍珠岩装饰吸声板等,22,膨胀珍珠岩具有轻质、绝热、吸声、无毒、不燃、无臭味等特点。 以它为骨料制成的膨胀珍珠岩装饰吸声板，具有重量轻，装饰效果好，防潮、防火、防蛀、耐酸隔热、吸声、可钉、可锯等优点。 缺点是强度相对要低些，所以在使用时，应注意避免碰撞，防止损坏板材的边角,23,3）泡沫材料类通常为泡沫塑料制品。 软质泡沫塑料软性聚胺酯泡沫塑料 泡沫铝吸音板-一种最新的隔音材料,24,泡沫

8、铝是一种在铝基体中均匀分布着 大量连通孔洞的新型轻质多功能材料。 它兼有连续金属相和分散空气相的特点，是集多种优良性能于一身的新型结构功能材料,25,吸声的泡沫铝粘贴到混凝土或钢结构上，竖在高架桥、轻轨两旁作为大型吸音墙，可以减轻城市交通噪声。隔声的泡沫铝可用于工厂机房、机器设备、户外建筑工地的噪声隔离，解决了目前广泛应用的玻璃棉、石棉等吸声材料的许多局限性。 保温：因其导热系数低，同时具有质轻、高比刚度、不燃烧等优点，可用作隔热、保温材料等,26,4）织物及毛毡类 阻燃化纤毯 吸音窗帘,27,2、吸声性能特点及主要影响因素 特点：对于中高频吸声系数较大。 一般高于500HZ时，可大于0.5，

9、而对于低频段（一般低于250Hz)吸声系数较小,28,吸声性能影响因素: （1）孔隙率、密度: 孔隙率是指材料中的空气体积和总体积之比。空气体积是指处于连通状态的气泡并且能被入射到材料中的声波引起运动的部分。 多孔材料的孔隙率一般在70%90%。 对于同一种多孔材料，当厚度一定而密度改变时，吸声特性会有所改变，但密度对吸声系数的影响不如厚度的影响大,29,2）厚度： 紧贴坚实壁面时，厚度增加，中低频率范围吸声系数会增加,30,3）材料背后的条件,31,4）吸湿、吸水的影响 -随含水率增加，首先降低了对高频声的吸声系数，继而影响范围扩大,32,5）面层情况的影响： 保证多孔材料吸声性能的首要条件

10、是保证材料表面具有良好的透声性能。 可以使用金属网、透气性好的纺织品、穿孔率大于20%的各种穿孔板等。 面层的不良处理将导致吸声效果改变。如：油漆、做表面硬化层,33,3、多孔吸声材料构造及应用 纤维材料-使用厚度：50100 m m ， 密度为：1530 Kg/m 表面材料： 玻璃丝布、金属网、阻燃织物、高穿孔率金属板、木格栅等护面材料。 中频500HZ以上吸声系数可达0.6以上。 用于会议室、报告厅、剧场、设备机房等吸声降噪,34,应用实例1,35,应用实例2,36,应用实例3,37,应用实例4,38,应用实例5,39,颗粒材料- 陶土吸声砖等，易损伤，常用于大截面通风管道内的消声处理，可

11、直接砌筑,40,泡沫材料-分为松散型、板状型。 松散类同纤维材料做法。 板状类可用龙骨直接安装,41,三聚氰胺泡沫（也称蜜胺吸音棉,42,二）薄板共振吸声结构构造及应用 1、构造特点及常用材料 构造特点吸声原理：薄板固定于一定间距的龙骨上，与墙面等形成共振空腔，在声波作用下产生共振，将声能转化为机械能，而起到吸声作用。 常用材料： 各类胶合板、木板、石膏板、 纤维水泥板、金属板等。 也可用薄膜.如:聚乙烯薄膜、 不透气的帆布等,43,44,纤维增强硅酸钙板： 国内近年来迅速发展的一种新型墙体材料，它以硅质材料(粉煤灰、砂、硅藻土等)和钙质材料(消石灰等)为主要原料，适量掺加纤维增强材料，经制浆

12、、成型、加压、蒸压养护、干燥、表面处理等工序制成的一种轻质建筑板材，其规格通常为厚度5-12mm，幅面尺寸12002400mm，经过加工可制成不同幅面尺寸,45,46,47,2、吸声性能特点及主要影响因素 吸声结构共振频率约为63300HZ，吸声系数约为0.20.5. 如用膜状材料,如聚乙烯薄膜、不透气的帆布等也可，但其共振频率要高些,48,主要影响因素: 改变板的单位面积质量或背面空腔深度,可调整吸声的共振频率。 为提高共振吸声频率附近的吸声系数，空腔内也可填充多孔吸声材料,49,3、薄板共振吸声材料构造及应用 龙骨间距: 450600,50,51,52,三）穿孔板共振吸声结构构造及应用 1

13、、构造特点及常用材料 构造特点： 穿孔板背后设置空气层，并在空腔内填充多孔吸声材料，组成穿孔板共振吸声结构,53,构造原理： 穿孔板上的每一个小孔及其对应的背后空气层，形成了一排排的空腔共振器，或者说是无数个共振系统，当入射波频率和这个系统固有频率相同时，穿孔孔径的空气就会因共振剧烈振动，在振动过程中主要因摩擦损失而吸收声能,54,常用材料：穿孔率在5%15%. 金属类：铝板、钢板等 胶合板、木板、纤维水泥板、 硅酸钙板等,55,微穿孔板吸声结构具有吸声系数高、吸收频带宽等优点,广泛应用于噪声控制的各个领域。 微穿孔板吸声结构具有良好的降噪功能,56,2、吸声性能特点及主要影响因素 一般穿孔率

14、为5%15%，共振频率、吸声频带一般大于200HZ，吸声系数大于0.4, 主要影响因素：穿孔率、板厚、空气层深度 穿孔率增加,共振频率提高, 增加板厚，增加空气层深度，共振频率降低,57,3、穿孔板共振吸声结构构造及应用 构造与薄板共振吸声结构相同，主要用于吸收中高频声音,58,59,微穿孔板-因吸声率高，空腔一般不需填充吸声材料,60,微穿孔板吸声结构-孔径小于1mm。 微孔金属消声器,61,四）织物帘幕吸声结构构造及应用 舞台幕布、窗帘等织物吸收中高频率声波，但其本身吸声系数较小。 织物吸声性能与其密度和打褶程度成正比，当频率大于125HZ时，吸声系数随打褶程度的增加而明显提高,62,常用

15、打褶程度100%，背后空腔深度为100，200，其平均吸声系数可达0.6,起到强吸声效果. 应用方便灵活,可用于厅堂等作可调吸声结构来调节混响时间,63,五）空间吸声体构造及应用 空间吸声体是悬挂于室内的吸声结构。它由吸声材料和结构骨架等制作成各种形状 。 如矩形体、平板状、圆柱体、圆锥体、球体、多面体及十字体等,64,制作空间吸声体的材料由穿孔铝板、穿 孔镀锌板、钢板网、阻燃透声布等面层材料 以及玻璃棉等多孔吸声材料填充内部组成,65,66,吸声性能特点及影响因素： 空间吸声体因有两个以上的面接触声波而增加了有效吸声面积，且具有较宽的吸声频率范围，是高效率的吸声结构。 影响其吸声效率的因素除

16、了与吸声结构本身吸声性能有关外，还与悬挂方式、空间吸声体之间的距离有关。所以应用时必需选择合适的空间吸声体之间的距离,67,空间吸声体构造及应用： 空间吸声体可灵活地根据建筑空间装饰及房间形体的需要，制作成各种形状,68,69,六）可调吸声结构 在对音质要求较高的场所，如剧场、音乐厅、录音棚等，需要可变的声学条件，往往采用可调吸声结构来控制室内声场条件，如混响时间等,70,71,可调吸声结构的运用应经过建筑声学设计，才能达到使用目的和要求,72,各类吸声构造比较,73,第二节 建筑隔声构造设计 隔声有两方面含义： 一是隔绝外来噪声的干扰， 二是控制室内噪声向外空间传播,74,从隔声角度看，隔声

17、设计一是隔绝空气声，二是隔绝撞击声。 撞击声的隔绝主要通过改善楼板的构造设计来完成,75,一、围护结构空气声隔声构造设计 1、隔声量与质量定律 隔声量定义： 建筑构件-墙体、楼板、门窗等对经空气传播声音的隔绝能力通常用隔声量“R”表示。 Pi-入射至隔声构件上的声压 Pt-经过隔声构件衰减后的声压,76,隔声量表示声音透射的多少，例如：靠近建筑外墙面处的道路交通噪声为75dB,而在室内降低至平均50dB，那么，我们说隔声量是25dB。 隔声量越大表示建筑构件的隔音能力越强,77,由隔声量与满意度的关系表中可知： 当隔声量达到40 dB以上时可取得较满意的隔声效果,78,79,质量定律适合于单层

18、匀质密实构件 单层匀质密实构件在有效隔声频率范围内，隔声量R可按照下式简化计算。 m-隔声构件的面密度（kg/m2） f-声波的频率（HZ） 有效隔声频率范围大致为共振频率和吻合临界频率之间,80,由公式可知，隔声量与墙体面密度以及入射 声波的频率有关，墙体受到某特定频率声波激发所 引起的振动与其惯性即质量有关，墙体单位面积重 量越大，透射的声能越小，隔声量越大。 对不同频率而言，频率越高隔声量越大,81,理论上，构件面密度增加一倍，实际隔声量增加约增加6dB。实际的经验值是5dB,82,2、单层匀质密实墙的空气声隔声 根据质量定律，为了使单层墙的隔声量有明显提高，就要把墙体的重量或厚度增加很

19、多，显然这在功能、空间、结构、经济等方面都不理想,83,采取办法：设置有空气间层的双层墙，也可在间层间填放吸声材料。 这样，与同样重量双层墙比，有较大的隔声量,84,85,86,3、双层匀质密实墙的空气声隔声 双层墙之间留间距50100的空气层，在隔墙总重量不变情况下可提高隔声量510dB。 如需进一步提高隔声量，可在双层墙内填充吸声材料，可提高310dB。实际使用时可按平均隔声量增加5dB计算。 填充的吸声材料多采用多孔性吸声材料，如玻璃棉毡、岩棉毡和其他多孔性板材,87,双层墙构造设计要点： （1）双层墙的共振频率宜在50Hz以下，（否则容易产生共振），空气层厚度应不小于50mm,88,2

20、）双层墙宜采用不同厚度、不同刚度的墙体，或增加阻尼等措施，避免在中频段出现吻合效应，降低隔声量。 常采用一层重墙一层轻墙的组合双层墙,在重量增加不多的情况下,可获得较高的隔声量,89,90,91,92,3）双层墙之间的连接、分立基础之间应避免“声桥”刚性连接。这时可采用柔性连接，如采用蝴蝶式连系杆(满涂厚度为1mm的橡胶)，或加柔性衬垫,93,因为，如果双层墙间有刚性连接，则 一侧墙体振动的能量将由刚性连接件传至另 一侧墙体，空气层将失去弹性作用。这种刚 性连接称为“声桥”。 在建筑施工中应注意避免碎砖与灰浆等物件落入夹层形成声桥,94,95,96,4）双层墙之间可填充多孔吸声材料，以提高隔声

21、量。 （5）砖墙砌筑时要密实、满浆满缝,97,6）当双层墙搁置在混凝土楼、地面上时，应采用弹性衬垫，如可采用40mm厚的玻璃棉作弹性衬垫，可比未加衬垫时的隔声量提高56dB,98,4轻质墙的空气声隔声 常用的轻质墙材料有空心砖、空心砌块、加气混凝土砌块(板)、石膏砌块、石膏板类、加压水泥板类等。 轻质墙的面密度较小，按隔声的质量定律， 其隔声性能比普通砖墙(如240mm砖墙)差。 有些轻质双层墙（如纤维板隔墙）的固有频率相当高，在入射声波作用下出现共振将导致隔声能力降低,99,100,101,为提高轻质墙的隔声性能，常采取下列措施： (1)采用双层乃至多层结构，其间留空腔或填 充多孔性吸声材料

22、。 (2)板材类轻质隔墙，可采用分立龙骨、在板 材与龙骨间加弹性垫层(如弹性金属片)等措施,102,经采取适当的构造措施后，可使一些轻质墙达 到240mm厚砖墙的隔声量。 不同构造的纸面石膏板轻质隔墙的隔声量如下表,103,填充多孔性吸声材料吸声材料多孔性吸声材料，如玻璃棉毡、岩棉毡等可提高隔音量,104,105,106,5组合墙的隔声量 在建筑物中，墙体是具有门窗等各类建筑构件的组合体，并且墙上还可能有各类管线等穿墙孔洞，故其隔声量都低于墙体。 因此组合墙的隔声量常要低于单一材料墙体的隔声量。 有数据表明，如果在隔声量为40分贝面积为10平方米的墙体上留出0.1平方米的孔洞而不作特殊处理,墙

23、体隔声量就减少到20分贝,107,孤立地提高墙体的隔声能力往往不能取得最佳性能价格比的结果。 在设计中，应遵循“等传声量原则”一般墙体的隔声量比门窗的隔声量高10dB左右。 要提高组合墙的隔声量，最经济的办法是提高隔声性能较差构件的门窗的隔声量,108,墙上的孔洞、缝隙等使中高频隔声量下降， 可采取玻璃棉填充、将开孔错开不要在墙上形成通 孔、尽量不要将孔洞开在两墙相交棱线附近,109,空调管道、水管等大的管线穿墙处必须采取隔声、隔振措施。 因为，设备管道带来的噪音很大，这些噪音主要通过管本身、管内流体、管支撑铁件等固体传播到室内，造成噪声污染，为避免这类噪音，首先，管道的支撑铁件与管道间的接缝

24、应用橡胶等缓冲材料包起来，其次，管道穿墙或穿过楼盖时应采取柔性的接缝处理,110,采用套管，套管与墙之间采用沥青麻丝、玻璃纤维布等密封，而在管线与套管之间则可采取多孔性吸声材料（如玻璃棉等）填充的软连接措施，以便于隔声和隔振,111,二、楼板隔绝撞击声的构造设计 楼板隔声性能包括隔绝空气声和撞击声两个方面。 隔绝空气声依然遵循“质量定律”。 楼板自身有一定厚度和重量,所以必然有一定 的隔绝空气声的能力,112,但是在楼板上，由于人们的行走、拖动家具、 物体碰撞等引起固体振动所辐射的噪声，对楼下房 间的干扰特别严重，同时由于楼板与四周墙体的刚 性连接，将振动能量沿着建筑围护结构传播，导致 结构的

25、其他部件也辐射声能，因此隔绝撞击声的矛 盾显得更为突出,撞击声除了直接经楼板向下辐射声能外，撞 击所产生的振动经建筑物结构(固体)传向建筑 物各处，而且衰减很小，可以传得很远，影 响范围较广,113,通常说的楼板隔声，主要就是指隔绝撞击声的 性能,114,隔绝撞击声是楼板隔音的重要措施。 （一）承重楼板隔绝撞击声能力 “撞击声级”的概念： 用标准撞击器撞击楼板，在楼板下的房间内测定其产生的声压级，称为“撞击声级,115,承重楼板(如钢筋混凝土楼板)的撞击声级随 频率增加而上升(约1.5dB倍频程)； 随楼板厚度增加而减小。厚度增加一倍，理论 上可使撞击声级降低10dB，但因边界条件等实际 原因

26、达不到10dB的改善量,116,二）改善楼板撞击声隔声的构造措施 （主要有三种措施） 1在承重楼板上铺设弹性面层材料 弹性面层材料可减弱撞击的能量和楼板的振 动，从而达到改善楼板隔声的效果。 常用的弹性面层材料有各类地毯、塑料地面、 再生橡胶、木地板（有龙骨的和实铺的）等,117,部分弹性面层构造与其撞击声改善值如下图所 示。 弹性面层对中高频的撞击声改善比较明显,118,2浮筑楼板 在承重楼板与面层之间铺设一层弹性材料将 面层与承重楼板隔离，即把面层浮筑于楼板上，使 面层所受撞击声的振动只有一小部分传至承重楼板 层而向下辐射噪声，因而改善楼板撞击声隔声性能,119,浮筑楼板基本构造(1) -

27、面层为水泥砂浆,120,浮筑楼板基本构造(2)-面层为木地板,121,浮筑楼板的面层材料不宜太轻，垫层材料弹性 要好，才能获得较高的楼板撞击声改善值。 对于有龙骨的构造，在龙骨下面必须加垫弹性 材料，否则撞击声改善量不高，且易在中低频段引 起负作用,122,浮筑楼板的设计和施工应注意： 避免产生“声桥”； 不能超过垫层材料的允许荷载； 构造上要保证整个地面浮筑,123,3在承重楼板下加设吊顶 在楼板下加设钢板网抹灰、纤维板、石膏板、水 泥压力板等板材类吊顶，因其有一定的隔声能力 为提高隔声能力，板间接缝处应抹腻子，吊顶与楼 板间应采用弹性连接，可用弹性卡子、弹性吊钩等 办法,124,125,加设吊顶的隔声效果取决于： 单位面积的重量。越重的板材隔声性能越好。 吊顶与楼板间有一定的距离。 距离大，隔声好。还可在空气层中填放吸声材料，提高隔声量。 吊顶与楼板间是否采用的弹性连接,126,127,第三节 隔声门窗构造 在围护结构隔声“系统”中，门窗通常总是隔声的薄弱环节。因为其密度比墙体小，普通门周边的缝隙也是传声的途径。 根据“等传声量原则”，围护系统隔声关键是门窗的隔声。 一般： 未作隔声处理可开启的门，其隔声量大致为20 dB. 质量较差的木门，因有木板间的收缩缝隙，隔声量可能低于15 dB,128,隔声门、隔声窗主要用于室内噪声级