建筑声学：第二部分 吸声材料和吸声结构

1、第二部分 吸声材料和吸声结构建 筑 声 学ARCHITECTURE ACOUSTICS第一节 概述吸声和隔声是完全不同的两个概念第一节 概述吸声和隔声是完全不同的两个概念第一节 概述材料的吸声着眼于声源一侧反射声能的大小，目标是反射声能要小；材料的隔声着眼于声源异侧透射声能的大小，目标是透射声能要小。吸声和隔声是完全不同的两个概念第一节 概述吸声材料对入射声能的反射很小，意味着声能容易进入和透过这种材料；可以想象，此材料是多孔、疏松、透气的多孔性材料。隔声材料要求减弱透射声能，阻挡声音的传播，就不能如同吸声材料一样多孔、疏松、透气，相反，它的材质应当是重而密实的，如钢板、铅板、砖墙。隔声材料材

2、质要求：（1）密实无孔隙；（2）重量较大。吸声和隔声是完全不同的两个概念第一节 概述对于单一材料（非复合材料），吸声能力与隔声效果往往无法兼顾。比如，砖墙或钢板可作为好的隔声材料，但吸声效果很差；如果用吸声性能很好的材料（假设声波入射到该材料时，声能被吸收99%，1%透射）做隔声材料，其隔声量为20dB并非好的隔声材料第一节 概述所有建筑材料都有一定的吸声特性，工程上把吸声系数比较大的材料和结构（大于0.2）称为吸声材料或吸声结构。吸声材料：材料本身具有吸声特性。如玻璃棉、岩棉等纤维或多孔材料。吸声结构：材料本身可不具备吸声特性，但材料制作成某种结构而产生吸声性能。如有机玻璃微穿孔吸声板。用途

3、：控制室内混响时间等(减弱室内反射声强)，消除回声、颤动回声、声聚焦等音质缺陷， 室内吸声降噪。定义：声波在媒质传播过程中声能产生衰减的现象称为吸声，吸声系数是评定材料吸声作用的主要指标。 吸声材料和吸声结构第一节 概述11-18页2位同学材料的吸声特性用吸声系数来表征：理论上，的变化从0（无声能被吸收）到1.0(所有入射声完全被吸收)(吸声系数没有单位，无量纲)材料的吸声系数往往随频率而异，因此吸声的频率特性很重要 吸声系数第一节 概述 % 反射 % 吸收和透射 吸声系数开窗 0 100 1.05cm玻璃棉 20 80 0.824cm砖墙 98 2 0.02第一节 概述 开 窗 5cm玻璃棉

4、 25cm砖墙吸声系数 1.0 0.8 0.02材料面积 S ( m2 ) 100 m2 100 m2 100 m2吸声量A =S 100 m2 80 m2 2 m2( m2 吸声单位 )吸声量 A一个材料的吸声量A = 材料的面积 X 吸声系数吸声量A的单位为： 平方米第一节 概述如房间内具有下列三种材料,房间总吸声量，可由下表得出： 材料 面积 (m2 ) 吸声系数 吸声量A (m2) 开窗 4 1.0 4 m25cm玻璃棉 7 0.8 5.6 m225cm砖墙 30 0.02 0.6 m2-总吸声量A =10.2 m2第一节 概述反射声压级L p与表面吸声系数的关系第一节 概述垂直入射吸

5、声系数、斜入射吸声系数、混响室法吸声系数 吸声系数的分类：吸声系数不仅与声波的频率有关，还与入射声波的方向有关第一节 概述吸声系数的表达：通常采用125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的吸声系数来表示材料和结构的吸声频率特性 有时也把250、500、1000、2000Hz四个频率吸声系数的算术平均值称为降噪系数 (NRC) 第一节 概述建筑师应了解些什么？1.各种材料的吸声特性（是否吸声，吸声能力强否，对各频率不 同吸声效果）2.各种吸声结构的吸声特性（同一材料，由于构造不同改变了 吸声性能）3.吸声处理和室内装修结合考虑: 防火、防虫、卫生、反光、 维护、施工方便、

6、强度、防霉、防潮4. 吸声处理 的 装饰效果及其经济性 第一节 概述20-261第一节 吸声材料和结构依据其吸声机理可分为三大类： 第二节 吸声材料和结构一、吸声材料和结构分类二、多孔吸声材料 、吸声机理与特性 机理：粘滞摩擦和热传导效应 吸声发生的条件：具有大量内外联通的孔隙 吸声特点：一般中高频吸声系数较大，低频吸声系数较小。但增加吸声材料的厚度或在背后留有一定厚度的空气间层，可在一定程度上改善低频范围的吸声性能 第二节 吸声材料和结构“诱敌深入，围而歼之”八字来说明 诱敌 材料表面透气（声）性好，有一定开放性孔隙，无阻挡地透入深入 要求材料内部有相互贯通的微孔和缝隙，并有相当厚度围而 不

7、让逃跑（由纤维粗细、排列、密度、内部空隙决定）歼之 把声能的大部分消耗在材料内部二、多孔吸声材料 、吸声机理与特性 第二节 吸声材料和结构一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 主要的影响因素：空气流阻、孔隙率 、厚度 、容重（表观密度）、背后条件 、饰面层等 a、空气流阻 对于一定厚度的多孔材料，有一个最佳的流阻值，流阻值过高或过低都会削弱材料的吸声能力b、孔隙率 通常孔隙率与流阻有较好的对应关系，孔隙率大，流阻小，反之，则流阻大。因此，对于一定厚度的材料亦存在最佳的孔隙率。 第二节 吸声材料和结构c、厚度 一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构紧贴坚实墙面安装的

8、多孔材料，随厚度的增加，中低频的吸声系数增加，且吸声的有效频率范围也有所扩大d、容重（表观密度） 材料容重也存在最佳值 一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构28-322e、背后条件 一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构安装条件对多孔材料的吸声性能有很大影响。当多孔材料与刚性壁面之间留有空腔时，与材料实贴在刚性壁上相比，中低频吸声能力会有所提高，其吸声系数随空气层厚度的增加而增加,但增加到一定值后效果就不明显 一般当空气层深度为入射声波1/4波长时，吸声系数最大，为入射声波1/2波长或其整数倍时，吸声系数最小 f、装饰面层的影响面层可能影响

9、其吸声性能，故在使用时应慎重 一般会使中高频吸声系数降低，尤以高频下降更为明显，低频吸声系数则稍有提高 多孔材料装饰面层可采用透气性好的阻燃织物，也可采用穿孔率在25%以上的穿孔板(金属丝网、钢板网) 一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构f、装饰面层的影响一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构g、湿度和温度的影响 一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构常温条件下，温度对多孔材料吸声系数几乎没有影响。但温度变化很大时会引起声波波长发生变化，从而使吸声频率特性曲线沿频率轴平移，而曲线形状保持不变 g、湿度和温度的影响

10、多孔材料不宜在潮湿的环境中使用 一、多孔吸声材料 2、影响吸声性能的因素 第二节 吸声材料和结构由于吸湿吸水后，材料中孔隙减少。首先使高频吸声系数降低，随含湿量的增加，其影响的频率范围将进一步扩大。 34-381二、穿孔板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构一、穿孔板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构一个封闭的空腔，有一小孔与外连通。当声波射向此孔时，孔颈处的“一团”空气像一个活塞在孔颈附振动，因为后面的空气腔起了“弹簧”的作用，参与振动。颈部处摩擦消耗了声能 。二、穿孔板共振吸声结构1、吸声机理第二节 吸声材料和结构二、穿孔板共振吸声结构1、吸声机理第二节 吸声材料和结构穿孔板共振频率：二、穿

11、孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构圆孔按正方形排列：C 空气中声速，m/s； 穿孔率，穿孔面积S与板的面积S0之比；L 空腔深度；cm 板的厚度修正值，0.8d，d为孔径，cm40-432穿孔板共振频率：二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构空腔深度L一定时，穿孔率P小，共振频率低；穿孔率P一定时，空腔深度L大，共振频率低；设计共振吸声结构的目的是为以获得低频的吸声效果。增加板的L和减小板的P均可以降低共振频率。增加空腔深度会减小房间的使用面积，常采取减小板的P达到所需的较低共振频率。穿孔率应比较小，通常是小于5%。穿孔板共振吸声结构最大的吸声系数在共振频率附

12、近，离共振频率越远，吸声系数越小。二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构吸声性能取决于板厚、孔径、孔距、空气层厚度以及底层材料。穿孔板吸声结构空腔内无吸声材料时，最大吸声系数约为0.30.60（主要吸收中频）。这时穿孔率不宜过大，以1%5%比较合适。穿孔率大，则吸声系数峰值下降。二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构空腔内放置多孔吸声材料，可增大吸声系数，并可展宽吸声频带。 多孔材料一般应贴近穿孔板布置,共振吸声系数显著提高，而且大大扩展了吸声的频率范围二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构小于1mm厚的薄板上，孔径小于1mm，通常在0.1

13、 0.3mm，穿孔率约在15%，本身具有足够的声阻，而不必再加吸声材料。它和后背的空腔组成的共振吸声体，也叫微穿孔板吸声体。如果把微穿孔板实贴在壁面上(空腔为零)，因不能形成共振结构，此时也就没有吸声作用。微穿孔板可以是金属板、聚合板、聚合膜、纤维织物等。45-511二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构吸声体的吸声特性可进行理论计算。吸声体的构造简单，不需要另加多孔性吸声材料。吸声体共振吸声的频带较宽，其半吸声带宽（吸声系数大于最大吸声系数一半的频带宽度)约达2个倍频程，吸声体用途广泛，可根据实际应用情况，选择材料加工微穿孔板，吸声体用于一般工程外，还能用防火要求高、雨雾高

14、温、高速气流以及高温环境条件下使用。微穿孔吸声板特点二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构扩展微穿孔板吸声体的吸声频带双层微穿孔板吸声体的吸声特性双层微穿孔板吸声体的构造示意图二、穿孔板共振吸声结构2、吸声性能第二节 吸声材料和结构扩展微穿孔板吸声体的吸声频带组合微穿孔板吸声体的构造示意图组合微穿孔板吸声的理论吸声频率特性53-612材料： 吸声机理： 薄膜：油毡、帆布、人造革、塑料膜、金属膜等 薄板：木夹板、纤维板、石膏板、FC板等 与背后封闭的空腔也组成一个共振系统 三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构薄板共振m板面密度密闭空气层形成弹簧 板后空腔密闭很重要，

15、形成空气弹簧。 采用不同空气层厚度，不同龙骨间距，不同板材等，可展宽吸声频带。三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构 空气密度，Kg/m3；C 空气中声速，m/s；m 膜的面密度，Kg/m2；D 膜的空腔深度，m。 不受张力或张力很小的膜，其共振频率可按下式计算：三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构薄板吸声结构的共振频率可按下式计算： 空气密度，Kg/m3；C 空气中声速，m/s；m 板的面密度，Kg/m2；D 板的空腔深度，m；K 结构的刚度系数，Kg/m2s2。 三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构K与板的弹性模量、厚度及安装龙骨间距有关薄板吸声结构三、薄

16、膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构胶合板的吸声特性薄板吸声结构三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构胶合板空腔填充玻璃棉的吸声特性薄板吸声结构三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构石膏板的吸声特性薄膜和薄板的吸声频率特性： 膜结构的共振频率通常在2001000Hz（中低频）之间，最大吸声系数可以达到0.30.4 薄板吸声结构共振频率多在80300Hz （低频）之间，最大吸声系数约为0.20.5 设计时注意： 建筑中的架空木地板、大面积的抹灰吊顶、木结构装修、玻璃窗等也相当于薄板共振吸声结构，对低频声有较大的吸收 三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构帆布后

17、放置多孔吸声材料的影响 三、薄膜和薄板共振吸声结构第二节 吸声材料和结构63-782 空间吸声体 坐席吸声 可变吸声结构 特殊吸声材料和结构四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构 窗帘 舞台幕布 洞口1、空间吸声体 一般安装在顶棚悬挂于空中四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构由多孔性吸声材料填充1、空间吸声体 优点：吸声效率高，空间布置灵活吸声频率特性：中高频吸声大，低频吸声小布置时要考虑多种因素的影响四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构A . 平板式空间吸声体 竖挂板片间距的影响 广东陆丰日星扬声器厂车间大厅上海黄浦体育馆（1975）黄浦体育馆用十字形空间吸声体B. 圆筒式空间吸声体 不

18、同管径壁厚的棉管吸声比较按性能价格比的分析上海儿童球幕电影厅1994年台州温岭教堂 竖挂玻璃棉管作空间吸声体走道平放玻璃棉管作空间吸声体圆筒式空间吸声体安徽体育馆 竖挂圆筒空间吸声体 筒径45cm，中距106cm，高度90cm 透明微穿孔塑膜圆筒空间吸声体深圳某小学教室楼中庭内立方空间吸声体C. 立体式空间吸声体 锥形空间吸声体上海科技馆上海科技馆80-8612、可调吸声结构 应用：多功能厅等建筑 吸声频率特性：中高频容易调节，设计中，可调吸声结构应尽可能做到在全频域内都有较大的吸声调节量 实用调幅范围：一般为0.20.3秒，连同舞台音乐罩的作用，观众厅可调混响时间的范围可达0.40.5秒 四

19、、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构文娱演出、会议、电影单一用途，表演内容不同 交响乐、室内乐、重奏、独奏88-9213、织物帘幕 窗帘与幕布具有多孔吸声材料的吸声性能。其吸声作用主要取决于材料质地、安装方式以及构造型式。帘幕离墙一定距离悬挂，如同多孔吸声材料背后加空腔，可以提高吸声系数。单位面积重量增加，厚度加厚，打褶增多都有利于吸声系数的提高。一些织物帘幕通过背后留空腔和打褶，平均吸声系数能够达到0.600.80左右，可作为可调吸声结构，用来调节室内的混响时间。 四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构3、织物帘幕 四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构4、强吸声结构 截止频率:尖劈垂直入射

20、吸声系数0.99的最低频率，被称为尖劈的截止频率 。四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构50Hz 1.7m100Hz 0.85m4、强吸声结构 四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构4、强吸声结构 四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构94-10025、洞口的吸声连通自由场的洞口，声波通过它可全部透射到室外，反射为零，因此吸声系数为1。如果洞口不是朝向自由场，透过洞口的声能会有一部分反射回来，这时洞口的吸声系数小于1。剧院的舞台口的吸声系数：有几种说法。一种认为舞台口的吸声系数是固定的，为0.30.5左右。另一种认为与舞台的吸声情况有关，即取决于大厅和舞台混响时间的长短。四、其他吸声结构第二

21、节 吸声材料和结构6、坐席吸声座椅和有人就坐时的吸声约占总吸收量的60%70%。对观众厅座椅吸声估计不准确，将直接影响厅堂混响时间计算的误差。人和座椅的吸声需要重视。四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构6、坐席四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构在厅堂音质设计时，分别计算空场和满场的混响时间。把座椅无人就坐时的称为空场把观众坐满时的情况称为满场坐席的计量有两种方法：一是用单个吸声量表示，这样，观众席总吸声量等于单个吸声量乘以座位数。但据美国声学家白瑞纳克的研究，在观众厅混响设计中，观众席的吸声量采用观众席的面积（四周各扩大0.5m）乘以观众席的吸声系数来表示更为准确。6、坐席不同材质的座椅

22、有不同的吸声频率特性四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构座椅材质倍频程/Hz的吸声系数125250500100020004000胶合板椅0.050.050.030.030.020.02真皮面软椅0.440.640.600.620.580.50仿皮面软椅0.200.400.560.510.430.27织物面软椅0.490.660.800.880.820.706、坐席人对座椅的吸声影响四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构人入座后将遮挡坐垫和背垫，坐席的吸声由人的吸声决定人的吸声大小和着装密切相关6、坐席座椅的选择-声学要求四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构座椅的吸声系数小而座椅坐人时的吸声

23、系数大座椅的吸声系数大而座椅坐人时的吸声系数小厅堂混响时间受观众数量影响座椅的最佳吸声值：空椅的吸声与座椅坐人时的吸声相同混响时间不随观众的数量变化而变化7、空气的吸收 空气的吸收，在高频时比较大，因此，在混响时间计算中应加以考虑。由于空气的吸收，对很高的频率，即使大厅表面完全不吸声，其混响时间也不会特别长。设计时，一般认为1000Hz开始有吸收，2000Hz以上必须考虑。 四、其他吸声结构第二节 吸声材料和结构空气吸声系数125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz4000Hz0.0040.010.024102-1292吸 声 材 料材料种类常用材料纤维材料有机纤维材料毛毡、纯毛地

24、毯、麻绒、海草、椰子丝无机纤维材料超细玻璃棉、岩棉、矿棉吸声板、无纺布、化纤地毯颗粒材料膨胀珍珠岩吸声砖、陶土吸声砖、珍珠岩吸声装饰板泡沫材料聚氨脂泡沫塑料、尿醛泡沫塑料、泡沫玻璃、三聚氰胺吸声棉金属材料卡罗姆吸声板、铝纤维板等多孔吸声材料的基本类型 有机纤维材料动物纤维 毛毡、纯毛地毯 吸声性能好，装修效果华丽，但价格较贵，只有在非常高档的装修中才采用。植物纤维 木丝板、麻绒、海草、椰子丝等，价格便宜，但防火、防潮、防霉效果较差，装饰效果也不理想，除了一些采用新型工艺生产的木丝板外，其他植物纤维材料很少在会议厅的声学装修中使用。植物纤维制品（木丝板）有机纤维材料植物纤维制品有机纤维材料图2.

25、33 新型木丝板工程实例24有机纤维材料有机纤维材料有机纤维材料一般为表面开槽穿孔板，又称“帕特”板。有机吸声材料 木质穿孔装饰吸声板 有机吸声材料 木质穿孔装饰吸声板 有机吸声材料 木质穿孔装饰吸声板 有机吸声材料 木质穿孔装饰吸声板 无机纤维材料（多孔吸声材料中最主要的类型）玻璃棉吸声性能好，价格便宜，目前使用最多。岩棉、矿渣棉 质轻、耐久、不燃、不腐、不霉、不受虫蛀。产生颗粒 吸入物，刺激皮肤，不环保，主要用于隔振和隔声工程。无机纤维吸声材料化纤吸声材料无机纤维吸声材料化纤吸声材料无机纤维吸声材料膨胀珍珠岩吸声板、吸声砖，陶土砖防火性能好，安装简便，但吸声效果相对较差。颗粒材料泡沫塑料、

26、聚氨脂泡沫塑料等容易造型，装修效果好，但吸声性能不稳定，传统的产品防火性能差（阻燃吸声泡沫塑料，价格贵）。泡沫材料金属材料（新形材料）铝泡沫板铝粉末烧结板卡罗姆吸声板金属材料（新型材料）铝合金粉末压制而成的多孔材料。具有金属的强度，易弯折、切割，适合曲面吸声处理。防火、耐腐蚀、不易损坏，吸声效果需借助背后空腔。新型吸声材料金属吸声材料-铝纤维新型吸声材料金属吸声材料其它空腔对铝粉末板吸声的影响新型吸声材料金属吸声材料的吸声性能铝纤维毡550g/m2，厚1.35mm铝纤维板空腔对吸声特性的影响 新型吸声材料金属吸声材料的吸声性能新型吸声材料金属吸声材料新型吸声材料金属吸声材料新型吸声材料金属吸声材料新型吸声材料金属吸声材料130-1361湖南大学大礼堂声学改造