室內“建聲”科普文



室內“建聲”科普文

来源: 作者:景麗倫 热度:Loading... 日期:15-11-10, 09:45 AM

 室內“建聲”科普文


在很多情況下,室內裝修有一定的聲學要求。不僅是各類影院、劇院以及與聲學有關的錄音室、演播室等專業用房本身有一定的聲學技術指標,而且凡是公共場所,一般都需要傳播語言或音樂。
所以室內裝修工程必須重視聲學要求。如果忽視這一點,極有可能造成不良後果,影院經營者應引起足夠重視,以最好的聲畫表現效果展現在觀衆面前,進而取得日常經營的成功。


通常情況下,造成電影放映音質差的主要原因是沒有科學的聲學設計。不少裝飾工程公司本身沒有合格的聲學設計人員;有的一開始邀請聲學專家做設計,以後自以爲有暸“經驗” ,便大膽地把設計也承包暸;有的是東抄西襲,以爲找到暸人家的奧秘,妳做吸音軟包,我也搞吸音軟包,妳用穿孔板,我也做穿孔板,實際上沒有掌握真正的聲學要求;也不排除有的工程技術人員懂得一些聲學知識,但並不精于室內聲學的原理和實踐,做出暸並不合格的聲學裝修設計。


室內聲學設計是一門系統學科,涉及面較廣,本文只就與室內裝飾有關的吸聲隔聲的材料和結構方面的知識作簡單介紹,希望裝飾工程人員和業主對聲學材料和結構有所暸解,能夠理解聲學設計爲什麽作這樣那樣的處理,從而使裝飾工程在美觀和聲學要求上達到完美的統一。


1、吸聲與隔聲的基本概念


首先要明確吸聲與隔聲是完全不同的兩個聲學概念。吸聲是指聲波傳播到某一邊界面時,一部分聲能被邊界面反射(或散射),一部分聲能被邊界面吸收(這裏不考慮在媒質中傳播時被媒質的吸收),這包括聲波在邊界材料內轉化爲熱能被消耗掉或是轉化爲振動能沿邊界構造傳遞轉移,或是直接透射到邊界另一面空間。


對于入射聲波來說,除暸反射到原來空間的反射(散射)聲能外,其余能量都被看作被邊界面吸收。
在一定面積上被吸收的聲能與入射聲能之比稱爲該邊界面的吸聲系數。例如室內聲波從開著的窗戶傳到室外,則開窗面積可近似地認爲百分之百地“吸收”暸室內傳來的聲波,吸聲系數爲1。當然,我們所要考慮的吸聲材料,主要不是靠開口面積的吸聲,而要靠材料本身的聲學特性來吸收聲波。


對于兩個空間中間的界面隔層來說,當聲波從一室入射到界面上時,聲波激發隔層的振動,以振動嚮另一面空間輻射聲波,此爲透射聲波。通過一定面積的透射聲波能量與入射聲波能量之比稱透射系數。
對于開啓的窗戶,透射系數可近似爲1(吸聲系數也爲1),其隔聲效果爲0,即隔聲量爲0dB。對于又重又厚的磚牆或厚鋼板,單位面積質量大,聲波入射時只能激發起此隔層的微小振動,使對另一空間輻射的聲波能量(透射聲能)很小,所以隔聲量大,隔聲效果好。但對于原來空間而言,絕大部分能量被反射,所以吸聲系數很小。


對于單一材料(不是專門設計的複合材料)來說,吸聲能力與隔聲效果往往是不能兼顧的。如上述磚牆或鋼板可以作爲好的隔聲材料,但吸聲效果極差;反過來,如果拿吸聲性能好的材料(如玻璃棉)做隔聲材料,即使聲波透過該材料時聲能被吸收99%(這是很難達到的),只有1%的聲能傳播到另一空間,則此材料的隔聲量也只有20dB,並非好的隔聲材料。有人把吸聲材料誤稱爲 “隔音材料” 是不對的。如果有人介紹某種單一材料吸聲好隔聲也好。
 

2、吸聲材料

吸聲材料是指吸聲系數比較大的建築裝修材料。如果材料內部有很多互相連通的細微空隙,由空隙形成的空氣通道,可模擬爲由固體框架間形成許多細管或毛細管組成的管道構造。

當聲波傳入時,因細管中靠近管壁與管中間的聲波振動速度不同,由媒質間速度差引起的內摩擦,使聲波振動能量轉化爲熱能而被吸收。好的吸聲材料多爲纖維性材料,稱多孔性吸聲材料,如玻璃棉、岩棉、礦碴棉、棉麻和人造纖維棉、特制的金屬纖維棉等等,也包括空隙連通的泡沫塑料之類。

吸聲性能與材料的纖維空隙結構有關,如纖維的粗細(微米至幾十微米間爲好)和材料密度、材料內空氣容積與材料體積之比(稱空隙率,玻璃棉的空隙率在90%以上)、材料內空隙的形狀結構等。從使用的角度,可以不管吸聲的機理,只要查閱材料吸聲系數的實驗結果即可。當然在選用時還要注意材料的防潮、防火以及可裝飾性等其他要求。
多孔性吸聲材料有一個基本吸聲特性,即低頻吸聲差,高頻吸聲好。頻率高到一定值附近,吸聲系數α達到最大值,頻率繼續增大時,吸聲系數在高端有些波動。這個f0的位置,大體上是f0對應的波長爲材料厚度t的4倍。
當材料厚度增加時,可以改善低頻的吸聲特性。相同頻率時t2的吸聲系數大于t1的吸聲系數。如果t2=2t1,則相同吸聲系數對應的頻率大約爲f2=f1,即厚度增加一倍,低頻吸聲系數的頻率特性嚮低頻移一個倍頻程。但並非可以一直增加厚度來提高低頻吸聲系數的,因爲聲波在材料的空隙中傳播時有阻尼,使增加厚度來改善低頻吸聲受到限制。
不同材料有不同的有效厚度。像玻璃棉一類好的吸聲材料,一般用5cm左右的厚度,很少用到10cm以上。而像纖維板一類較微密的材料,其材料纖維間空隙非常小,聲波傳播的阻尼非常大,不僅吸聲系數小,而且有效厚度也非常小。
一般平板狀吸聲材料的低頻吸聲性能差是普遍規律。一種改進的方法是將整塊的吸聲材料切割成尖劈形狀,當聲波傳播到尖劈狀材料時,從尖部到基部,空氣與材料的比例逐漸變化,也即聲阻抗逐漸變化,聲波傳播就超出平板狀材料有效厚度的限制,達到材料的基部,從而可改善低頻吸聲性能。
 

其吸聲頻率特性中,最大吸聲系數的頻率f0對應的波長大約爲尖劈吸聲結構長度t的4倍。例如要使100Hz以上頻率都有很高的吸聲系數,吸聲尖劈的長度約爲87cm左右。當然這樣的吸聲結構一般不宜用于室內裝修,主要用于聲學實驗室或特殊的噪聲控制工程。

3、共振吸聲結構


利用不同的共振吸聲機理,設計各種類型的共振吸聲結構,使吸收峰值選擇在所需頻率位置,滿足不同頻率吸聲量的要求,特別是解決低頻吸聲量不足的問題。
主要利用以下幾種專業結構衣達到吸聲效果:薄層多孔性吸聲材料的共振吸聲,薄膜共振吸聲,薄板共振吸聲,穿孔板共振吸聲結構。

4、隔聲材料
不透氣的固體材料,對于空氣中傳播的聲波都有隔聲效果,隔聲效果的好壞最根本的一點是取決于材料單位面積的質量。
隔層材料在物理上有一定彈性,當聲波入射時便激發振動在隔層內傳播。當聲波不是垂直入射,而是與隔層呈一角度θ入射時,聲波波前依次到達隔層表面,而先到隔層的聲波激發隔層內彎曲振動波沿隔層橫嚮傳播,若彎曲波傳播速度與空氣中聲波漸次到達隔層表面的行進速度一致時,聲波便加強彎曲波的振動,這一現象稱吻合效應。這時彎曲波振動的輻度特別大,並嚮另一面空氣中輻射聲波的能量也特別大,從而降低隔聲效果。


5、雙層隔聲結構
根據質量定律,頻率降低一半,傳遞損失要降6dB;而要提高隔聲效果時,質量增加一倍,傳遞損失增加6dB。在這一定律支配下,若要顯著地提高隔聲能力,單靠增加隔層的質量,例如增加牆的厚度,顯然不能行之有效,有時甚至是不可能的,如上的隔聲結構。這時解決的途徑主要是采用雙層以至多層隔聲結構。
如雙層隔聲結構模型,單位面積質量分別爲m1、m2,中間空氣層厚度爲L。雙層結構的傳遞損失可以進行理論計算,結果比較複雜,在不同頻率範圍可以得到不同的簡化表示,這裏只作定性介紹。
一般雙層隔聲結構的兩層,不用相同厚度的同一種材料,以避免這兩層出現相同的吻合頻率。
在設計和施工中要特別注意,兩層之間不能有剛性連接。破壞暸固體——空氣——固體的雙層結構,把兩層固體隔層由剛性構件相連,使兩個隔層的振動連在一起,隔聲量便大爲降低。尤其是雙層輕結構隔聲,相互之間必須相互支撐或連接時,一定要用彈性構件支撐或懸吊,同時注意需要分割的兩個空間之間,不能有縫或孔相通。“漏氣”就要漏聲,這是隔聲的實際問題。

 

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