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隔声材料(Soundproof Materials),是指把空气中传播的噪声隔绝、隔断、分离的一种材料、构件或结构。对于隔声材料,要减弱透射声能,阻挡声音的传播,就不能如同吸声材料那样多孔、疏松、透气,相反它的材质应该是重而密实的,如钢板、铅板、砖墙等一类材料。隔声材料材质的要求是密实无孔隙或缝隙;有较大的重量。由于这类隔声材料密实,难于吸收和透过声能而反射能强,所以它的吸声性能差。
隔声材料:材料一、能过共振吸声的方式的隔音材料有:石膏板、石棉水泥、胶合板、钢板、铝板以及硬质纤维板。材料二、玻璃棉、麻棉毛毡、有机纤维材料、岩棉、矿棉以及聚苯乙烯泡沫塑料这几种。材料三、石膏板、硬质纤维板等能够将板块四周固定,然后连通板后的封闭空气层,从而达到吸音隔音的效果。材料四、皮革、塑料薄膜、人造革等具有不透气、张拉能力强而且柔软的材料,通过声音的共振频率能够有效阻隔声音传播。材料五、具有特殊功能的窗幕以及空间吸声体。
凡是能用来阻断噪声的材料,统称为隔声材料。 隔音材料五花八门,日常人们比较常见的有实心砖块、钢筋混泥土墙、木版、石膏板、铁板、隔声毡、纤维板等等。 严格意义上说,几乎所有的材料都具有隔音作用,其区别就是不同材料间隔音量的大小不同而已。同一种材料,由于面密度不同,其隔音量存在比较大的变化。 隔声量遵循质量定律原则,就是隔音材料的单位密集面密度越大,隔音量就越大,面密度与隔音量成正比关系。
隔音材料在物理上有一定弹性,当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射,而是与隔层呈一角度 θ 入射时,声波波前依次到达隔层表面,而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播,若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时,声波便加强弯曲波的振动,这一现象称吻合效应。这时弯曲波振动的辐度特别大,并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大,从而降低隔声效果。
产生吻合效应的频率fc为: fc=co2/2 π sin2 θ [12 ρ (1- σ 2)/eh2]1/2 式中 ρ 、 σ 、e分别为隔层材料的密度、泊松比和杨氏模量,h是隔层厚度。任意吻合频率fc与声波入射角 θ 有关。在大多数房间中的声场都接近于混响声场,到达隔层的入射角从0°到90°都有可能,因此吻合频率出现在从掠入射( θ=90°) 的fc0开始的一个频率范围,也就是说吻合效应使某一频率范围的隔声效果变差。一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道,中高频隔声量较大,除了内阻尼很小的金属板外,因吻合效应使中高频隔声量降低的现象,不会引起很大的麻烦。
当前,噪声已成为一种主要的环境污染,建筑物的声环境问题越来越受到人们的关注和重视。选用适当的材料对建筑物进行吸声和隔声处理是建筑物噪声控制工程中常用基本的技术措施之一。
隔声材料对减弱透射声能,阻挡声音的传播,就不能如同吸声材料那样多孔、疏松、透气,相反它的材质应该是重而密实,如钢板、铅板、砖墙等一类材料。隔声材料材质的要求是密实无孔隙或缝隙;有较大的重量。由于这类隔声材料密实,难于吸收和透过声能而反射能强,所以它的吸声性能差。
吸声材料如单独使用,可以吸收和降低声源所在房间的噪声,但不能有效地隔绝来自外界的噪声。当吸声材料和隔声材料组合使用,或者将吸声材料作为隔声构造的一部分,其有利的结果,一般都表现为隔声结构隔声量的提高。
为了合理地选用材料,提高建筑物吸声和隔声处理的效果,首先从概念上将吸声、隔声、吸声材料、隔声材料区别开来,应当是建筑物噪声控制中首要的基本问题。
混凝土墙:200mm以上厚度的现浇实心钢筋混凝土墙的隔声量与240mm粘土砖墙的隔声量接近,150~180mm厚混凝土墙的隔声量约为47~48dB,但面密度200kg/m2的钢筋混凝土多孔板,隔声量在45dB以下.
现场喷水泥砂浆面层的芯材板墙:该类隔墙是在施工现场安装成品芯材板后,再在芯材板两面喷复水泥砂浆面层。常用芯材板有钢丝网架聚苯板、钢丝网架岩棉板、塑料中空内模板。这类墙体的隔声量与芯材类型及水泥砂浆面层厚度有关,它们的隔声量通常在35~42dB之间.
目前有相当一部分的轻质隔墙隔声性能较差,单层墙的隔声量满足不了住宅分户墙的低隔声要求,仅能用于套内隔墙。为提高轻质隔墙的隔声量,建筑声学工作者都已进行了大量的研究工作,积累了一定的经验[4~11].
单层均匀密实墙板的隔声量服从建筑声学的“隔声质量定律”,即隔声量与构件单位面积的重量成正比,面密度每增加一倍,隔声量大约提高4~5dB.声波投射于墙板时,重的墙比轻的墙不易激发振动,低的频率比高的频率容易激发振动,因此,重墙比轻墙隔声好,高频比低频隔声好.轻质隔墙的面密度受限制,欲提高它们的隔声量,应用双层或多层复合构造.
空气层的设置:采用双层墙构造,并在两层墙之间留一定空气层间隙,由于空气层的弹性层作用,可使总墙体的隔声量超过质量定律.
不同材质的板可避免“吻合”现象:墙板被声波激发进行弯曲振动时,在一定频段会发生吻合效应,形成隔声低谷.吻合频率不仅与墙板刚度和面密度有关,而且随板厚增加,频率下移.双层薄板复合墙两面的墙板,选用两种不同厚度或不同材质的板,可防止两板同时发生吻合现象,使得两面板的吻合谷相互错开,从而改善墙体的隔声性能.
吸声,对同一个空间,改变室内声场的特性。吸声的主要作用是吸收室内的混响声,对直达声不起作用,也就是说吸声可提高音质,但对降噪能力效果不好;且吸声材料是以多孔、疏散的材质,隔声则是以密质为主的;
隔声,相对两个空间的,隔声的主要作用就是隔断声音从一个空间到另一个空间,防止噪声的干扰。隔声材料材质的具体要求是:密实无孔隙、有较大的重量.
隔声就是降低从声源到目的地的声压级水平.从能动性角度看,隔声措施分为主动和被动两种;但常采用的是被动方法----即使声能转化为另一种形式的能量消耗掉。
隔声材料在物理上有一定弹性,当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射,而是与隔层呈一角度 θ 入射时,声波波前依次到达隔层表面,而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播,若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时,声波便加强弯曲波的振动,这一现象称吻合效应。这时弯曲波振动的辐度特别大,并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大,从而降低隔声效果。产生吻合效应的频率fc为:fc=co2/2 π sin2 θ [12 ρ (1- σ 2)/eh2]1/2 (9)式中 ρ 、 σ 、e分别为隔层材料的密度、泊松比和杨氏模量,h是隔层厚度。任意吻合频率fc与声波入射角 θ 有关。在大多数房间中的声场都接近于混响声场,到达隔层的入射角从0°到90°都有可能,因此吻合频率出现在从掠入射( θ=90°) 的fc0开始的一个频率范围,也就是说吻合效应使某一频率范围的隔声效果变差。一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道,中高频隔声量较大,除了内阻尼很小的金属板外,因吻合效应使中高频隔声量降低的现象,不会引起很大的麻烦。
双层隔声结构:根据质量定律,频率降低一半,传递损失要降6db;而要提高隔声效果时,质量增加一倍,传递损失增加6db。在这一定律支配下,若要显著地提高隔声能力,单靠增加隔层的质量,例如增加墙的厚度,显然不能行之有效,有时甚至是不可能的,如航空器上的隔声结构。这时解决的途径主要是采用双层以至多层隔声结构。双层隔声结构,单位面积质量分别为m1、m2,中间空气层厚度为l。双层结构的传递损失可以进行理论计算,结果比较复杂,在不同频率范围可以得到不同的简化表示,这里只作定性介绍。两个隔层与中间空气层组成一个共振系统,共振频率为fr(m的单位为kg/m2,l的单位为m):fr=60/√m1m2l/(m1+m2) (10)
在此共振频率附近,隔声效果大为降低。不过对于重墙来说,此频率已低于可闻频率范围。例如m1为半砖墙250kg/m2,m2为一砖墙500kg/m2,空气层厚度0?5m,这时共振频率在7hz左右。对于轻结构双层隔声,共振频率可能落在可闻频率范围内,例如两层铝板分别为5?2kg/m2和2?6kg/m2,中间空气层5cm,可计算出共振频率约为200hz。这时应在两板间填塞阻尼材料,以抑制板的振动。一般若用薄钢板做双层隔声结构时,钢板上都涂好阻尼层来抑制钢板的振动。
在共振频率fr以下,双层隔声的效果如同没有空气层的一层(m1+m2)的隔声效果;在fr以上一段频率范围,双层隔声效果接近于两个单层隔声的传递损失之和;在更高的频率,当空气层厚度l为四分之一波长的奇数倍时,双层隔声效果相当于两个单层的传递损失之和再加6db,l为波长的偶数倍时,双层隔声效果相当于两个单层合在一起的传递损失再增加6db,在其它频率,传声损失在这两个值之间。所以在总体上,当频率大于fr时,双层隔声结构显著地提高了隔声效能。一般双层隔声结构的两层,不用相同厚度的同一种材料,以避免这两层出现相同的吻合频率。
质量定律;对于隔墙隔声[1]存在一个普遍的规律,即材料越重(面密度,或单位面积质量越大)隔声效果越好。对于单层密致匀实墙,面密度每增加一倍,隔声量在理论上增加6dB,这种规律即为质量定律。对于双层的纸面石膏板墙,质量定律发挥着重要作用,即增加板的层数或厚度都可以获得隔声量的提高。由于龙骨双层墙系统声频振动形式非常复杂,故质量定律的体现要比单纯的单层墙复杂。单层纸面石膏板的隔声效果很差,例如:12mm厚、面密度10kg/m2左右的纸面石膏板标准计权隔声量Rw=29dB。即使将四层这样的纸面石膏板叠和在一起隔声量理论上Rw也只能达到41dB。轻型匀质墙体,如石膏砌块、加气混凝土板、膨胀岩板、轻质圆孔板等,面密度大多在60-100kg/m2,受到质量定律的限制,隔声量Rw=35-40dB。对于单层重墙,面密度大于250kg/m2,如120砖墙,90厚空心混凝土砌块、100厚混凝土墙板等,隔声量Rw可达45dB左右,面密度超过500kg/m2的240砖墙、200厚混凝土墙等的隔声量可达50-55dB左右。
材料吸声和材料隔声的区别在于,材料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。吸声材料对入射声能的衰减吸收,一般只有十分之几,因此,其吸声能力即吸声系数可以用小数表示;材料隔声着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小,目标是透射声能要小。隔声材料可使透射声能衰减到入射声能的10-3~10-4或更小,为方便表达,其隔声量用分贝的计量方法表示。
这两种材料在材质上的差异是:吸声材料对入射声能的反射很小,这意味着声能容易进入和透过这种材料;这种材料的材质应该是多孔、疏松和透气,这就是典型的多孔性吸声材料,在工艺上通常是用纤维状、颗粒状或发泡材料以形成多孔性结构;结构特征是:材料中具有大量的、互相贯通的、从表到里的孔,也即具有一定的透气性。当声波入射到多孔材料表面时,引起孔中的空气振动,由于摩擦阻力和空气的黏滞阻力以及热传导作用,将相当一部分声能转化为热能,从而起吸声作用。隔声材料对减弱透射声能,阻挡声音的传播,就不能如同吸声材料那样多孔、疏松、透气,相反它的材质应该是重而密实,如钢板、铅板、砖墙等一类材料。隔声材料材质的要求是密实无孔隙或缝隙;有较大的重量。由于这类隔声材料密实,难于吸收和透过声能而反射能强,所以它的吸声性能差。
在工程上,吸声处理和隔声处理所解决的目标和侧重点不同,吸声处理所解决的目标是减弱声音在室内的反复反射,也即减弱室内的混响声,缩短混响声的延续时间即混响时间;在连续噪声的情况下,这种减弱表现为室内噪声级的降低,此点是对声源与吸声材料同处一个建筑空间而言。而对相邻房间传过来的声音,吸声材料也起吸收作用,从而相当于提高围护结构的隔声量。隔声处理则着眼于隔绝噪声自声源房间向相邻房间的传播,以使相邻房间免受噪声的干扰。可以看出,利用隔声材料或隔声构造隔绝噪声的效果比采用吸声材料的降噪效果要高得多。这说明,当一个房间内的噪声源可以被分隔时,应首先采用隔声措施;当声源无法隔开又需要降低室内噪声时才采用吸声措施。
吸声材料的特有作用更多地表现在缩短、调整室内混响时间的能力上,这是任何别的材料代替不了的。由于房间的体积与混响时间成正比的关系,体积大的建筑空间混响时间长,从而影响了室内的听闻条件,此时往往离不开吸声材料对混响时间的调节。对诸如院、会堂、音乐厅等大型厅堂,可按其不同听音要求,选用适当的吸声材料,结合体型调整混响时间,达到听音清晰、等不同主观感觉的要求。从这点上说,吸声材料显示了它特有的重要性,所以通常说的声学材料往往指的就是吸声材料。
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