隔聲材料和結(jié)構(gòu)淺說

　　室內(nèi)裝修已成為一項獨(dú)立的產(chǎn)業(yè) ， 大大小小的裝飾裝璜公司像雨后春筍 ， 遍地林立。不少裝璜公司，以新風(fēng)格、新材料、新工藝給室內(nèi)建筑裝修帶來新面貌，達(dá)到了新水平。

　　在很多情況下，室內(nèi)裝修有一定的聲學(xué)要求。不僅是各類劇院、體育場館和歌舞廳以及與聲學(xué)有關(guān)的錄音室、演播室等專業(yè)用房本身有一定的聲學(xué)技術(shù)指標(biāo)，而且凡是公共場所，一般都需要傳播語言或音樂，即使是家庭用房現(xiàn)在也需要有良好的音樂欣賞環(huán)境。所以室內(nèi)裝修工程必須重視聲學(xué)要求。如果忽視這一點(diǎn)，極有可能造成不良后果。例如有一水上健身娛樂場所，地面基本上都是水面，上空是一大玻璃圓穹項，由于沒有聲學(xué)設(shè)計，致使廳內(nèi)混響時間特別長，當(dāng)有文娛表演時連報幕的話也聽不清。再如有的走廓或門廳，做得富麗堂皇、金碧輝煌，但即使是普通的談話聲或背景音樂，也在空間內(nèi)久傳不衰，形成令人煩惱的干擾噪聲。

　　造成音質(zhì)差的主要原因是沒有科學(xué)的聲學(xué)設(shè)計。不少裝飾工程公司本身沒有合格的聲學(xué)設(shè)計人員;有的一開始邀請聲學(xué)老師做設(shè)計，以后自以為有了 “ 經(jīng)驗 ” ，便大膽地把設(shè)計也承包了;有的是東抄西襲，以為找到了人家的奧秘，你做軟包，我也搞軟包，你用穿孔板，我也做穿孔板，實(shí)際上沒有掌握真正的聲學(xué)要求;也不排除有的工程技術(shù)人員懂得一些聲學(xué)知識，但并不精于室內(nèi)聲學(xué)的原理和實(shí)踐，做出了并不合格的聲學(xué)裝修設(shè)計。

　　室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計是一門系統(tǒng)學(xué)科，涉及面較廣，本文只就與室內(nèi)裝飾有關(guān)的吸聲和隔聲的材料和結(jié)構(gòu)方面的知識作簡單介紹，希望裝飾工程人員和業(yè)主對聲學(xué)材料和結(jié)構(gòu)有所了解，能夠理解聲學(xué)設(shè)計為什么作這樣那樣的處理，從而使裝飾工程在美觀和聲學(xué)要求上達(dá)到完美的統(tǒng)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(xué)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(這里不考慮在媒質(zhì)中傳播時被媒質(zhì)的吸收)，這包括聲波在邊界材料內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉或是轉(zhuǎn)化為振動能沿邊界構(gòu)造傳遞轉(zhuǎn)移，或是直接透射到邊界另一面空間。對于入射聲波來說，除了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為該邊界面的吸聲系數(shù)。例如室內(nèi)聲波從開著的窗戶傳到室外，則開窗面積可近似地認(rèn)為百分之百地 “ 吸收”了室內(nèi)傳來的聲波，吸聲系數(shù)為1.當(dāng)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(xué)特性來吸收聲波。

　　對于兩個空間中間的界面隔層來說，當(dāng)聲波從一室入射到界面上時，聲波激發(fā)隔層的振動，以振動向另一面空間輻射聲波，此為透射聲波。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(shù)。對于開啟的窗戶，透射系數(shù)可近似為1(吸聲系數(shù)也為1)，其隔聲效果為0，即隔聲量為0db.對于又重又厚的磚墻或厚鋼板，單位面積質(zhì)量大，聲波入射時只能激發(fā)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(shù)很小。

　　對于單一材料(不是專門設(shè)計的復(fù)合材料)來說，吸聲能力與隔聲效果往往是不能兼顧的。如上述磚墻或鋼板可以作為好的隔聲材料，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(dá)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，并非好的隔聲材料。有人把吸聲材料誤稱為 “ 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，那他不是不懂就是在騙人了。

　　2.吸聲材料

　　吸聲材料是指吸聲系數(shù)比較大的建筑裝修材料。如果材料內(nèi)部有很多互相連通的細(xì)微空隙，由空隙形成的空氣通道，可模擬為由固體框架間形成許多細(xì)管或毛細(xì)管組成的管道構(gòu)造。當(dāng)聲波傳入時，因細(xì)管中靠近管壁與管中間的聲波振動速度不同，由媒質(zhì)間速度差引起的內(nèi)摩擦，使聲波振動能量轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。好的吸聲材料多為纖維性材料，稱多孔性吸聲材料，如玻璃棉、巖棉、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(jié)構(gòu)有關(guān)，如纖維的粗細(xì)(微米至幾十微米間為好)和材料密度(決定纖維之間 “ 毛細(xì)管 ” 的等效直徑)、材料內(nèi)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(nèi)空隙的形狀結(jié)構(gòu)等。從使用的角度，可以不管吸聲的機(jī)理，只要查閱材料吸聲系數(shù)的實(shí)驗結(jié)果即可。當(dāng)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。定性的吸聲頻率特性見圖1.頻率高到一定值附近，見圖1中f0，吸聲系數(shù) α 達(dá)到最大值，頻率繼續(xù)增大時，吸聲系數(shù)在高端有些波動。這個f0的位置，大體上是f0對應(yīng)的波長為材料厚度t的4倍

　　當(dāng)材料厚度增加時，可以改善低頻的吸聲特性。圖1中t2大于t1，相同頻率時t2的吸聲系數(shù)大于t1的吸聲系數(shù)。如果t2=2t1，則相同吸聲系數(shù)對應(yīng)的頻率大約為f2=f1，即厚度增加一倍，低頻吸聲系數(shù)的頻率特性向低頻移一個倍頻程。但并非可以一直增加厚度來提高低頻吸聲系數(shù)的，因為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(shù)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(guī)律。一種改進(jìn)的方法是將整塊的吸聲材料切割成尖劈形狀，見圖2，當(dāng)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(dá)到材料的基部，從而可改善低頻吸聲性能。吸聲頻率特性仍與圖1相似，最大吸聲系數(shù)的頻率f0對應(yīng)的波長大約為尖劈吸聲結(jié)構(gòu)長度t的4倍。例如要使100hz以上頻率都有很高的吸聲系數(shù)，吸聲尖劈的長度約為87cm左右。當(dāng)然這樣的吸聲結(jié)構(gòu)一般不宜用于室內(nèi)裝修，主要用于聲學(xué)實(shí)驗室或特殊的噪聲控制工程。

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