建筑物的吸聲結構

【摘 要】本文對建筑物的吸聲結構進行了簡要的研究與介紹。首先分析了室內噪聲的來源，介紹了吸聲的簡單機理和吸聲材料的種類、特點。然后重點介紹了多孔吸聲材料，分析了其影響因素。進而提出了一種新型的建筑物吸聲方式—吸聲結構體。最后總結了吸聲結構選擇與設計的原則。

【關鍵詞】建筑物；吸聲；結構體

0.引言

當聲波入射到物體表面時，部分入射聲能被物體表面吸收轉化為其他形式的能量，這種現象叫“吸聲”。在噪聲污染控制工程設計中，常利用吸聲材料吸收聲能量來降低室內噪聲。

合理布置吸聲材料，可降低混響聲5-10dB。吸聲是噪聲污染控制的一種重要手段，是一種在噪聲傳播途徑上控制噪聲污染的方法，常用于室內減噪。

1.室內噪聲的來源

1.1直達聲場

聲音直接通過空氣傳播。室內噪聲的來源，有通過空氣傳到受聲點的聲音，即直達聲。從聲源直接到達受聲點的直達聲形成的聲場叫直達聲場。

1.2混響聲場

室內噪聲的來源，還有通過室內各墻壁面反射到受聲點的聲音，即混響聲。經過房間壁面一次或多次反射后到達受聲點的反射形成的聲場叫混響聲場。在室內聲場中，聲波每相鄰兩次反射所經過的路程稱為自由程。由于壁面的聲學性質不均勻，房間形狀不規則，室內人和物的反射現象十分復雜，經多次反射聲場中聲音的傳播規律依賴于房間的大小和房內各個表面的反射性質。

室內各墻壁面反射回來?；祉懧曇自斐陕曃廴?，使室內噪聲級增加；如：一列火車進入隧道以后的噪聲級比行駛在空曠的野外可高出5-10dB；也會對聽覺造成干擾?；祉懧暤穆曇魪娙?，取決于室內各種物體表面的吸聲能力。有的能增強，有的通過聲能量的吸收而降低噪聲水平。

1.3擴散聲場

擴散聲場是指有聲源的房間內，聲能量密度處處相等，并且在任何一點上，從各個方向傳來的聲波幾率都相等的聲場。在這種理想化的聲場中，聲波的相位是無規則的。一般情況下，對于所有內壁面均光滑、堅硬，并且天花板、四壁為一定不規則形狀的大房間，聲源在室內產生的聲場非常接近擴散聲場。擴散聲場包含直達聲場和混響聲場，是由兩聲場疊加形成。

2.吸聲機理

吸聲材料是一種松軟多孔的物質，聲波以聲能的形式投射到多孔材料表面時，一部分聲波從多孔材料表面反射，另一部分聲波進入材料的孔隙，引起孔隙內的空氣和材料本身振動，由于多孔材料表面與空氣的內摩擦（摩擦力來自空氣的壓縮、膨脹）作用，將一部分聲能轉變成熱能，此外，聲音在多孔材料內經過多次反射也進一步衰減。所以，當進入多孔吸聲材料內的聲波再返回時，聲波能量已衰減很多，大部分被多孔吸聲材料消耗掉了，從而使聲音的能量減小，達到降噪的目的。

3.吸聲材料的種類與特點

無機纖維材料類。主要有：玻璃絲、玻璃棉、巖棉、礦渣棉及其制品。其特點：容重小、導熱系數小、防火、防水、防潮。

泡沫塑料類。主要有：米波羅、氨基甲酸脂泡沫等。其特點：容重小、導熱系數小、質軟，但易老化、耐火性差。

有機纖維材料類。主要有：棉、麻等植物纖維。其特點：成本低，但防火、防蛀、防潮差。

吸聲建筑材料類。主要有：含有微孔的泡沫磚、泡沫混凝土等。其特點：保溫、防潮、耐蝕、耐凍、耐高溫。

4.多孔吸聲材料吸聲性能的影響因素

4.1材料厚度的影響

材料厚度增加，低頻吸聲系數增加。一定的材料，厚度增加一倍，頻率特性曲線峰值向低頻方向近似移動一個倍頻程。在實際中，中高頻噪聲一般采用20～50mm的厚度吸聲板;對低頻吸聲要求較高時，則采用50～100mm厚。

4.2材料容重的影響

在厚度一定的情況下，增大容重可以提高中低頻吸聲系數，容重過大反而會降低吸聲效果，對于某一種多孔吸聲材料容重都有一最佳值。增加容重比增加厚度引起的變化小，容重的選擇是第二位的。

4.3吸聲材料背后空腔的影響

若在材料層與剛性壁之間留一定距離的空腔，可改善對低頻的吸聲性能，相當于增加了多孔材料的厚度，更經濟?？涨辉龊?，對吸收低頻聲有利。當腔深近似于入射聲波的1/4波長時，吸聲系數最大，為1/2波長或其整數倍時，吸聲系數最小。實際使用常取腔深50～100mm。

流阻是空氣質點通過材料空隙時的阻力。材料的透氣性可以用流阻這一物理參量來定義。在穩態氣流下，吸聲材料的壓力梯度與氣流在材料中的流速之比，定義為材料的流阻，單位為Pa·s/m。單位厚度的流阻稱為材料的流阻率，單位為Pa·s/m2。材料流阻低，低頻吸聲系數很低但中高頻吸聲系數高；高流阻材料與低流阻相比，高頻吸聲系數降低，低中頻系數提高。

4.4護面層的影響

多孔材料在使用時加護面層，以固定多孔材料，防止散落。護面層可采用穿孔護面板、金屬絲網、塑料網紗、玻璃布、麻布、紗布等。

護面網罩:有塑料紗網、金屬絲網、鋼板網等。穿孔率高，聲質量和聲阻忽略不計，有高溫、耐腐蝕、高強度要求時用金屬網，一般用塑料紗網。

纖維布:有紗布、尼龍布、金屬纖維布等。相對聲阻率0.1左右，相對聲抗率可忽略。主要用于包扎易碎落吸聲材料。

塑料薄膜：可起到放水、防潮、防止掉渣的作用。具有聲質量，對低頻吸聲性能的影響可忽略，對高頻不利。適用于中低頻吸聲。

穿孔板：具有優良的機械性能，用于保持形狀、承受應力、耐侵蝕的場合。穿孔率一般大于20%。

5.吸聲結構體

工程中常采用空間結構體吸聲降噪。實為將吸聲材料加外包裝（護面結構）和框架制成的?？梢宰龀筛鞣N幾何體形狀，吸聲材料的各個表面都能同聲波接觸，起到空間吸聲的作用。

空間吸聲體吸聲性能好，便于安裝。工程上，一般要求用便于安裝，質量輕等，因此空間吸聲體常采用超細玻璃棉作為填充材抖．采用木架或金屬框等作為為支撐結構，采用玻璃絲布作為外包裝材料，有時也采用穿孔率大于20％的穿孔板作為外包裝，但采用此包裝時相對重量和價格比采用玻璃絲布要高。

多孔吸聲材料對高頻聲有較好的吸聲能力，但對低頻聲的吸聲能力較差，若（過度）加厚吸聲材料來提高低頻噪聲的吸收，又很不經濟。為解決這一矛盾，人們利用共振吸聲的原理設計了各種共振吸聲結構，取得了較好的效果。

在實踐中，一般利用共振吸聲原理把各種薄的板材（或在其上打上孔眼），并在其后設置一定深度的密封空腔，組成共振吸聲結構。常用的共振吸聲結構有共振吸聲器，穿孔板，微穿孔板，膜狀和板狀等共振吸聲結構及空間吸聲體。

6.吸聲結構選擇與設計的原則

（1）應盡量先對聲源進行隔聲、消聲等處理，當噪聲源不宜采用隔聲措施，或采用隔聲措施后仍不能達到噪聲標準時，可用吸聲處理作為輔助手段。只有當房間內平均吸聲系數很小時，吸聲處理才能取得良好的效果。單獨的風機房、泵房、控制室等房間面積較小，所需降噪量較高，宜對天花板、墻面同時做吸聲處理；車間面積較大時，宜采用空間吸聲體，平頂吸聲處理；聲源集中在局部區域時，宜采用局部吸聲處理，并同時設置隔聲屏障；噪聲源比較多而且較分散的生產車間宜作吸聲處理。

（2）對于中、高頻噪聲，可采用20～50mm厚的常規吸聲板，當吸聲要求較高時可采用50～80mm厚的超細玻璃棉等多孔性材料，并加適當的護面層；對于寬頻帶噪聲，可在多孔材料后留50～100mm的空氣層；對于低頻帶噪聲，可用穿孔板共振吸聲結構，其板厚通?？扇?～5mm，孔徑可取3～6mm，穿孔率小于5％。

（3）對于濕度較高的環境，或有清潔要求的板厚及孔徑均不大于1mm，穿孔率可取0.5～3％，空腔深度可取50～200mm。

（4）進行吸聲處理時，應滿足防火、防潮、防腐、防塵等工藝與安全衛生要求，還應兼顧通風、采光、照明及裝修要求等。 [科]

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