第5章 吸聲材料和結(jié)構(gòu)(2014512)

1、戎志丹東南大學(xué)材料學(xué)院2014年5月12日吸聲材料：吸聲材料：材料本身具有吸聲特性。如玻璃棉、巖棉等纖維或多孔材料。吸聲結(jié)構(gòu)：吸聲結(jié)構(gòu)：材料本身可以不具有吸聲特性，但材料經(jīng)打孔、開縫等簡單的機械加工和表面處理制成某種結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生吸聲。如穿孔石膏板、穿孔鋁板吊頂?shù)?。一、作用：一、作用：音質(zhì)設(shè)計（控制反射聲、消除音質(zhì)缺陷） 噪聲控制（吸聲、消聲、隔聲、減振）。名稱名稱示意圖示意圖例子例子主要吸聲特性主要吸聲特性多孔材料多孔材料礦棉、玻璃棉、泡沫礦棉、玻璃棉、泡沫塑料、毛氈塑料、毛氈本身具有良好的中高頻吸收，本身具有良好的中高頻吸收，背后留有空氣層時還能吸收背后留有空氣層時還能吸收低頻低頻板狀材料板狀

2、材料膠合板、石棉水泥板、膠合板、石棉水泥板、石膏板、硬質(zhì)板石膏板、硬質(zhì)板吸收低頻比較有效（吸聲系吸收低頻比較有效（吸聲系數(shù)數(shù)0.2-0.5）穿孔板穿孔板穿孔膠合板、穿孔石穿孔膠合板、穿孔石棉水泥板、穿孔石膏棉水泥板、穿孔石膏板、穿孔金屬板板、穿孔金屬板一般吸收中頻，與多孔材料一般吸收中頻，與多孔材料結(jié)合使用吸收中高頻，背后結(jié)合使用吸收中高頻，背后留有大空腔還能吸收低頻留有大空腔還能吸收低頻成型頂棚成型頂棚吸聲板吸聲板礦棉吸聲板、玻璃棉礦棉吸聲板、玻璃棉吸聲板、軟質(zhì)纖維板吸聲板、軟質(zhì)纖維板視板的質(zhì)地而別，密實不透視板的質(zhì)地而別，密實不透氣的板吸聲特性同硬質(zhì)板狀氣的板吸聲特性同硬質(zhì)板狀材料，透氣的

3、同多空材料材料，透氣的同多空材料膜狀材料膜狀材料塑料薄膜、帆布，人塑料薄膜、帆布，人造革造革視空氣層的厚薄而吸收低中視空氣層的厚薄而吸收低中頻頻柔性材料柔性材料海綿、乳膠塊海綿、乳膠塊內(nèi)部氣泡不連通，與多孔材內(nèi)部氣泡不連通，與多孔材料不同，主要靠共振有選擇料不同，主要靠共振有選擇的吸收中頻的吸收中頻主要吸聲材料的種類主要吸聲材料的種類吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)1 1、多孔吸聲材料多孔吸聲材料 微孔很多且相互連通，吸收多，反射少，效果好，如纖維板、毛氈、礦棉 微孔靠得很近卻不相通，效果不好，如泡沫樹脂、多孔橡膠 2 2、共振吸聲結(jié)構(gòu)共振吸聲結(jié)構(gòu) 薄膜、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu) 空腔、穿孔板共振

4、吸聲結(jié)構(gòu) 3 3、 空間吸聲體空間吸聲體三、計量1、 吸聲系數(shù)：2、 吸聲量:3、平均吸聲系數(shù)：00EEErnjjjSnnSSSA12211niiSniiiSSA11SA一、吸聲機理：一、吸聲機理： 聲波入射到多孔材料表面時，聲波能順著微孔穿入材料內(nèi)部，由于存在摩擦和空氣的粘滯阻力，使一部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能；另外，氣體壓縮放熱、膨脹吸熱，進行熱交換，也能使聲能被吸收。二、吸聲特性：二、吸聲特性： 主要吸收中高頻聲吸聲材料吸聲原理吸聲材料吸聲原理1、聲波導(dǎo)致空氣在吸聲材料中行進反射、折射過程中產(chǎn)生摩擦而損耗聲能，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?2、 吸聲材料也容易透聲三、影響多孔材料吸聲系數(shù)的因素影響多孔材料吸聲系數(shù)

5、的因素影響多孔材料吸聲系數(shù)的因素吸聲系數(shù)吸聲系數(shù)a a：吸收聲占入射聲的比例：吸收聲占入射聲的比例 7 7、飾面影響：、飾面影響：（1）要選擇具有良好的透氣性的飾面材料（金屬網(wǎng) 格、塑料窗紗、玻璃絲布）；（2）可采用厚度0.05mm的極薄的柔性塑料薄膜、穿孔薄膜和穿孔率20%的薄穿孔板罩面；（3）在進行表面粉飾時，要防止涂料將孔隙封閉，宜用水質(zhì)涂料，噴涂為宜，不易采用油漆涂刷。影響多孔材料吸聲系數(shù)的因素8 8、溫度的影響：、溫度的影響： 高溫高濕不僅會引起材料變質(zhì)，且會影響到吸聲性能。在一般建筑中，溫度變化范圍約幾十度，所以聲速變化不大。9 9、吸濕、吸水的影響：、吸濕、吸水的影響： 吸水首先

6、使高頻聲吸聲系數(shù)降低，隨著吸濕量的增加，影響范圍擴大。1010、氣流的影響：、氣流的影響： 在高氣流下用玻璃絲布、尼龍絲布罩面，當氣流大于20m/s時，要外加金屬穿孔板罩面。植物纖維環(huán)保材料一、吸聲機理：空氣柱與孔徑摩擦消耗聲能。二、吸聲特性：HztVScf)(20HzPLtLPcf3/2)(20隨著穿孔率的提高，共振頻率向高頻方向移動；隨著板厚的增加，共振頻率向低頻方向移動。使吸聲變寬的措施： 采用微穿孔 在板后鋪多孔吸聲材料， 共振頻率會向低頻方向移動 在板上采用均勻、多變的穿孔率例例: : 穿孔板厚4mm，孔徑8mm，孔距20mm，穿孔按正方形排列，穿孔板背后留100mm空氣層。求其共振

7、頻率。 解：解：穿孔率共振頻率125. 00 . 28 . 0414. 3422BdPHzf5908 . 08 . 04 . 010125. 014. 32340000共振頻率 共振消聲原理1、共振結(jié)構(gòu)在聲波激發(fā)下振動，振動的結(jié)構(gòu)由于本身的內(nèi)摩擦和與空氣間的摩擦把部分振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。因此振動的結(jié)構(gòu)消耗聲能，產(chǎn)生吸聲效果。 2、適應(yīng)頻帶：適應(yīng)頻帶：中、低頻 3、共振會放大聲音嗎？共振共振 共鳴！共鳴！ 共鳴：共鳴：機械能激發(fā)物體振動向空氣輻射聲能 共振：共振：空氣中傳播的聲能激發(fā)物體機械振動微 穿 孔 板空腔共振器 空腔孔頸空氣柱由于共振而激烈運動，消耗能量，腔內(nèi)空氣起彈簧緩沖作用穿孔

8、板共振器穿孔板共振器穿孔板與墻間空腔形成共振腔一、一、吸聲機理：吸聲機理：共振吸聲二、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)二、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)fo=2001000Hz, =0.30.4 三、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)：三、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)：fo=80300Hz, =0.20.5HzLMLMcf002060021HzMKLMcf002021不透氣薄膜薄板與板壁間有一空氣夾層，薄膜、薄板振動消耗聲能。薄薄膜、膜、薄薄板板共共振振吸吸聲聲結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)日本廣島文化交流中心大廳用金屬燒結(jié)吸聲薄板所作可調(diào)吸聲吊頂一、吸聲體狹縫吸音磚內(nèi)放入吸聲材料增大吸聲效果右圖為美國某音樂教室。下圖為狹縫吸音磚放入玻璃棉的情況?？臻g吸聲體空間吸聲體 當房間表面不

9、足當房間表面不足作吸聲表面時使作吸聲表面時使用。用。 a、全反射、全反射 b、1/2反射反射b、全吸收、全吸收佛山金馬劇院佛山金馬劇院周墻圓柱體的周墻圓柱體的三種吸聲狀況三種吸聲狀況汕頭廣播劇院頂部升降的吸聲體二、強吸聲結(jié)構(gòu)-吸聲尖劈（聲阻逐漸加大）消聲室錄音室、演播室 河北藝術(shù)中心音樂廳內(nèi)景（可見側(cè)墻上為可調(diào)圓柱形轉(zhuǎn)體、吸聲面外露）路易路易湯姆森音樂廳頂部升降湯姆森音樂廳頂部升降吸聲毛氈管內(nèi)景吸聲毛氈管內(nèi)景三、簾幕：吸收中高頻聲。四、洞口：在劇院中，舞臺臺口相當于一個偶合空間，臺口后有天幕、側(cè)幕、布景等吸聲材料。 面向自由聲場時：=1面向臺口、走廊時：=0.3-0.5五、人和家具：A=n 六

10、、可變吸聲結(jié)構(gòu)可變吸聲構(gòu)造示意圖(a)帷幔式(b)鉸鏈式(c)、(d)旋轉(zhuǎn)式(e)平移式常用可變吸聲結(jié)構(gòu)的幾種形式常用可變吸聲結(jié)構(gòu)的幾種形式緬甸電視臺大配音室頂緬甸電視臺大配音室頂棚下懸吊的空間吸聲體棚下懸吊的空間吸聲體的構(gòu)造和內(nèi)景的構(gòu)造和內(nèi)景第五節(jié) 其他吸聲結(jié)構(gòu) 把發(fā)聲的物體或需要安靜的場所封閉在一個小的空間中,使它與周圍環(huán)境隔絕,這種方法叫隔聲。 典型的隔聲措施是：隔聲罩、隔聲間、隔聲屏 4943lg20lg20lg2000fmcmfR5152利用公共建筑底層做聲屏障建設(shè)地下道路或鐵路聲屏障聲屏障利用植物綠化做聲屏障某豪華別墅前的植物聲屏障日本高速公路聲屏障隔聲屏障我國鐵路自1997年起至

11、今已進行了六次大提速，并且“十一五”期間將有5300多公里路線時速將達到200公里以上我國近幾年已批準立項或開工的客運專線有以下9條：武廣、鄭西、石太、京津、合武、合寧、甬溫、溫福、福廈，各條線的速度目標值為200km/h350km/h。從2006年到2010年，中國投資12500億元人民幣，建設(shè)17000公里鐵路新線。其中時速200公里以上的客運專線7000公里，300公里以上的客運專線大約5457公里。在列車車速達到一定值后，會帶來許多空氣動力學(xué)問題高速行駛的列車使列車周圍的空氣產(chǎn)生強烈擾動,當行駛的列車通過聲屏障瞬間,這一擾動將會加劇,這將引起聲屏障表面的空氣壓力發(fā)生突變,形成一種瞬態(tài)壓

12、力沖擊,在極短時間內(nèi)相繼出現(xiàn)正、負壓力峰值 。德國科隆至法蘭克福段聲屏障在結(jié)構(gòu)設(shè)計時沒有考慮脈動力的影響，2003年當列車在運行速度超過250km/h時，產(chǎn)生很大的列車脈動力，聲屏障會隨之發(fā)生波狀的振動，該振動使兩側(cè)的金屬聲屏障結(jié)構(gòu)幾乎全部受到不同程度的損傷，金屬聲屏障背板在脈動力作用下象紙片一樣呈波浪形振動，鋁合金單元板跨中斷裂，兩端連接處遭受破壞58破壞的聲屏障破壞的聲屏障（法蘭克福（法蘭克福-科隆線）科隆線）新型聲屏障（包括橋梁和路基聲屏障）必須能滿足正常使用60年，每天行車210對，700萬次的抗疲勞性能（一般房屋建筑的抗疲勞性能為200萬次）。臺風地區(qū)，新型聲屏障（包括橋梁和路基聲屏障）應(yīng)能抵抗17級超強臺風的承載能力。新型聲屏障（包括橋梁和路基聲屏障）的自振頻率應(yīng)避開各種速度下的高速列車脈動力頻率，保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生共振。新型聲屏障（包括橋梁和路基聲屏障）的施工應(yīng)簡便、迅速，不影響路線的正常工期。新型聲