建筑物的吸声结构
【摘 要】本文对建筑物的吸声结构进行了简要的研究与介绍。首先分析了室内噪声的来源，介绍了吸声的简单机理和吸声材料的种类、特点。然后重点介绍了多孔吸声材料，分析了其影响因素。进而提出了一种新型的建筑物吸声方式—吸声结构体。最后总结了吸声结构选择与设计的原则。
【关键词】建筑物；吸声；结构体
0.引言
当声波入射到物体表面时，部分入射声能被物体表面吸收转化为其他形式的能量，这种现象叫“吸声”。在噪声污染控制工程设计中，常利用吸声材料吸收声能量来降低室内噪声。
合理布置吸声材料，可降低混响声5-10dB。吸声是噪声污染控制的一种重要手段，是一种在噪声传播途径上控制噪声污染的方法，常用于室内减噪。
1.室内噪声的来源
1.1直达声场
声音直接通过空气传播。室内噪声的来源，有通过空气传到受声点的声音，即直达声。从声源直接到达受声点的直达声形成的声场叫直达声场。
1.2混响声场
室内噪声的来源，还有通过室内各墙壁面反射到受声点的声音，即混响声。经过房间壁面一次或多次反射后到达受声点的反射形成的声场叫混响声场。在室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程称为自由程。由于壁面的声学性质不均匀，房间形状不规则，室内人和物的反射现象十分复杂，经多次反射声场中声音的传播规律依赖于房间的大小和房内各个表面的反射性质。
室内各墙壁面反射回来。混响声易造成声污染，使室内噪声级增加；如：一列火车进入隧道以后的噪声级比行驶在空旷的野外可高出5-10dB；也会对听觉造成干扰。混响声的声音强弱，取决于室内各种物体表面的吸声能力。有的能增强，有的通过声能量的吸收而降低噪声水平。
1.3扩散声场
扩散声场是指有声源的房间内，声能量密度处处相等，并且在任何一点上，从各个方向传来的声波几率都相等的声场。在这种理想化的声场中，声波的相位是无规则的。一般情况下，对于所有内壁面均光滑、坚硬，并且天花板、四壁为一定不规则形状的大房间，声源在室内产生的声场非常接近扩散声场。扩散声场包含直达声场和混响声场，是由两声场叠加形成。
2.吸声机理
吸声材料是一种松软多孔的物质，声波以声能的形式投射到多孔材料表面时，一部分声波从多孔材料表面反射，另一部分声波进入材料的孔隙，引起孔隙内的空气和材料本身振动，由于多孔材料表面与空气的内摩擦（摩擦力来自空气的压缩、膨胀）作用，将一部分声能转变成热能，此外，声音在多孔材料内经过多次反射也进一步衰减。所以，当进入多孔吸声材料内的声波再返回时，声波能量已衰减很多，大部分被多孔吸声材料消耗掉了，从而使声音的能量减小，达到降噪的目的。
3.吸声材料的种类与特点
无机纤维材料类。主要有：玻璃丝、玻璃棉、岩棉、矿渣棉及其制品。其特点：容重小、导热系数小、防火、防水、防潮。
泡沫塑料类。主要有：米波罗、氨基甲酸脂泡沫等。其特点：容重小、导热系数小、质软，但易老化、耐火性差。
有机纤维材料类。主要有：棉、麻等植物纤维。其特点：成本低，但防火、防蛀、防潮差。
吸声建筑材料类。主要有：含有微孔的泡沫砖、泡沫混凝土等。其特点：保温、防潮、耐蚀、耐冻、耐高温。
4.多孔吸声材料吸声性能的影响因素
4.1材料厚度的影响
材料厚度增加，低频吸声系数增加。一定的材料,厚度增加一倍,频率特性曲线峰值向低频方向近似移动一个倍频程。在实际中,中高频噪声一般采用20～50mm的厚度吸声板;对低频吸声要求较高时,则采用50～100mm厚。
4.2材料容重的影响
在厚度一定的情况下，增大容重可以提高中低频吸声系数，容重过大反而会降低吸声效果，对于某一种多孔吸声材料容重都有一最佳值。增加容重比增加厚度引起的变化小，容重的选择是第二位的。
4.3吸声材料背后空腔的影响
若在材料层与刚性壁之间留一定距离的空腔，可改善对低频的吸声性能，相当于增加了多孔材料的厚度，更经济。空腔增厚，对吸收低频声有利。当腔深近似于入射声波的1/4波长时，吸声系数最大，为1/2波长或其整数倍时，吸声系数最小。实际使用常取腔深50～100mm。
流阻是空气质点通过材料空隙时的阻力。材料的透气性可以用流阻这一物理参量来定义。在稳态气流下，吸声材料的压力梯度与气流在材料中的流速之比，定义为材料的流阻，单位为Pa·s/m。单位厚度的流阻称为材料的流阻率，单位为Pa·s/m2。材料流阻低，低频吸声系数很低但中高频吸声系数高；高流阻材料与低流阻相比，高频吸声系数降低，低中频系数提高。
4.4护面层的影响
多孔材料在使用时加护面层，以固定多孔材料，防止散落。护面层可采用穿孔护面板、金属丝网、塑料网纱、玻璃布、麻布、纱布等。
护面网罩:有塑料纱网、金属丝网、钢板网等。穿孔率高，声质量和声阻忽略不计，有高温、耐腐蚀、高强度要求时用金属网，一般用塑料纱网。
纤维布:有纱布、尼龙布、金属纤维布等。相对声阻率0.1左右，相对声抗率可忽略。主要用于包扎易碎落吸声材料。
塑料薄膜：可起到放水、防潮、防止掉渣的作用。具有声质量，对低频吸声性能的影响可忽略，对高频不利。适用于中低频吸声。
穿孔板：具有优良的机械性能，用于保持形状、承受应力、耐侵蚀的场合。穿孔率一般大于20%。
5.吸声结构体
工程中常采用空间结构体吸声降噪。实为将吸声材料加外包装（护面结构）和框架制成的。可以做成各种几何体形状，吸声材料的各个表面都能同声波接触，起到空间吸声的作用。
空间吸声体吸声性能好，便于安装。工程上，一般要求用便于安装，质量轻等，因此空间吸声体常采用超细玻璃棉作为填充材抖．采用木架或金属框等作为为支撑结构，采用玻璃丝布作为外包装材料，有时也采用穿孔率大于20％的穿孔板作为外包装，但采用此包装时相对重量和价格比采用玻璃丝布要高。
多孔吸声材料对高频声有较好的吸声能力，但对低频声的吸声能力较差，若（过度）加厚吸声材料来提高低频噪声的吸收，又很不经济。为解决这一矛盾，人们利用共振吸声的原理设计了各种共振吸声结构，取得了较好的效果。
在实践中，一般利用共振吸声原理把各种薄的板材（或在其上打上孔眼），并在其后设置一定深度的密封空腔，组成共振吸声结构。常用的共振吸声结构有共振吸声器，穿孔板，微穿孔板，膜状和板状等共振吸声结构及空间吸声体。
6.吸声结构选择与设计的原则
（1）应尽量先对声源进行隔声、消声等处理，当噪声源不宜采用隔声措施，或采用隔声措施后仍不能达到噪声标准时，可用吸声处理作为辅助手段。只有当房间内平均吸声系数很小时，吸声处理才能取得良好的效果。单独的风机房、泵房、控制室等房间面积较小，所需降噪量较高，宜对天花板、墙面同时做吸声处理；车间面积较大时，宜采用空间吸声体，平顶吸声处理；声源集中在局部区域时，宜采用局部吸声处理，并同时设置隔声屏障；噪声源比较多而且较分散的生产车间宜作吸声处理。
（2）对于中、高频噪声，可采用20～50mm厚的常规吸声板，当吸声要求较高时可采用50～80mm厚的超细玻璃棉等多孔性材料，并加适当的护面层；对于宽频带噪声，可在多孔材料后留50～100mm的空气层；对于低频带噪声，可用穿孔板共振吸声结构，其板厚通常可取2～5mm，孔径可取3～6mm，穿孔率小于5％。
（3）对于湿度较高的环境，或有清洁要求的板厚及孔径均不大于1mm，穿孔率可取0.5～3％，空腔深度可取50～200mm。
（4）进行吸声处理时，应满足防火、防潮、防腐、防尘等工艺与安全卫生要求，还应兼顾通风、采光、照明及装修要求等。 [科]
【参考文献】
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