离心玻璃棉建筑声学特征及应用Word格式.docx

离心玻璃棉建筑声学特征及应用Word格式.docx

《离心玻璃棉建筑声学特征及应用Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离心玻璃棉建筑声学特征及应用Word格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高分贝喇叭、重型机械、喷气飞机引擎等都能够产生超过120db的声音。

人耳听觉非常敏感，正常人能够察觉1db的声音变化，3db的差异将感到明显不同。

人耳存在掩蔽效应，当一个声音高于另一个声音10db时，较小的声音因掩蔽而难于被听到和理解，由于掩蔽效应，在90-100db的环境中，即使近距离讲话也会听不清。

人耳有感知声音频率的能力，频率高的声音人们会有“高音”的感觉，频率低的声音人们会有“低音”的感觉，人耳正常的听觉频率范围是20-20khz。

人耳耳道类似一个2-3cm的小管，由于频率共振的原因，在2000-3000hz的范围内声音被增强，这一频率在语言中的辅音中占主导地位，有利于听清语言和交流，但人耳最先老化的频率也在这个范围内。

一般认为，500hz以下为低频，500hz-2000hz为中频，2000hz以上为高频。

语言的频率范围主要集中在中频。

人耳听觉敏感性由于频率的不同有所不同，频率越低或越高时敏感度变差，也就是说，同样大小的声音，中频听起来要比低频和高频的声音响。

2）频率特性

声音可以分解为若干（甚至无限多）频率分量的合成。

为了测量和描述声音频率特性，人们使用频谱。

频率的表示方法常用倍频程和1/3倍频程。

倍频程的中心频率是31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k、16khz十个频率，后一个频率均为前一个频率的两倍，因此被称为倍频程，而且后一个频率的频率带宽也是前一个频率的两倍。

在有些更为精细的要求下，将频率更细地划分，形成1/3倍频程，也就是把每个倍频程再划分成三个频带，中心频率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1k、1.25k、1.6k、2k、2.5k、3.15k、4k、5k、6.3k、8k、10k、12.5k、16k、20khz等三十个频率，后一个频率均为前一个频率的21/3倍。

在实际工程中更关心人耳敏感的部分，因此，除进行必要的科学研究以外，大多数情况下考虑的频率范围在100hz到5khz。

如果将声音的频率分量绘制成曲线就形成了频谱。

对于各种建筑声学材料来讲，不同频率条件下声学性能是不同的。

有的材料具有良好的高频吸声性能，有的材料具有良好的低频吸声性能，有的材料对某些频率具有良好的吸声性能，不一而同。

隔声等其他声学性能也是如此。

3）分贝和a声级

分贝对于非专业人员来讲是最难理解的，然而对于专业人士来讲分贝又是再熟悉不过了。

分贝（db）是以美国电话发明家贝尔命名的，因为贝的单位太大，因此采用分贝，代表1/10贝。

分贝的概念比较特别，它的运算不是线性比例的，而是对数比例的，例如两个音箱分别发出60db的声音，合在一起并不是120db，而是63db。

如果某种吸声材料吸收了80%的声能，声音降低了不是0.8db也不是80db而是?

10lg（1-0.8）=7db。

如果某种隔墙隔声量为50db，那么透过去的声音为0.00001。

分贝的计算较为复杂，需要具备专业知识才能完成。

使用分贝描述声音时需要同时给出频率。

任何一个声音，不同频率的分贝数可能是不同的。

我们可以说在某频率时，声压级是多少，或吸声系数是多少，或隔声量是多少等等。

a声级的概念会使普通人感到迷惑。

声级是将各个频率的声音计权相加（不是简单的算术相加）得到的声音大小，a声级是各个频率的声音通过a计权网络后再相加得到的大小，a声级反映了人耳对低频和高频不敏感的听觉特性。

例如，如果100hz的声压级为80db，在计算a声级时，将按计权减去50.5db，即按29.5db来计算；

而1khz的声压级为80db，计权值为0db，即仍按80db计算。

a声级的目的在于，a声级越大，则表明声音听起来越响。

a声级分贝通常计为dba。

许多与噪声有关的国家规范都是按a声级作为指标的。

4）吸声

吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。

描述吸声的指标是吸声系数a，代表被吸收的声能与入射声能的比值。

理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；

如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。

事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。

不同频率上会有不同的吸声系数。

人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。

按照iso标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5khz。

将?

100-5khz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。

在工程中常使用降噪系数nrc粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1k、2k四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。

一般认为nrc小于0.2的材料是反射材料，nrc大于0.4的材料才被认为是吸声材料。

当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常推荐使用高吸声系数的材料。

离心玻璃棉属于高nrc吸声材料，5cm厚的24kg/m?

的离心玻璃棉的nrc可达到0.90。

多孔吸声材料，如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等，吸声机理是材料内部有大量微小的孔隙，声波沿着这些孔隙可以深入材料内部，与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。

多孔吸声材料的吸声特性是随着频率的增高吸声系数逐渐增大，这意味着低频吸收没有高频吸收好。

与墙面或天花存在空气层的穿孔板，即使材料本身吸声性能很差，这种结构也具有吸声性能，如穿孔的石膏板、木板、金属板、甚至是狭缝砖等，它的吸声机理是亥姆霍兹共振，类似于暖水瓶，外部空间与内部空间通过窄的瓶颈连接，声波入射时，在共振频率上与颈部的空气及内部空间之间产生剧烈的共振作用而损失声能。

亥姆霍兹共振吸收的特点是只有在某些频率上具有较大的吸声系数。

薄膜或薄板与其他结构体形成空腔时也能吸声，如木板、金属板等，这种结构的吸声机理是薄板共振，在共振频率上，由于薄板剧烈振动而大量吸收声能。

薄板共振吸收大多在低频具有较好的吸声性能。

5）混响和混响时间

混响是房间中声音被界面不断反射而积累的结果，混响可以使室内的声音增加15db，同时会降低语言清晰度。

对于音乐演奏的空间，如音乐厅、剧场等，需要混响效果使乐曲更加舒缓而愉悦。

对于语言使用的空间，如电影院、教室、礼堂、录音室等需要减少混响使讲话更加清晰。

因此，不同使用要求的房间需要不同的混响效果。

描述混响效果的指标是混响时间，它是室内声源停止发声后，声压级衰减60db所经历的时间，单位是秒。

混响时间与室内吸声存在数学关系，也就是建筑声学中著名的塞宾公式：

t=0.161v/（s×

a）?

，其中t是混响时间，v是房间体积，s是房间墙面的总表面积，a是房间表面的平均吸声系数。

由塞宾公式可以看出，房间体积越大混响时间越长；

平均吸声系数越大，混响时间越短。

如体育馆等体积巨大的空间，如果不进行吸声处理的话，混响时间会很长，将严重影响语言清晰度。

由于室内吸声与频率有关，不同频率的混响时间也有所不同，房间音质指标常指的是中频混响时间。

据研究，就较理想的混响时间而言（中频），音乐厅为1.8-2.2秒，剧院为1.3-1.5秒，多功能礼堂为1.0-1.4秒，电影院为0.6-1.0秒，教室为0.4-0.8秒，录音室为0.2-0.4秒，体育馆为低于2.0秒。

在建筑设计中正确地应用吸声材料可以控制混响时间，保证音质效果满足使用要求。

6）隔声

为了保证室内环境的私密性，降低外界声音的影响，房间之间需要隔声。

隔声与吸声是完全不同的概念，好的吸声材料不一定是好的隔声材料。

声音进入建筑维护结构有三种形式。

1）通过孔洞直接进入。

2）声波撞击到墙面引起墙体振动而辐射声音。

3）物体撞击地面或墙体产生结构振动而辐射声音。

前两种方式为空气声传声，第三种方式是撞击声传声。

描述空气声传声隔声性能的指标是隔声量，隔声量的定义是r=10lg（1/τ），其中τ是透射声能与入射声能的比，隔声量的单位是db。

隔声量可以粗略地理解为墙体两边声音分贝数的差值，但绝对不是差值这样简单。

孔洞的隔声量r=0db，隔掉99%声能的隔墙的隔声量是20db，隔掉99.999%声能的隔墙的隔声量是50db。

墙体在不同频率下的隔声量一般并不相同，一般规律是高频隔声量好于低频。

不同材料的隔声量频率特性曲线很不相同，为了使用单一指标比较不同材料及构造的隔声性能，人们使用计权隔声量rw。

rw是使用标准评价曲线与墙体隔声量频率特性曲线进行比较得到的，标准评价曲线符合人耳低频不敏感的听觉特性。

具体评价方法可参见国标gbj121-88“建筑隔声评价标准”。

隔墙隔声存在质量定律，即单层墙越重隔声性能越好，单位面积的质量提高一倍，隔声量提高6db。

120砖墙的面密度为260kg/m2，隔声量为46-48db；

240砖墙的面密度为520kg/m2，隔声量为52-54db。

砖墙墙体过重，结构荷载负担较大，使用黏土砖也不利于耕地保护，因此，轻墙得以广泛使用。

为了使轻墙达到良好的隔声性能，需要使用多层墙板内填吸声材料的方法。

75龙骨内填玻璃棉的双面双层纸面石膏板墙的面密度只有60kg/m2左右，隔声量可以达到50db。

同样面密度的90厚加气混凝土板墙的隔声量只有36db。

对于住宅隔声，rw应至少大于45db，最好大于50db。

描述撞击声传声隔声性能的指标是撞击声压级，它不同于空气声隔声量所表达的“隔掉声音的分贝数”，而是表示在使用标准打击器（一种能够产生标准撞击能量的设备）撞击楼板时，楼下声音的大小。

撞击声压级越大表示楼板撞击声传声隔声能力越差，反之越好。

撞击声压级反映了人在楼上活动时对楼下房间产生声音的大小。

楼板撞击声压级随频率不同而变化，为了使用单一指标比较不同楼板的隔绝撞击声的性能，人们使用计权撞击声压级lpn，w。

lpn，w同样使用标准评价曲线与撞击声隔声频率特性曲线进行比较得到的，具体评价方法可参见国标gbj121-88“建筑隔声评价标准”。

比较理想的住宅楼板计权撞击声压级应小于65db。

然而，大量使用的普通10cm厚混凝土楼板计权撞击声压级为80-82db，楼板隔声问题比较严重，住户多有抱怨，谁没有听到楼上的脚步声以及孩子的跑跳声的经历呢？

采用浮筑地板的方法可以提高楼板隔声性能，如在结构楼板上铺一层高容重的玻璃棉减振垫层再做40mm厚的混凝土地面，计权撞击声压级可以小于60db。

二、离心玻璃棉在建筑吸声中的应用

1）离心玻璃棉的吸声机理

离心玻璃棉属于多孔吸声材料，具有良好的吸声性能。

离心玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙，而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。

当声波入射到离心玻璃棉上时，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子的振动。

由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗。

多孔材料吸声的必要条件是?

：

材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。

错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能，其实不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。

错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等，具有良好的吸声性能，事实上，这些材料由于内部孔洞没有连通性，声波不能深入材料内部振动摩擦，因此吸声系数很小。

测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。

混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。

两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。

在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。

任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。

在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将离心玻璃棉等吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。

吸声材料吸声系数越大，吸声面积越多，吸声效果越明显。

离心玻璃棉可以被制成吸声天花、吸声墙板、空间吸声体等各种建筑吸声构件。

2）影响离心玻璃棉吸声系数的因素

离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。

影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度、孔隙率、结构因子和空气流阻等。

密度是每立方米材料的重量。

孔隙率是材料中孔隙体积和材料总体积之比。

结构因子反映离心玻璃棉内部纤维或颗粒排列的情况，是衡量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。

空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。

空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。

流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸声性能下降；

流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸声性能亦下降。

对于离心玻璃棉来讲，吸声性能存在最佳流阻。

在实际工程中，测定空气流阻比较困难，但可以通过厚度和容重粗略估计和控制。

1）随着厚度增加，中低频吸声系数显著地增加，但高频变化不大（高频吸收总是较大的）。

2）厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加；

但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。

对于厚度超过5cm的容重为16kg/m3的离心玻璃棉，低频125hz约为0.2，中高频（>

500hz）的吸声系数已经接近于1了。

当厚度由5cm继续增大时，低频的吸声系数逐渐提高，当厚度大于1m以上时，低频125hz的吸声系数也将接近于1。

当5cm厚度不变，容重增大时，离心玻璃棉的低频吸声系数也将不断提高，当容重接近110kg/m3时吸声性能达到最大值，频率125hz处接近0.6-0.7。

容重超过120kg/m3时，吸声性能反而下降，是因为材料变得致密，中高频吸声性能受到很大影响，当容重超过300kg/m3时，吸声性能已经很小了。

建筑声学中常用的吸声玻璃棉的厚度有2.5cm、5cm、10cm，容重有16、24、32、48、80、96、112kg/m3。

离心玻璃棉的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。

当玻璃棉板背后有空气层时，与相同厚度无空气层的玻璃棉板吸声效果类似。

尤其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高，吸声系数将随空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了。

使用不同容重的玻璃棉叠和在一起，形成容重逐渐增大的形式，可以获得更大的吸声效果。

例如将一层2.5cm厚24kg/m3的棉板与一层2.5cm厚32kg/m3的棉板叠和在一起的吸声效果要好于一层5cm厚32kg/m3的棉板。

将24kg/m3的玻璃棉板制成1m长的断面为三角型的尖劈，材料面密度逐渐增大，平均吸声系数可接近于1。

离心玻璃棉在建筑使用中，表面往往要附加有一定透声作用的饰面，如小于0.5mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻璃丝布等，基本可以保持原来的吸声特性，若饰面的透气性差时，如塑料薄膜，高频吸声特性会下降。

论文出处（作者）:

未知

3）常见的离心玻璃棉吸声建筑构件

离心玻璃棉具有防火、保温、易于切割等优良特性，是建筑吸声最常用的材料之一。

但是由于离心玻璃棉表面无装饰性，而且会有纤维洒落，因此必须制成各种吸声构件隐蔽使用。

最常使用也是造价最低廉的构造是纸面穿孔石膏板吊顶或墙面内填离心玻璃棉。

纸面穿孔石膏板与墙或顶棚之间存在空气层时可以形成亥姆霍兹共振吸收，一般空气层为5cm、10cm、20cm、40cm，吊顶的空气层可能更大。

在空腔内填入离心玻璃棉时，由于玻璃棉本身吸声，共振吸声的效率也提高很多，吸声系数将大大提高，吸声曲线的共振峰的频率范围变宽，中高频吸声性能提高。

空腔厚度最大20cm，空腔内填入的玻璃棉只需要5cm厚，容重16-24kg/m3即可达到很好的吸声效果。

当然，吸声性能还与穿孔率、孔径、板厚等因素有关。

与穿孔纸面石膏板类似的还有穿孔金属板（如铝板）、穿孔木板、穿孔纤维水泥板、穿孔矿棉板等，这些材料的后空腔内填入离心玻璃棉后都能够较大地提高吸声性能。

为了防止玻璃棉纤维洒出，需要在穿孔板背后附一层无纺布、桑皮纸等透声织物，或使用玻璃布、塑料薄膜等包裹玻璃棉。

玻璃棉板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。

一般常见将80-120kg/m3的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形成既美观又方便安装的吸声墙板，常见尺寸为1.2m×

1.2m、1.2m×

0.6m、0.6m×

0.6m，厚度2.5cm或5cm。

也有在110kg/m3的玻璃棉的表面上直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。

无论是玻璃棉吸声墙板还是吸声吊顶板，都需要使用高容重的玻璃棉，并经过一定的强化处理，以防止板材变形或过于松软。

这一类的建筑材料既有良好的装饰性又保留了离心玻璃棉良好的吸声特性，降噪系数nrc一般可以达到0.85以上。

在体育馆、车间等大空间内，为了吸声降噪，常常使用以离心玻璃棉为主要吸声材料的吸声体。

吸声体可以根据要求制成板状、柱状、锥体或其他异型体。

吸声体内部填充离心玻璃棉，表面使用透声面层包裹。

由于吸声体有多个表面吸声，吸声效率很高。

在道路隔声屏障中，为了防止噪声反射，需要在面向车辆一侧采取吸声措施，往往也使用离心玻璃棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。

为了防止玻璃棉在室外吸水受潮，有时会使用pvc或塑料薄膜包裹。

4）应用离心玻璃棉吸声的一些建筑场所

在一般厅堂中，包括语言、音乐或综合表演用厅堂，如音乐厅、报告厅、剧场、影院、礼堂、体育馆、多功能厅、会议室、演播室、录音室、听音室、排练厅、博物馆、展览馆、ktv包房、办公室、营业厅、接待室、拍卖厅、候车（机）室、审判厅等等场所均需要吸声获得良好的音质；

在需要噪声控制的房间，如餐厅、图书馆、画廊、健身中心、购物中心、酒店大堂、病房、车间等等场所也需要吸声降噪；

还有特殊音质要求的民用住宅卧室、书房、家庭影院等等都需要吸声处理。

这些场所都可以应用离心玻璃棉进行吸声，当然，同时必须考虑建筑构造、美观、防火、粉尘、清洁等综合因素。

在音乐厅、剧场的后墙面或二层正面的眺台栏杆上常用穿孔板或透声织物为面层的吸声构造，目的是防止出现回声等缺陷。

在具有凹曲表面的房间中，为了防止声聚焦而影响音质，需要使用吸声处理。

在礼堂、会堂、多功能厅、影院等等场所中，为了保证良好的语言清晰度，必须根据计算在墙面、天花等部位安装吸声材料，对于像体育馆、展览馆、营业厅等这些大体量的房间可能还需要使用空间吸声体。

餐厅中，由于人员吵杂，进行吸声装修后可以得到良好的就餐环境，例如麦当劳、肯德基等国外快餐厅比较注重室内吸声处理，配合悦耳的轻音乐显得餐厅安静祥和。

录音室、演播室、听音室等音质要求更为严格的场合，必须按照设计要求进行吸声处理。

在工业厂房中，为了降低机器轰鸣的噪声，需要使用吸声降噪。

在ktv包房中，恰当的吸声处理能够使音乐和歌声更加美妙动听，也能防止由于音箱与歌唱者的话筒距离较近造成的反馈啸叫。

最佳的离心玻璃棉吸声处理是将材料与建筑有机地融合在一起，而不是刻意地为了吸声而

吸声，应在不知不觉中创造良好的声环境。

吊顶、墙面、吸声体等都应成为建筑装修中天然的组成部分，良好的声学设计不能让人们感觉吸声材料有些突兀。

在一些会堂和报告厅，设计师将玻璃棉软包材料和金属穿孔铝板后附玻璃棉巧妙地应用在装修效果中，再配以祥和的灯光，视觉和听觉都使人得到享受。

建筑吸声处理常常被人们忽视，但当因为缺少吸声处理而产生诸多问题时，解决起来又会使人非常头疼。

在某政府“一站式”办公改革中，工商、税务、行政等管理部门都集中在一个3000m2的开敞大厅内进行，大厅的吊顶是石膏板吊顶，墙面是光滑的大理石，部门之间是玻璃隔断，室内人声鼎沸，在这样糟糕的声环境中根本无法办理手续。

政府要求限期整改，但由于经费、原设计效果的变更、施工对办公使用的影响等多种因素使整改变得比事前进行吸声设计要难的多。

三、离心玻璃棉在墙体隔声中的应用

1）离心璃棉在墙体中的隔声原理

单层墙体因受质量定律的限制，必须是重墙才能获得良好的隔声性能。

对于住宅分户墙，为达到国家最低标准rw=40db的要求单层隔墙至少需要100kg/m2以上的面密度（面密度是每平方米墙体的重量）。

如果将墙体分成两层或多层，隔声量会显著提高。

这是因为，声音撞击到第一层墙板时，透射的部分将进入两层墙板之间空腔，在空腔中来回反射多次后，一部分透射到墙体对面，另一部分被损耗掉。

同时，两层之间的腔体有类似弹簧的作用，使墙板系统具有有利于消耗声音的弹性，进一步隔声。

如果在腔体中填入离心玻璃棉等吸声材料后，声音传播过程中在腔体中来回反射的声音将被大大衰减，隔声量大为提高。

对于120厚的砖墙隔声量从45db左右提高到50db以上需要重量提高一倍，即需要240砖墙。

而对于75轻钢龙骨双面双层12纸面石膏板隔墙而言，只需在腔体内添加一层50厚24kkg/m3的玻璃棉，计权隔声量就从44db提高到50db。

可见，隔墙腔体中的吸声材料对隔声量的影响非常重要。

根据测定，使用双层75龙骨的六层12纸面石膏板（三道墙板，每道两层石膏板，共两个龙骨空腔）的轻型墙体内添两层50厚24kkg/m3的玻璃棉，计权隔声量将达到rw=60db，这是半米厚混凝土隔墙的隔声量。