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視聽室的聲學設計

演播室等專業房間有壹定的聲學技術指標,吸聲材料和所有公共場所壹般需要傳播語言或音樂。甚至在很多情況下,室內裝修都有壹定的聲學要求。不僅是各類劇院、體育場館、歌舞廳,現在與聲學相關的錄音室、法庭也需要壹個良好的音樂欣賞環境。

因此,室內裝修工程必須正視聲學要求。如果忽略這壹點,聚酯纖維吸音板材料很可能造成不良後果。比如有壹個水上健身娛樂場所,地面基本都是水,上面有壹個很大的玻璃穹頂。因為沒有聲學設計,大廳裏的混響時間特別長,有文藝演出的時候連廣播都聽不清楚。再比如遊廊或門廳,富麗堂皇,富麗堂皇,但即使是普通的談話聲或背景音樂,時間長了也會在空間中傳播,形成惱人的幹擾噪音。

音質差的主要原因是沒有科學的聲學設計。很多裝修工程公司本身沒有合格的聲學設計人員;有的壹開始請聲學專家做設計,後來覺得自己有“經驗”,就大膽承包設計;他們有的東抄西攻,以為發現了別人的玄機。妳做了軟包,我也做了軟包。妳用了穿孔板,我也做了穿孔板。其實我並沒有把握住真正的聲學要求。不排除有些工程技術人員懂壹些聲學知識,但對房間聲學的原理和做法並不精通,做出了不同的聲學裝修設計。

房間聲學設計是壹個系統的課題,涉及面很廣。本文只簡單介紹與室內裝修相關的吸聲隔聲材料和結構的知識。希望裝修工程工作人員和業主了解聲學材料和結構,明白聲學設計為什麽要這樣那樣處理,讓裝修工程在審美和聲學要求上達到完美的統壹。首先要明確,吸聲和隔聲是兩個完全不同的聲學概念。聲吸收是指聲波傳播到某個邊界面時,壹部分聲能被邊界面反射(或散射),另壹部分聲能被邊界面吸收(這裏不考慮在介質中傳播時被介質吸收),包括聲波在邊界物質中轉化為熱能而被消耗,或轉化為振動能沿邊界結構傳遞,或直接傳遞到邊界另壹側的空間。

對於入射聲波,除了反射(散射)到原空間的反射(散射)聲能外,其余能量被視為被邊界面吸收。

在壹定區域內吸收的聲能與入射聲能的比值稱為邊界面的吸聲系數。比如室內聲波是從開著的窗戶傳到外面的,那麽窗戶面積可以近似認為是100%的“吸收”了房間傳來的聲波,吸聲系數為1。當然,我們要考慮的吸聲材料主要是依靠材料本身的聲學特性來吸收聲波,而不是依靠開敞區域的吸聲。

對於兩個空間之間的界面夾層,當聲波從壹個房間入射到界面上時,聲波激發夾層的振動,並通過振動向另壹個空間輻射聲波,稱為透射聲波。通過某壹區域的透射聲波能量與入射聲波能量的比值稱為透射系數。

對於敞開的窗戶,透射系數可以近似為1(吸聲系數也是1),其隔聲效果為0,即隔聲量為0dB。對於又重又厚的磚墻或厚鋼板,單位面積質量大,聲波入射時,只能激發這個夾層的微小振動,使輻射到另壹個空間的聲波能量(透射聲能)很小,所以隔聲量大,隔聲效果好。但是對於原始空間來說,大部分能量都被反射了,所以吸聲系數很小。

對於單壹材料(不是特別設計的復合材料)來說,吸聲能力和隔聲效果往往是不均衡的。比如上面的磚墻或者鋼板可以作為很好的隔音材料,但是吸聲效果很差;反過來,如果用壹種吸聲功能好的材料(如玻璃棉)作為隔音材料,即使聲波通過這種材料時99%的聲能被吸收(這是很難實現的),只有1%的聲能傳播到另壹個空間,那麽這種材料的隔音能力只有20dB,不是壹種好的隔音材料。有些人誤將吸聲材料稱為“隔音材料”,這是錯誤的。如果有人先允許單壹材料吸收聲音,聲音很好,那麽他要麽不懂,要麽就是在作弊。吸聲材料是指吸聲系數相對較高的建築裝飾材料。如果材料中存在許多相互連通的細小開放空間,則開放空間形成的空氣通道可以模擬為由許多在固體框架之間形成的細管或毛細管組成的管道結構。

引入聲波時,由於聲波在管壁附近和管中間的振動速度不同,介質之間的速度差產生的內耗使聲波的振動能量轉化為熱能而被吸收。好的吸聲材料多為纖維狀材料,稱為多孔吸聲材料,如玻璃棉、巖棉、礦棉、棉麻、人造纖維棉、特種金屬纖維棉等。,還包括開放閑置的泡沫塑料。

吸聲功能與材料的纖維空缺結構有關,如纖維的粗細(最好在幾微米到幾十微米之間)和材料的密度,材料中空氣體積與材料體積的比值(稱為空缺率,玻璃棉的空缺率在90%以上),材料中的空缺形狀結構等。從使用的角度來說,不考慮吸聲機理,我們只需要查閱材料吸聲系數的實驗結果。當然,在選材時,還要註意防潮、防火、裝飾等其他要求。

多孔吸聲材料有壹個基本的吸聲特性,就是低頻吸聲差,高頻吸聲好。當頻率在某壹值附近時,如圖1中的f0所示,吸聲系數α達到最大值。當頻率遺傳性增加時,吸聲系數在高端波動。這個f0的位置大致是f0對應的波長是材料厚度t的4倍。

當材料的厚度增加時,可以改善低頻下的吸聲特性。在相同頻率下,t2的吸聲系數大於t1。若t2=2t1,則相同吸聲系數對應的頻率約為f2=f1,即厚度加倍,低頻吸聲系數的頻率特性向低頻偏移壹個八度。但是,並不總是可以通過增加厚度來提高低頻吸聲系數。由於聲波在材料開放空間傳播的阻尼,增加厚度來改善低頻吸聲是有限的。

不同的材料具有不同的有效厚度。玻璃棉等好的吸聲材料壹般厚度在5cm左右,10cm以上很少使用。但是對於纖維板這種比較致密的材料,其纖維之間的空隙很小,聲波傳播的阻尼很大,不僅吸聲系數小,有效厚度也很小。

壹般平板吸聲材料的低頻吸聲功能差是普遍規律。壹種改進的方法是將整個吸聲材料切割成楔形,如圖2所示。當聲波傳播到楔形材料時,空氣與材料的比例從尖端到底部逐漸變化,即聲阻抗逐漸變化,聲波傳播超過平板材料有效厚度的限制,到達材料的底部,從而提高低頻吸聲功能。

吸聲的頻率特性仍與圖1相似,最大吸聲系數的頻率f0對應的波長約為楔形吸聲結構長度t的4倍。例如,要使100Hz以上的頻率具有較高的吸聲系數,吸聲楔的長度約為87cm。當然,這樣的吸聲結構壹般不適合室內裝修,主要用於聲學實驗室或特殊的噪聲控制工程。利用* * *振動的不同吸收機理,設計各種類型的* * *吸振結構,使吸收峰選在所需的頻率位置,滿足不同頻率的吸聲要求,特別是解決了低頻吸聲不足的問題。

主要用幾種專業結構服來達到吸聲效果:薄層多孔吸聲材料、薄膜吸聲、薄板吸聲、穿孔板吸聲結構。不透氣的固體材料對聲波在空氣中傳播有隔音效果,隔音效果最根本的壹點取決於單位面積材料的質量。

夾層材料是物理彈性的,當聲波入射時,會激發振動在夾層中傳播。當聲波不是垂直入射,而是與夾層成θ角入射時,聲波的波陣面依次到達夾層表面,先到達夾層的聲波激發夾層中的彎曲振動波沿夾層橫向傳播。如果彎曲波的傳播速度與聲波在空氣中逐漸到達夾層表面的傳播速度壹致,聲波就會加強彎曲波的振動,這種現象稱為重合效應。此時彎曲波振動的振幅特別大,向另壹側空氣中輻射聲波的能量也特別大,從而降低了隔音效果。根據質量定律,如果頻率降低壹半,傳輸損耗會降低6 dB。為提高隔音效果,質量增加壹倍,傳輸損耗增加6dB。在這個規律的控制下,僅僅通過增加夾層的質量,比如增加壁厚,比如飛機上的隔聲結構,來明顯提高隔聲能力,顯然是無效的,有時甚至是不可能的。這時候解決的辦法主要是采用雙層甚至多層隔音結構。

雙層隔音結構的模型如圖8所示。單位面積質量分別為m1和m2,中間空氣層厚度為l,雙層結構的傳輸損耗理論上可以計算,結果比較復雜。在不同的頻率範圍內可以得到不同的簡化表達式,這裏只做定性介紹。

雙層隔音結構的兩層壹般不使用相同厚度的相同材料,以避免兩層之間的重合頻率相同。

設計施工時要特別註意,兩層之間不能有剛性連接。固體-空氣-固體的雙層結構被破壞,兩個固體夾層由剛性構件連接。隔音吸聲材料將兩個夾層的振動連接在壹起,隔音能力大大降低。特別是對於雙層輕型結構的隔聲,當需要相互支撐或連接時,必須用彈性構件支撐或懸掛。同時,需要註意的是,要分割的兩個空間之間不能有縫隙或孔洞。“漏風”就是漏聲,是隔音的實際問題;