离心玻璃棉的建筑声学特征及应用
离心玻璃棉内部纤维蓬松交错,存在大量微小的孔隙,就是典型的多孔性吸声材料,具有良好的吸声特性。离心玻璃棉可以制成墙板、天花板、空间吸声体等,可以大量吸收房间内的声能,降低混响时间,有利于提高语言清晰度,也有利于减少室内噪声。在轻体隔墙的空腔内填入离心玻璃棉,不但起到良好的保温作用,还可以较大幅度地提高墙体的隔声性能,有利于隔绝噪声,也有利于保证室内谈话的私密性。使用离心玻璃棉制成管道或风机罩的衬里可以起到消声作用,有利于降低管道中气流与机械振动产生的噪声,使空调系统更加安静。离心玻璃棉具有良好的弹性,可以作为楼板减振垫层的主要材料,显著地降低楼上的脚步、奔跑、拖动物品等撞击产生的噪声对楼下房间的影响。ﻫ
离心玻璃棉的声学特性不但与厚度与容重有关,也与罩面材料、结构构造等因素有关。在建筑应用中还需同时兼顾造价、美观、防火、防潮、粉尘、耐老化等多方面问题。本文将就离心玻璃棉
相关的建筑声学基本概念、建筑吸声应用、建筑隔声应用、建筑消声应用、国内外不同声学产品
对比,以及相关的国家规范标准等方面近可能详细地讨论离心玻璃棉的建筑声学特性及应用。
一、建筑声学的基本概念
1)声音?ﻫﻫ物体的振动产生“声”,振动的传播形成“音”。人们通过听觉器官感受声音,声音就是物理现象,不同的声音人们有不同的感受,相同声音的感受也会因人而异。美妙的音乐令人陶醉,清晰激昂的演讲令人鼓舞,但有时侯,邻居传来的音乐声使人难以入睡,她人之间的甜言蜜语也许令人烦恼。建筑声学不同于其她物理声学,主要研究目的在于如何使人们在建筑中获得良好的声音环境,涉及的问题不局限于声音本身,还包括心理感受、建筑学、结构学、材料学甚至群体行为学等多方面问题。ﻫ
人耳的听觉下限就是0db,低于15dｂ的环境就是极为安静的环境,安静的会使人不知所措。乡村
的夜晚大多就是25-3０ｄb,除了细心才能够体会到的流水、风、小动物等自然声音以外,其她感觉
一片宁静,这也就是生活在喧嚣之中的城市人所追求的净土。城市的夜晚会因区域不同而有所不同。较为安静区域的室内一般在30－35dｂ,如果您住在繁华的闹市区或就是交通干线附近,将不得不忍受40-50ｄb(甚至更高)的噪声,如果碰巧邻居就是一位不通情达理的人,夜深人静时蹦蹦跳跳、高声喧哗,也许更要饱受煎熬了。人们正常讲话的声音大约就是6０-7０db,大声呼喊可达１00db。
在中式餐馆中,往往由于缺乏吸声处理,人声鼎沸,声音将达到70-80db,有国外研究报道噪声中进餐会影响健康。人耳的听觉上限一般就是１２０db,超过120dｂ的声音会造成听觉器官的损伤,140db的声音会使人失去听觉。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。ﻫ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与理解,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就是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,有利于听清语言与交流,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,也就就是说,同样大小的声音,中频听起来要比低频与高频的声音响。ﻫ
2)频率特性ﻫﻫ声音可以分解为若干(甚至无限多)频率分量的合成。为了测量与描述声音频率特性,人们使用频谱。频率的表示方法常用倍频程与1/3倍频程。倍频程的中心频率就是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就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,也就就是把每个倍频程再划分成三个频带,中心频率就是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就是不同的。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。隔声等其她声学性能也就是如此。
ﻫ 3)分贝与a声级
ﻫ分贝对于非专业人员来讲就是最难理解的,然而对于专业人士来讲分贝又就是再熟悉不过了。分贝(ｄb)就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,它的运算不就是线性比例的,而就是对数比例的,例如两个音箱分别发出６0d ｂ的声音,合在一起并不就是１２0ｄb,而就是63dｂ。如果某种吸声材料吸收了8０％的声能,声音降低了不就是０、８dｂ也不就是８０db而就是?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。ﻫﻫ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就是不同的。我们可以说在某频率时,声压级就是多少,或吸声系数就是多少,或隔声量就是多少等等。
ﻫ a声级的概念会使普通人感到迷惑。声级就是将各个频率的声音计权相加(不就是简单的算术相加)得到的声音大小,ａ声级就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与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就是按a声级作为指标的。
4)吸声
吸声就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。描述吸声的指标就是吸声系数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与１之间,也就就是不可能全部反射,也不可能全部吸收。ﻫﻫ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标准与国家标准,吸声测试报告中吸声系数的频率范围就是100-5khｚ。将?10０-5khz的吸声系数取平均得到的数值就是平均吸声系数,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,这一数值就是材料在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的材料就是反射材料,nrc大于0、４的材料才被认为就是吸声材料。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。ﻫﻫ多孔吸声材料,如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等,吸声机理就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就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、甚至就是狭缝砖等,它的吸声机理就是亥姆霍兹共振,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就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
她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就是薄板共振,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。
ﻫ 5)混响与混响时间
ﻫ混响就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。
ﻫ描述混响效果的指标就是混响时间,它就是室内声源停止发声后,声压级衰减60dｂ所经历的时间,单位就是秒。混响时间与室内吸声存在数学关系,也就就是建筑声学中著名的塞宾公式:t＝0、１６1v/(s×a)?,其中t就是混响时间,v就是房间体积,ｓ就是房间墙面的总表面积,a就是房间表面的平均吸声系数。由塞宾公式可以瞧出,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
