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聲音控制——吸聲

吸聲就是將聲能轉變為熱能,可以用來降低室內聲級,但它無法降低不同房屋之間的聲音。

聲音控制——吸聲

圖2.1聲波作用於隔牆的效果

每一種材料都會通過和聲波相互作用來吸收一些聲音。吸聲通常以被吸收聲能與入射聲能之比來計量。如果某種材料不能吸收任何人射聲能,那麼這種材料的吸聲係數就為“0”;換句話說,作用於吸聲係數為“0”的材料上,聲音被全部反射。事實上,任何材料都會吸收一些聲音,吸聲係數為“0”只是一個理論上的極限值。如果某種材料吸收全部作用於其上的聲音,那麼這種材料的吸聲係數就為“1”,這同樣是吸聲係數的一個極限值,因為任何材料都會反射一些聲音,所以這也只是理論上的值。由此可見,吸聲係數的範圍在0和1之間。

不同頻率會有不同的吸聲係數。典型吸聲材料的吸聲係數隨着頻率的提高而增加。因此,吸聲材料對於低頻聲,特別是對250Hz以下的聲音的吸收是有限的。專門設計的吸聲體可以吸收低頻,一會兒就會講到。可是,在通常情況下,採用單一數值(多個頻率吸聲係數綜合值)來描述某種材料的吸聲特性比較方便。美國材料試驗協會(ASTM)在C423條標準中把這一數值定義為降噪係數(NRC)。 NRC是材料在250、 500、1000、 2000Hz等四個頻率的吸聲係數的算術平均值(而不是對數平均值),四舍五人取整0.05。

聲音控制——吸聲

表2.1列出了常見材料的吸聲係數和NRC值。注意表2.1的數值僅供參考,專業數值需參見製造商的說明書。同時也要注意吸聲係數和NRC都沒有單位。通常NRC值低於0.20的材料被認為是反射材料,NRC數值高於0.40的材料才被認為是吸聲材料。當需要吸收大量聲能或消除回聲或駐波時,常常推薦使用高吸聲係數的材料。

必須說明,儘管一般常採用IVRC來評定材料的吸聲特性,但是它限定聲源頻率範圍在250一 zaooH:之間。對於超出這一頻率範圍以外的聲源,尤其是低於這一頻率範圍的聲源,必須注意使用對所感興趣的特定頻率有吸聲效果的材料。同時需要注意的是,許多廠商給出的某種材料的降噪係數(NRC)或吸聲係數在數值上超過了1.0,這是因為吸聲係數測量方法的人為誤差會造成吸聲係數變大甚至超過1i。然而,這樣的值是錯誤的,它意味着材料吸收的聲能比人射在材料表面上的能量還多,這在物理上是不可能的。因此,任何發表的超過1.0的吸聲係數或降噪係數(NRC),都不能按超過1.0的值來考慮。

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圖2.2 亥姆霍茲共振器的通常剖面圖

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圖2.3 亥姆霍茲共振的一般吸聲特性(f0是共振頻率,決定於頸口的尺寸和空腔的體積)

表2.1表明多數材料的吸聲係數隨着頻率的增加而增大,這意味着它們的低頻吸收沒有高頻好。如果需要吸收頻率低於250Hz的聲波,必須使用特殊的材料。這些材料外表面較輕或開有孔洞,後面有空氣層,空氣層有助於增加附加吸收。亥姆霍茲共振器和吸聲薄膜是兩種常用的低頻吸收材料。亥姆霍茲共振器是以19世紀德國物理學家亥姆霍茲的名字命名的,形狀有點像飲料瓶。外部空間與瓶內部大空腔由窄的瓶頸連接,如圖2.2所示。從人射聲波來考慮,窄的瓶頸處的空氣像一個質量塊,大空腔中的空氣像一個彈簧。在與質量塊的重量和彈簧的倔強係數相適應的頻率上,彈簧上的質量塊將產生共振。因此,與腔體共振頻率接近的入射聲波將被吸收,如圖2.3所示。這種結構可以與牆的構造融為一體,依據孔頸的尺寸和腔體的大小的不同,共振頻率通常低於250Hz。已經出現這種設計的商業化混凝土砌塊產品,如圖24所示,這種產品做成的隔牆表面上布滿窄槽。表2.1中可以看到這些產品在較窄的低頻範圍有較好的吸聲性能,因其表面多孔而粗糙,它也能適當吸收高頻。

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圖2.4亥姆霍茲共振砌塊牆體示意圖

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圖2.5 薄板共振吸聲體的橫剖面圖

薄膜吸收的工作原理類似亥姆霍茲共振器,不同之處是在輕型牆板後有一個空氣層,如圖2.5所示 。

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