聲波人射到物體上，會(huì)發(fā)生反射、吸收和透射。材料的聲學(xué)特性與入射聲波的頻率和角度有關(guān)。所以說到材料和結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性時(shí)，總是和一定的頻率與一定的人射情況相對(duì)應(yīng)。
一、吸聲材料和吸聲構(gòu)造
材料的吸聲能力常用吸聲系數(shù)。表示。某一種材料及其構(gòu)造對(duì)不同頻率的聲波有不同的吸聲系數(shù)。工程上通常采用125，250，500，1K，2K，4KHz六個(gè)倍頻程的吸聲系數(shù)來表示某一種材料或構(gòu)造的吸聲頻率特性。
250，500，1K，2KHz四個(gè)倍頻程的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值又稱為降噪系數(shù)(取0.05的整數(shù)倍)。
工程上使用的材料吸聲系數(shù)多用混響室法來測(cè)量。它通過測(cè)試混響室內(nèi)鋪設(shè)吸聲材料前后的混響時(shí)間的變化，從而計(jì)算出材料的吸聲系數(shù)。
某構(gòu)件的實(shí)際吸聲效果用吸聲量A來表征，它和構(gòu)件的尺寸大小有關(guān)：
A=S·α
式中A——構(gòu)件的吸聲量，m2;
S——構(gòu)件的面積，m2;
α——構(gòu)件的吸聲系數(shù)。
(一)多孔吸聲材料
玻璃棉、超細(xì)玻璃棉、巖棉等無機(jī)材料，以及棉、毛、麻、木質(zhì)纖維等有機(jī)材料屬多孔吸聲材料。
1.吸聲機(jī)理及吸聲頻率特性
多孔材料具有大量?jī)?nèi)外連通的微小空隙和孔洞，當(dāng)聲波入射其中時(shí)，引起空隙中空氣的振動(dòng)。由于空氣的黏滯阻力，空氣與孔壁的摩擦和熱傳導(dǎo)作用，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗掉。
那種以為粗糙表面(如水泥拉毛)吸聲好的概念是錯(cuò)誤的。
具有大量微孔，但微孔之間相互封閉、不連通的材料，如泡沫塑料，吸聲性能也不佳。
吸聲頻率：多孔吸聲材料一般對(duì)中、高頻聲波具有良好的吸聲能力。
2.影響多孔材料吸聲性能的因素
(1)空氣流阻
空氣流阻反映了空氣質(zhì)點(diǎn)通過材料空隙時(shí)的阻力。對(duì)于特定的多孔材料，存在最佳流阻。
(2)孔隙率
孔隙率是指材料中連通的空隙體積和材料總體積之比。多孔材料的孔隙率一般在70%以上，多數(shù)達(dá)90%左右。對(duì)于一定厚度的多孔材料，存在最佳孔隙率。
(3)厚度
增加多孔材料的厚度，可以增加對(duì)低頻聲的吸收，但對(duì)高頻聲的吸聲性能影響則較小。厚度增加到一定程度時(shí)，對(duì)吸聲系數(shù)的影響就不明顯了。
(4)表觀密度(容重)
材料厚度不變，增加表觀密度可提高中低頻的吸聲系數(shù)，但比增加厚度引起的變化相對(duì)較小。材料表觀密度也存在最佳值。
(5)安裝條件
多孔材料背后留有空腔，其中、低頻的吸聲系數(shù)會(huì)有所提高。
(6)面層的影響
多孔材料飾面應(yīng)具有良好的透氣性，否則會(huì)降低材料的吸聲系數(shù)。
(7)溫度和濕度的影響
常溫條件下，溫度對(duì)多孔材料的吸聲系數(shù)幾乎沒有影響。
多孔材料吸濕后，中高頻的吸聲系數(shù)將降低，并使材料變質(zhì)。多孔材料不適合在高濕條件下使用。
(二)共振吸聲構(gòu)造
利用共振原理設(shè)計(jì)的吸聲構(gòu)造一般有兩種，一種是空腔共振吸聲構(gòu)造;一種是薄膜薄板共振吸聲構(gòu)造。
1.空腔共振吸聲構(gòu)造
空腔共振吸聲構(gòu)造，是在構(gòu)造中封閉有一定體積的空氣，并通過開口或小孔與聲場(chǎng)空間連通。如亥姆霍茲共振器，各種穿孔板(如穿孔石膏板、金屬板、纖維水泥板、木板等)、狹縫板等背后設(shè)置空氣層形成的吸聲構(gòu)造。
亥姆霍茲共振器，如圖3—5(a)所示，可用石膏澆筑，或采用專門設(shè)計(jì)的帶孔徑的空心磚或空心砌塊，由封閉空腔通過開口與外部空間相聯(lián)系，其吸聲原理可用圖3—5(b)說明。當(dāng)孔深t和孔徑d比聲波波長(zhǎng)小得多時(shí)，孔徑中空氣柱的作用類似于質(zhì)量塊，而空腔V比孔徑大得多，其作用相當(dāng)于空氣彈簧，于是形成一共振系統(tǒng)——彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng)。當(dāng)外界入射聲波的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，孔徑中的空氣柱由于共振而劇烈振動(dòng)并與孔壁摩擦從而消耗聲能。穿孔板吸聲構(gòu)造可看成是許多并聯(lián)的亥姆霍茲共振器，如圖3-5(c)所示。
該類吸聲構(gòu)造在共振頻率附近吸聲系數(shù)最大，離共振峰越遠(yuǎn)，吸聲系數(shù)越小。
其吸聲頻率特性與穿孔率、板厚、板后空氣層的厚度以及空氣層內(nèi)是否填充多孔材料有關(guān)，而穿孔率的大小取決于孔徑與孔距之比。
為了展寬穿孔板后空腔構(gòu)造的吸聲頻率范圍并提高其吸聲系數(shù)，一種方法是在穿孔板后鋪設(shè)多孔吸聲材料，另一種方法是采用孔徑小于lmm的微穿孔板。微穿孔板常用金屬薄板制作，其后一般不再鋪設(shè)多孔材料，適用于高溫、高濕、潔凈和高速氣流等環(huán)境中。
當(dāng)穿孔率超過20%時(shí)，穿孔板已成為多孔材料的面層而不再屬于空腔共振吸聲構(gòu)造。
2.薄膜;薄板共振吸聲構(gòu)造
在皮革、人造革、塑料薄膜、不透氣帆布等具有不透氣、柔軟、受張拉時(shí)具有彈性等特征的材料后設(shè)置封閉的空氣層，則形成共振系統(tǒng)。薄膜吸聲構(gòu)造的共振頻率通常在200—1000Hz范圍內(nèi)，最大的吸聲系數(shù)約為0.3～0.4，一般作為中頻范圍的吸聲材料。
膠合板、石膏板、纖維水泥板、金屬板等周邊固定在龍骨上，連同板后留有的空氣層，構(gòu)成薄板共振吸聲構(gòu)造。薄板構(gòu)造的共振頻率多在80～300Hz之間，最大吸聲系數(shù)約為0.2～0.5，可作為低頻吸聲結(jié)構(gòu)。板內(nèi)填充多孔材料可提高吸聲能力。建筑中大面積的抹灰吊頂、架空木地板、玻璃窗等的作用均相當(dāng)于薄板共振吸聲構(gòu)造。
(三)其他吸聲構(gòu)造
1.空間吸聲體
將吸聲材料制作成一定的形狀，懸吊在建筑空間中，就構(gòu)成空間吸聲體�？臻g吸聲體的吸聲能力多用單個(gè)吸聲量表示。其吸聲性能與空間吸聲體的懸吊高度及相互間隔有關(guān)。
2.吸聲尖劈
消聲室是模擬自由聲場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室，它要求房間界面無反射。
吸聲尖劈多用于消聲室等特殊場(chǎng)合，要求房間界面在較低頻率范圍以上都具有較高的吸聲系數(shù)(0.99以上)。吸聲系數(shù)達(dá)到0.99的最低頻率稱為吸聲尖劈的截止頻率。吸聲尖劈常用直徑3.2—3.5mm的鋼絲制成楔形框架，框架上固定玻璃絲布、塑料窗紗等面層材料，框內(nèi)填超細(xì)玻璃棉等多孔吸聲材料。尖劈的形狀尺寸及所填多孔材料的吸聲性能決定了尖劈的截止頻率及其吸聲系數(shù)。
3.簾幕
窗簾與幕布大都具有多孔材料的吸聲性能。增加窗簾幕布的面密度，通過打褶或離墻或窗一定距離懸掛(通常為所考慮聲波波長(zhǎng)的1/4)，可提高吸聲系數(shù)。
4.洞口
建筑中的洞口，如開啟的門窗、送風(fēng)口、舞臺(tái)、耳光、面光口等都具有一定的吸聲能力。洞口吸聲系數(shù)的大小取決于洞口面積的大小以及第二空間的情況。朝向自由空間的洞口，其吸聲系數(shù)等于1。
5.人和家具
人和家具的吸聲性能可用單個(gè)吸聲量表示，則總吸聲量為單個(gè)吸聲量乘以人和家具的數(shù)量。對(duì)于密集排列的觀眾席，有時(shí)也用吸聲系數(shù)表示觀眾及座椅的吸聲性能.這時(shí)，吸聲量等于吸聲系數(shù)乘以觀眾席面積，此時(shí)觀眾席面積的計(jì)算應(yīng)加上坐席區(qū)周圍0.5rn寬走道的面積.
人的吸收主要是衣服的吸收，具有多孔材料的吸聲特性，即中高頻的吸聲顯著而低頻的吸聲較小。
6.空氣的聲吸收
空氣對(duì)高頻聲的吸收較顯著，在混響時(shí)間計(jì)算時(shí)應(yīng)加以考慮�？諝獾奈账p系數(shù)用4m表示，與環(huán)境的溫度和濕度有關(guān)。
二、隔聲構(gòu)件的隔聲特性
外部空間的聲音通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳到建筑空間中時(shí)會(huì)使聲能降低，稱為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲。若聲源在空氣中發(fā)聲，則圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔絕的是經(jīng)過空氣傳播到達(dá)的聲音，稱為“空氣聲隔絕”;若聲源是直接在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上撞擊，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，而使聲音輻射至鄰室，則圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)這部分聲音能量的隔絕作用，稱為“固體聲或撞擊聲的隔絕”。
(一)空氣聲隔絕
1.透射系數(shù)和隔聲量
工程上常用隔聲量R來表示構(gòu)件對(duì)空氣聲的隔絕能力.它與透射系數(shù)τ的關(guān)系是：
或τ=10-R/10(3-26)
若一個(gè)構(gòu)件透過的聲能是人射聲能的百分之一，即=0.01，則R=20dB。構(gòu)件的透射系數(shù)越大，則隔聲量越小，隔聲性能越差。
2.隔聲頻率特性和隔聲指標(biāo)
同一構(gòu)件對(duì)不同頻率的聲波有不同的隔聲量，工程上常用125～4000Hz的6個(gè)倍頻帶或100～3150Hz的16個(gè)1/3倍頻帶的隔聲量來表示某一構(gòu)件的隔聲性能，稱為構(gòu)件的隔聲頻率特性曲線。
表示構(gòu)件的隔聲性能的單值指標(biāo)主要有兩種：
(1)平均隔聲量：各頻帶隔聲量的算術(shù)平均值;
(2)計(jì)權(quán)隔聲量：綜合考慮人耳聽覺頻率特性和一般構(gòu)件的隔聲頻率特性，將所測(cè)得的隔聲頻率特性曲線與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的參考曲線按一定方法比較后讀取的數(shù)值。
3.空氣聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)2005年頒布的《住宅建筑規(guī)范》(GB50368--2005)規(guī)定，住宅樓板的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量不應(yīng)小于40dB(分隔住宅和非居住用途的樓板不應(yīng)小于55dB)，分戶墻不應(yīng)小于40dB，外窗不應(yīng)小于30dB，戶門不應(yīng)小于25dB。
我國(guó)2006年頒布的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378—2006)中規(guī)定，住宅建筑樓板和分戶墻的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量不小于45dB;戶門的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量不小于30dB;外窗的空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量不小于25dB，沿街時(shí)不小于30dB。
我國(guó)頒布的《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ118—88)中規(guī)定的包括住宅建筑、學(xué)校建筑、醫(yī)院建筑以及旅館建筑構(gòu)件的空氣聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)見表3-3一表3-6。
注：產(chǎn)生噪聲的房間系指音樂教室、舞蹈教室、琴房、健身房以及有產(chǎn)生噪聲與振動(dòng)的機(jī)械設(shè)備的房間。
注：產(chǎn)生噪聲的房間系指有噪聲或振動(dòng)設(shè)備的房間.
4.單層勻質(zhì)密實(shí)墻的空氣聲隔絕
(1)質(zhì)量定律
式中R——隔聲量，dB]
m——墻體的單位面積質(zhì)量，kg/m2;
f——入射聲波的頻率，Hz。
式(3-27)說明，墻體單位面積的質(zhì)量越大，隔聲效果越好。單位面積的質(zhì)量每增加一倍，隔聲量增加6dB。這一規(guī)律稱為“質(zhì)量定律”。從上式還可以看出，入射聲波的頻率每增加一倍，隔聲量也增加6dB。
(2)吻合效應(yīng)
入射聲波的波長(zhǎng)與墻體固有彎曲波的波長(zhǎng)相吻合而產(chǎn)生共振，致使構(gòu)件對(duì)該頻率聲波的隔聲能力大大降低的現(xiàn)象，稱為吻合效應(yīng)。吻合效應(yīng)發(fā)生時(shí)，使入射聲能大量透射到另一側(cè)，墻體隔聲性能下降，應(yīng)設(shè)法避免。
5.雙層墻的空氣聲隔絕
雙層墻由兩層墻板和中間的空氣層組成。
雙層墻提高隔聲能力的主要原因是空氣層的作用�？諝鈱涌梢钥闯墒桥c兩層墻板相連的“彈簧”。聲波入射到第一層墻時(shí)，使墻板發(fā)生振動(dòng)，該振動(dòng)通過空氣層傳到第二層墻時(shí)，由于空氣層的彈性變形具有減振作用，致使振動(dòng)傳給第二層墻板時(shí)已大為減弱，從而提高了墻體隔聲量。
雙層墻的隔聲量可用單位面積質(zhì)量等于雙層墻兩側(cè)墻體單位面積質(zhì)量之和的單層墻的隔聲量加上空氣間層的附加隔聲量表示，如圖3-6所示。
構(gòu)筑雙層墻時(shí)，應(yīng)避免產(chǎn)生聲橋，也即雙層墻間不得有任何剛性連接點(diǎn)。
在雙層墻空氣層間填充多孔材料，可提高隔聲量。為避免吻合谷，可使兩側(cè)的墻不一樣厚，或采用具有不同面密度的材料，使兩側(cè)墻的吻合谷錯(cuò)開。
6.輕型墻體的空氣聲隔絕
提高輕型墻體隔聲量的主要措施有：多層復(fù)合，雙墻分立，薄板疊合，彈性連接，加填吸聲材料等。為避免吻合效應(yīng)引起的隔聲量下降，應(yīng)使各層材料的重量不等，如使各層材料的面密度不同或厚度不同。
7.門、窗的隔聲
門、窗是隔聲的薄弱環(huán)節(jié)。門、窗周邊的縫隙也是容易漏聲的部位。門、窗的隔聲能力往往比墻體低得多，普通門的隔聲量?jī)H為約20dB。
提高門的隔聲能力的措施主要有：
(1)對(duì)門的周邊作密封處理;
(2)采用厚而重的門扇或采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)門扇;
(3)設(shè)置聲閘。所謂聲閘是指設(shè)置雙重隔聲門和門斗，并在門斗內(nèi)布置吸聲材料。
提高窗的隔聲能力的措施包括：
(1)采用較厚的玻璃，或采用雙層至三層玻璃，且各層玻璃的厚度不宜相同;
(2)雙層玻璃間留有空腔且雙層玻璃不平行放置，以避免或減弱吻合效應(yīng);
(3)沿雙層玻璃之間的窗框周邊填放吸聲材料;
(4)做好玻璃與窗框、窗框與墻壁之間的密封處理。
8.組合墻的隔聲
組合墻是指實(shí)體墻和門、窗的組合。組合墻的隔聲量由各組成部件的透射系數(shù)的計(jì)權(quán)平均值確定。
則組合墻的隔聲量：
式中——組合墻的透射系數(shù);
τi——組合墻各構(gòu)件的透射系數(shù);
Si——組合墻各構(gòu)件的面積，m2;
R——組合墻的隔聲量，dB。
由于普通門、窗的隔聲量通常比墻體低，因此，組合墻的隔聲量比實(shí)體墻低。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)按照“等傳聲量設(shè)計(jì)”的原則，使墻的隔聲量比門或窗的隔聲量高出l0dB左右。要提高組合墻的隔聲量，有效的辦法是提高隔聲較差的部件的隔聲量。
9.房間的噪聲降低值
設(shè)聲源室的聲壓級(jí)為L(zhǎng)p1，噪聲通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳到受聲室的聲壓級(jí)為L(zhǎng)p2，則兩室的聲壓級(jí)差值，也稱房間的噪聲降低值D=Lp1一Lp2，它不僅與兩室之間隔墻的隔聲量只有關(guān)，還決定于隔墻的面積S以及受聲室的吸聲量A，有：
從式(3-30)可以看出，同一種墻體，當(dāng)房間的總吸聲量與墻面積不同時(shí)，房間的噪聲降低值是不同的。提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量、增加受聲室的吸聲量和減小隔墻的面積均可以降低受聲室的聲壓級(jí)。
式(3-30)可用來檢查在使用已知隔聲量的隔墻時(shí)，受聲室的聲壓級(jí)是否滿足允許噪聲標(biāo)準(zhǔn)，上式還可以用來選擇滿足要求的隔墻的隔聲量，以便據(jù)此設(shè)計(jì)隔墻的構(gòu)造方案。
(二)撞擊聲隔絕
1.撞擊聲隔絕的計(jì)量——計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)
采用一個(gè)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)打擊器，在被測(cè)樓板面上撞擊發(fā)聲，在樓下房間測(cè)量100~3150Hz范圍內(nèi)1/3倍頻帶聲壓級(jí)，并根據(jù)下式修正，得到各1/3倍頻帶的標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)：
式中Li——樓下房間內(nèi)測(cè)得的撞擊聲聲壓級(jí)，dB;
Ao——標(biāo)準(zhǔn)條件下的吸聲量，規(guī)定為l0rn2;
A——受聲室的吸聲量，m2。
LN越高，說明樓板的撞擊聲隔聲性能愈差;反之，LN越低，則樓板的撞擊聲隔聲性能愈好。
將標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)頻率特性曲線與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的參考曲線按一定規(guī)則比較后讀取的單值指標(biāo)，稱為計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)。
2.撞擊聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)《住宅建筑規(guī)范》(CB503682005)規(guī)定，住宅樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)不應(yīng)大于75dB。
我國(guó)2006年頒布的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378--2006)中規(guī)定，住宅建筑樓板的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化撞擊聲壓級(jí)不大于70dB。
我國(guó)《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》(GDJ118--88)中，對(duì)住宅建筑、學(xué)校建筑、醫(yī)院建筑以及旅館建筑的撞擊聲隔聲標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定見表3-7～表3—10。
3.撞擊聲的隔絕措施
撞擊聲的隔絕措施包括：
(1)在樓板表面鋪設(shè)彈性面層，這對(duì)中、高頻的撞擊聲級(jí)有較大的改善;
(2)在樓板面層和結(jié)構(gòu)層間鋪設(shè)彈性墊層，如浮筑樓面、木地板龍骨下設(shè)彈性墊層等;
(3)在樓板下做隔聲吊頂。應(yīng)注意吊頂必須密封，吊頂與樓板之間采用彈性連接，另外，吊頂內(nèi)鋪設(shè)多孔吸聲材料尚可進(jìn)一步提高隔聲性能。
