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隔聲材料(Soundproof Materials),是指把空氣中傳播的噪聲隔絕、隔斷、分離的一種材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)。對于隔聲材料,要減弱透射聲能,阻擋聲音的傳播,就不能如同吸聲材料那樣多孔、疏松、透氣,相反它的材質(zhì)應(yīng)該是重而密實的,如鋼板、鉛板、磚墻等一類材料。隔聲材料材質(zhì)的要求是密實無孔隙或縫隙;有較大的重量。由于這類隔聲材料密實,難于吸收和透過聲能而反射能強,所以它的吸聲性能差。
隔聲材料:材料一、能過共振吸聲的方式的隔音材料有:石膏板、石棉水泥、膠合板、鋼板、鋁板以及硬質(zhì)纖維板。材料二、玻璃棉、麻棉毛氈、有機纖維材料、巖棉、礦棉以及聚苯乙烯泡沫塑料這幾種。材料三、石膏板、硬質(zhì)纖維板等能夠?qū)鍓K四周固定,然后連通板后的封閉空氣層,從而達(dá)到吸音隔音的效果。材料四、皮革、塑料薄膜、人造革等具有不透氣、張拉能力強而且柔軟的材料,通過聲音的共振頻率能夠有效阻隔聲音傳播。材料五、具有特殊功能的窗幕以及空間吸聲體。
凡是能用來阻斷噪聲的材料,統(tǒng)稱為隔聲材料。 隔音材料五花八門,日常人們比較常見的有實心磚塊、鋼筋混泥土墻、木版、石膏板、鐵板、隔聲氈、纖維板等等。 嚴(yán)格意義上說,幾乎所有的材料都具有隔音作用,其區(qū)別就是不同材料間隔音量的大小不同而已。同一種材料,由于面密度不同,其隔音量存在比較大的變化。 隔聲量遵循質(zhì)量定律原則,就是隔音材料的單位密集面密度越大,隔音量就越大,面密度與隔音量成正比關(guān)系。
隔音材料在物理上有一定彈性,當(dāng)聲波入射時便激發(fā)振動在隔層內(nèi)傳播。當(dāng)聲波不是垂直入射,而是與隔層呈一角度 θ 入射時,聲波波前依次到達(dá)隔層表面,而先到隔層的聲波激發(fā)隔層內(nèi)彎曲振動波沿隔層橫向傳播,若彎曲波傳播速度與空氣中聲波漸次到達(dá)隔層表面的行進(jìn)速度一致時,聲波便加強彎曲波的振動,這一現(xiàn)象稱吻合效應(yīng)。這時彎曲波振動的輻度特別大,并向另一面空氣中輻射聲波的能量也特別大,從而降低隔聲效果。
產(chǎn)生吻合效應(yīng)的頻率fc為: fc=co2/2 π sin2 θ [12 ρ (1- σ 2)/eh2]1/2 式中 ρ 、 σ 、e分別為隔層材料的密度、泊松比和楊氏模量,h是隔層厚度。任意吻合頻率fc與聲波入射角 θ 有關(guān)。在大多數(shù)房間中的聲場都接近于混響聲場,到達(dá)隔層的入射角從0°到90°都有可能,因此吻合頻率出現(xiàn)在從掠入射( θ=90°) 的fc0開始的一個頻率范圍,也就是說吻合效應(yīng)使某一頻率范圍的隔聲效果變差。一般這一頻率范圍發(fā)生在中高頻。從質(zhì)量定律知道,中高頻隔聲量較大,除了內(nèi)阻尼很小的金屬板外,因吻合效應(yīng)使中高頻隔聲量降低的現(xiàn)象,不會引起很大的麻煩。
質(zhì)量定律;對于隔墻隔聲[1]存在一個普遍的規(guī)律,即材料越重(面密度,或單位面積質(zhì)量越大)隔聲效果越好。對于單層密致勻?qū)崏?,面密度每增加一倍,隔聲量在理論上增?dB,這種規(guī)律即為質(zhì)量定律。對于雙層的紙面石膏板墻,質(zhì)量定律發(fā)揮著重要作用,即增加板的層數(shù)或厚度都可以獲得隔聲量的提高。由于龍骨雙層墻系統(tǒng)聲頻振動形式非常復(fù)雜,故質(zhì)量定律的體現(xiàn)要比單純的單層墻復(fù)雜。單層紙面石膏板的隔聲效果很差,例如:12mm厚、面密度10kg/m2左右的紙面石膏板標(biāo)準(zhǔn)計權(quán)隔聲量Rw=29dB。即使將四層這樣的紙面石膏板疊和在一起隔聲量理論上Rw也只能達(dá)到41dB。輕型勻質(zhì)墻體,如石膏砌塊、加氣混凝土板、膨脹巖板、輕質(zhì)圓孔板等,面密度大多在60-100kg/m2,受到質(zhì)量定律的限制,隔聲量Rw=35-40dB。對于單層重墻,面密度大于250kg/m2,如120磚墻,90厚空心混凝土砌塊、100厚混凝土墻板等,隔聲量Rw可達(dá)45dB左右,面密度超過500kg/m2的240磚墻、200厚混凝土墻等的隔聲量可達(dá)50-55dB左右。
共振頻率:任何隔墻都存在固有的共振頻率,當(dāng)聲波的頻率和墻的共振頻率一致時,墻體整體產(chǎn)生共振,該頻率的隔聲量將大大下降。一般地,墻體越厚重,共振頻率越低,當(dāng)共振頻率低于隔聲評價低參考頻率100Hz時,由于人耳聽覺特性對低頻不敏感,對隔聲量Rw的影響大大降低。對于12mm和15mm厚兩種不同面密度紙面石膏板存在不同共振頻率。12mm紙面石膏板面密度為10kg/m2,15mm紙面石膏板面密度約12kg/m2。15mm厚的紙面石膏板墻的共振頻率基本低于低考慮頻率范圍100Hz,因此共振頻率對15mm板構(gòu)造的墻體構(gòu)件隔聲性能影響較小。但對于12mm板,100Hz附近的隔聲性能影響較大,造成低頻100Hz、125Hz、200Hz處隔聲量比15mm板下降較多,主要是因為共振頻率的原因。
理論和實驗均表明,輕、薄、柔的墻fc高,吻合效應(yīng)弱;厚、重、剛的墻fc低,吻合效應(yīng)強。12mm、15mm紙面石膏板的fc分別為3.15KHz和2KHz左右。12mm板在3.15KHz處的隔聲量產(chǎn)生下降,15mm板在2KHz處的隔聲量下降更為嚴(yán)重,甚至下降的趨勢強過質(zhì)量定律,造成在這一頻率位置上隔聲量比12mm的板還低很多。雙層相同的板疊合的吻合頻率fc和單層板基本等同,由于雙層發(fā)生振動疊加,吻合效應(yīng)更加劇烈,吻合谷會變得更深。如果使用不同厚度的板進(jìn)行疊合,吻合谷將彼此錯開,且每個吻合谷都較淺,對隔聲性能有利。雙層板的劇烈吻合效應(yīng)是非常明顯的,會造成雙層15mm板構(gòu)造的隔墻在3150Hz附近的隔聲量反倒低于雙層12mm板的隔墻。一層12mm和一層15mm板疊合的隔墻比雙層15mm隔墻的面密度低,但隔聲量反倒會提高,這是吻合效應(yīng)被減弱的結(jié)果。
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