如何选择合适的吸声材料与结构

入射声波（E_i）投射到建筑材料时，一部分声能被反射（E_r），另一部分声能被材料吸收（Eα），还有一部分声能透射建筑材料（E_t）。根椐能量守恒定律，E_i=E_r+Eα+E_t。材料的吸声系数α是指被吸收的声能（包括透射声能E_t）与入射声能之比，即

α=（E_r+E_t）/E_i （1-22）

吸声系数α与入射声波的投射角度、材料吸收声性能、吸声结构及声波的频率有关。建筑声学设计中常用的吸声材料和吸声结构可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和特殊吸声结构三大类。

1.多孔吸声材料

多孔吸声材料包括纤维类材料、颗粒类材料和泡沫材料。这类材料品种规格多，应用面广，是最常用的吸声材料。多孔吸声材料一般有良好的中高频吸声性能。

多孔吸声材料的吸声机理不是因为表面粗糙，而是它有大量内外连通的微小空气隙气泡。多孔吸声材料的吸声能力与其厚度、材料密度有关。随着厚度的增加，对中低频的吸声系数会显著增加，但高频吸声性能变化不大。增加材料的密度，也可提高中低频的吸声系数，但比增加厚度的效果小，因此，在使用同样的材料时，当厚度不受限制时，宁可采用结构密度低而厚度大的多孔吸声材料。图1-51是不同厚度和密度的超细玻璃棉的吸声系数，图1-52是空腔层厚度对吸声性能的影响，图1-53和图1-54是帘幕的吸声特性。

图1-51 不同厚度的密度为27kg/m³超细玻璃棉的吸声系数

图1-52 吸声材料背面空腔层厚度对吸声性能的影响

图1-53 0.26kg/m³密度帘幕的吸声特性

空气层厚度：1—30mm 2—100mm 3—250mm

图1-54 帘幕吸声性能与空气层厚度、帘幕密度的关系

a）帘幕空气层厚度与吸声性能的关系 b）帘幕密度与吸声性能的关系

纤维类材料有：玻璃棉、超细玻璃棉、矿棉类等无机纤维及其毡、板制品，棉、毛、麻等有机纤维织物和木板制品等。颗粒类材料有：膨胀珍珠岩、微孔砖板等块、板制品。纤维织品帘幕也是一种多孔吸声材料。就吸声效果而言，丝绒最好，平绒次之，棉麻制品更次之，化纤类帘幕更差些。通过调节帘幕与墙面或玻璃面之间的间距，可调节吸声效果。

2.共振吸声结构

穿孔薄板和穿孔薄膜构成的吸声结构是利用共振吸声原理的吸声结构。穿孔板吸声结构具有较好的中频吸声性能。由金属薄板、木板、石膏板等穿以一定密度的小孔或缝隙后固定在龙骨上，穿孔板背后留有空气层空腔而构成共振吸声系统。

多孔吸声材料背后的空腔，对吸声性能有重要影响；吸声性能随空腔厚度的增加而提高，如图1-55所示。

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图1-55 穿孔板后空腔内放置不同多孔吸声材料时的吸声特性（穿孔板的穿孔率p=9%）

穿孔板共振吸声结构可视为由许多个并联的亥尔姆霍兹共振器组成。共振频率f₀（Hz）为

式中 c——声波速度，34×10³cm/s；

p——穿孔率，即穿孔面积与板的总面积之比；

D——空腔深度（cm）；

d——穿孔直径（cm）；

δ——板厚（cm）。

穿孔板的孔形除圆孔外，常用的还有长方形条孔和菱形孔等，其共振频率的计算是相同的。表1-11是常用吸声材料和吸声结构的吸声系数。

表1-11 常用吸声材料和吸声结构的吸声系数

（续）

穿孔板的吸声特性在共振频率附近有最大的吸声系数，为扩宽吸声系数的频率范围，可在穿孔板后铺设多孔吸声材料及留有一定的空气隙，如图1-55所示。

根据材质的不同、穿孔板可分为金属穿孔板和非金属穿孔板两类。常用金属穿孔板有穿孔铝板和穿孔钢板；常用非金属穿孔板有木质板、穿孔塑料板、穿孔石膏板、穿孔PC板和穿孔硅钙板等。加大后空腔的厚度可提高低频吸声性能，便于组成全频带的吸声结构。

孔径小于1mm（穿孔率p=1%～3%）的穿孔板称为微孔板，用薄金属板制成，其后面再铺设多孔吸声材料，可在较宽频带内获得较好的吸声效果。如果做成双层微穿孔板结构，吸声性能更佳，如图1-56所示。图1-57是常用吸声材料及吸声结构的吸声特性。

如果把穿孔率达到50%以上的微穿孔金属薄膜或微孔有机玻璃板直接贴在大面积装饰玻璃平面上，则可解决玻璃平面的强声反射问题，同时也不大影响玻璃的透光性或透明度。它的缺点是造价高。

图1-56 共振吸声的基本结构