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建筑声学材料

作者:PokerStar时间:2020-05-06 19:57

  建筑声学材料_建筑/土木_工程科技_专业资料。第六章 建筑声学材料 掌握: 1、声学的基本知识; 2、吸声材料和吸声结构的种类及其吸 声原理; 3、声学材料的分类; 4、建筑工程中怎样选择吸声材料和吸 声结构? 返回 第六章 建筑声学材料 第

  第六章 建筑声学材料 掌握: 1、声学的基本知识; 2、吸声材料和吸声结构的种类及其吸 声原理; 3、声学材料的分类; 4、建筑工程中怎样选择吸声材料和吸 声结构? 返回 第六章 建筑声学材料 第一节 声学材料概述 第二节 声学的基本知识 第三节 建筑声学材料(结构)的基本 特性 第四节 吸声材料 第五节 隔声材料 第六节 声学材料(结构)的选用原则 第六章 建筑声学材料 第一节 声学材料概述 一.建筑声学的基本任务 研究室内声波传输的物理条件和声学处理方法 ; 保证室内具有良好听闻条件; 研究控制建筑物内、外部一定空间内的噪声干扰和危害。 二.建筑声学的发展 公元前一世纪,罗马建筑师维特鲁威的《建筑十书》记述音 响调节方法,如利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等。 19 世纪末,欧洲经典声学发展到最高峰。 20 世纪初,建筑声学内容逐渐充实,应用广泛。 直到 1929 年,美国声学学会。 第六章 建筑声学材料 三.研究建筑声学的目的 1、给听音场所提供产生、传播、收听所需声音的最佳 条件 ; 2、排除或减少噪声或震动干扰。 四.建筑声学的研究对象 声源、传声通道和听者之间的关系。 五.建筑声学的研究手段 通过结构的合理设计及对声学材料的适当应用,从而 控制声音的传播,达到改善声音接受者的听闻感受。 第六章 建筑声学材料 六. 声学材料 1、吸声材料:吸声作用较强的材料 ; 2、隔声材料:隔声作用较强的材料 ; 3、透声材料:声波入射到材料层上能够无反射,无损 耗地通过,这样的材料 。 第六章 建筑声学材料 七. 厅堂设计的声学要求 1、各个部位都应有足够的响度 ; 2、声能应均匀分布 ; 3、应具有最佳的混响特性; 4、不应出现回声、长延迟反射声、颤动回声等缺陷。 第六章 建筑声学材料 八. 室外声波的传播特性 1、声源的方向性: ①声波波长比声源的尺寸大很多倍时,声波较均匀地向各方向传播; ②声波波长小于声源的尺寸时,集中向正前方一个尖锐的圆锥体的范围内 传播。 2、声波的反射和折射: 3、声波的绕射(衍射)和散射: 4、声波干涉: 振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定 。 5、声驻波: 振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定 。 第六章 建筑声学材料 第二节 声学的基本知识 一.声音的产生与传播 ①辐射声音的振动物体称为声源 ; ②声波依靠介质的质点的振动向外传播; ③振动方向与波传播方向平行,称纵波; ④振动方向与波传播方向垂直,称横波; 1.频率 声源完成一次振动所经历的时间,称周期;T表示,s 1s内振动的次数称频率;f表示,赫兹 f=1/T 第六章 建筑声学材料 2.波长 声波在传播途径上,两相邻同相位质点间的距离。 3.声速 声波在弹性介质中的传播速度;c表示,不是质点振动的 速度,是振动状态传播的速度; 波速的大小与振动的特性无关,与介质的弹性、密度及温 度有关。 一定介质中声速是一定的,频率越高,波长就越短。 室温下空气中声速340m/s; 100~4000Hz波长:3.4~0.085m; 人耳能听到的声波频率:20~20000Hz。 第六章 建筑声学材料 4.频带 ——进行声音测量时,规定将声音的频率范 围划分成若干个区段。 ①每个频带有一个上限频率f1和一个下限频率 f2,带宽就为f1-f2。 ②每—频带以其中心频率fc标度, 第六章 建筑声学材料 5、声波的衍射与反射 (1)波振面 ——声波从声源出发,在同一介质中按一定方向传播,在某 一时刻,波动所达到的各点包络面。 (2)声线 ——表示声波传播的途径,各向同性的介质中声线是直线且 与波振面垂直。 返回 第六章 建筑声学材料 (3)依据波阵面形状的不同,将声波划分为: ①平面波——波阵面为平面,由面声源发出; ②柱面波——波阵面为同轴柱面,由线声源发出; ③球面波——波阵面为球面,由点卢源发㈩。 一个声源是否可以被看成是点声源,取决于声源 的尺度与所讨论声波波长的相对尺度。当声源的尺 度比它所辐射的声波波长小得多时,可看成是点声 源。所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按点 声源考虑,而在中高频则不可以。 第六章 建筑声学材料 声波的衍射 1、孔洞的衍射 衍射情况与孔洞大小有关: 孔的直径小于波长,小孔的质点近似新声源,产生新球面波,与原波形无关; 孔的直径大于波长,孔内声波仍按原来波形前进; 孔的直径与波长相当,衍射声波因波长而异产生复杂的干涉图案。 2、障碍物的衍射 障碍物的尺寸小于波长,大部分声波仍按原来波形前进; 障碍物的尺寸增大,反射波增加,声影区扩大。 3、障碍板边缘的衍射 声影区随波长增大而增大。声音频率越低,衍射现象越明显。 第六章 建筑声学材料 8、声波的折射、反射和声像 (1)声波在传播过程中,遇到尺寸比波长大得多的障碍板,声 波被反射。 (2)如声源发出的是球面波,净反射仍是球面波。 (3)反射声波、折射声波及入射声波的关系,与界面两侧的媒 质特性阻抗、入射声波的入射角有关。 (4)反射定律: ①入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内; ②入射线和反射线分别在法线的两侧; ③反射角等于入射角。 第六章 建筑声学材料 4、声波的透射与吸收 ——当声波入射到建筑物时,声能的一部分被反射,一部分透过 构筑物,另一部分摩擦或热传导而被损耗,成为材料的吸收。 (1)根据能量守恒定律: 式中: E0 E E E E0——总声能; EΥ——反射的声能; Eα——吸收的声能; Eτ——透过构筑物的声能; 第六章 建筑声学材料 ①透射系数 ——透射声能与入射声能之比; E E0 ②反射系数 ——反射声能与入射声能之比; E E0 第六章 建筑声学材料 ③一般τ值小的材料——隔声材料; Υ值小的材料——吸声材料。 ④吸声系数 ——吸收的声能与入射声能之比; E E0 吸声系数表示材料吸声能力的大小。 第六章 建筑声学材料 二、声音的计量 根据波的各种物理参量描述声音的大小或强弱。 1、客观量 声压、声强和声功率以及声压级、声强级和声功率级。 2、主观量 响度及响度级。 dB(A)为常见的对瞬时噪声的计量单位。 第三节 建筑声学材料的基本特性 3、声压P ——声波是由于空气的振动形成疏密波传播,相当于在原来 大气压强上叠加一个变化的压强,这个叠加上去的压强称声压。 (1)声压较大,听到的声音就响; (2)声压与发声体振动的振幅有关,与波长无关; (3)声压有大小、无方向,声压的作用力不是恒定的,是随时 间疏密不断变化的。 (4)通常用一段时间内的有效声压表示,当声压变化为周期性 时,该时间内压力的均方根表示有效声压; 第三节 建筑声学材料的基本特性 (5)如未说明,均指有效声压; ①正常人耳,当f=1000HZ,P=2×10-5,可听到; ②可听低限,当f=1000HZ,P=2×10-5,叫耳阔; ③可听高限, P=20Pa,痛阔。 第三节 建筑声学材料的基本特性 4、声压级 ——将声音按对数方式分等级计量声音的大小,单位是分贝 (dB)。 (1)根据能量守恒定律: 式中: LP 20 lg p p0 Lp——声压级(dB); p——声压(Pa); p0——参考基准声压为2×10-5 Pa; ①国际上统一规定:人耳刚能听到的声压级为0dB; ②声压级每变化1dB,相当于声压变化12%,声压级每 变化6dB,就相当于声压变化1倍; 第三节 建筑声学材料的基本特性 5、声功率及声功率级 ①声源辐射声波时对外做功; ②声功率 ——声源单位时间内向外辐射的声能,记为W,单位为w; ③声功率用级来表示,即声功率Lw,单位是dB; 式中: Lw 10 lg w w0 Lw——声功率级(dB); w——声功率(w); w0——参考基准声功为10-2;6dB,就相当于声压变化 1倍; 第三节 建筑声学材料的基本特性 对于球面扩散的声波,当距离声源时: Lp=Lw-20lg-10.9 对于半球面扩散: Lp=Lw-20lg-7.9 第三节 建筑声学材料的基本特性 6、声强与声强级 (1)声强I ——在垂直于声传播方向上,通过单位面积的声能的多少; w/m2; ①由自由声场中,点声强与声功率为: W W= 4r 2 ②远场的声强与声压的关系: I= Pr P0 式中: Pr——远场处的声压,Pa; P0——参考基准声压,2×10-5 Pa; 第三节 建筑声学材料的基本特性 (2)声强级LI ——声强用级来表示,单位:dB; 式中: I LI 10lg I0 LI——声强级; I——声强,w/m2; L0——基准声强, 10-12 w/m2; 第三节 建筑声学材料的基本特性 (3)声压与声强级的关系 400 LI L 式P中: 10 lg 0 .c 式中: ——0 空气密度; c——空气的声速; 第三节 建筑声学材料的基本特性 7、响度和响度级 (1)响度N ——度量一个声音比另一个声音响多少的量,单位:宋 (sone); (2)声压越大,声音越响,但不成比例; 不能单纯的用声压级大小衡量声音轻或响。 (3)响度级LN与响度N的关系 LN 40 33.33 lg N 第三节 建筑声学材料的基本特性 8、噪度Nn和感觉噪度级LPN (1)感觉噪度 ——人们对噪声烦扰感觉的反应程度,单位:呐(noy); (2)一个3 noy声音听起来为1 noy声音的3倍响; (3)感觉噪声级LPN Nn=20.1(LPN-40) LPN 33.3lg N 40 式中: LPN——感觉噪声级(PNdB); Nn——感觉噪度(noy); 第三节 建筑声学材料的基本特性 9、A声级与等效连续A声级 (1)A声级是单一的数值,是噪声的所有频率成 分的综合反映; (2)A声级总比响度级低12dB左右; (3)A声级只反映了噪声影响与频率的关系,噪 声影响与持续时间有关; (4)对于简短的随时间变化的噪声,应以等效A 声级评价; 第三节 建筑声学材料的基本特性 “等效A声级”:按分贝运算规则,把A声级对时 间进行平均后所得的结果。 Leq 101lg 1 n n LAi ( 10 10 ti ) t i1 i i 1 10、声级叠加 ——几个声音的声压级相加时,总声压级不是几个声 压级的简单算术和。 第三节 建筑声学材料的基本特性 一、吸声材料和吸声结构 ——当声波在一定空间传播,并入射至材料或结 构壁面时,有部分声能被反射,另一部分被吸收。 由于这种吸收特性,使反射声能减少,从而使噪声 得以降低。这种具有吸声特性的材料和结构称为吸 声材料和吸声结构。 1、分类 (1)按吸声机理分 ①多孔性吸声材料; ③空间吸声体; ⑤帘幕吸声体。 ②共振吸声结构; ④吸声劈尖结构; 第四节 吸声材料 (2)按外观和构造特征分 主要吸声材料的种类 名称 例子 主要吸声特性 多孔材料 矿棉、玻璃棉、泡沫塑料、毛 中高频吸声好,背后 毡 留空腔还能吸收低频 板状材料 胶合板、石棉水泥、石膏板、 硬纤维板 低频吸收较好 穿孔板 穿孔胶合板、石棉水泥、石膏、 金属板 中频吸收较好 吸声天花板 矿棉、玻璃棉、软质纤维板 透气的同多孔材料, 不透气的同板材 膜状材料 塑料薄膜、帆布、人造革 吸收中低频 柔性材料 海绵、乳胶块 气孔不连通,靠共振 有选择地吸收中频 第三节 建筑声学材料的基本特性 二、多孔性吸声材料 1、分类 纤维类、泡沫和颗粒三类。 (1)纤维类材料 ①包括超细玻璃棉、离心玻璃棉毡、岩棉、矿渣棉、化纤棉等。 ②优点 质轻、耐热、抗冻、防蛀、耐腐蚀、不燃、隔热、导热系数和 吸湿率低,成型好。 第三节 建筑声学材料的基本特性 (2)泡沫类塑料 ①包括氨基甲酸酯、脲醛泡沫塑料、泡沫橡胶等。 ②优点 质轻、防潮、富有弹性、易于安装、导热系数小。 ③缺点 易老化,耐火性能差,不用于明火,有酸碱腐蚀性气体的场 合不能使用。 3、颗粒类吸声材料 ①包括膨胀珍珠岩、陶土吸声砖、泡沫玻璃等。 ②优点 使用寿命长,防腐蚀,防火,耐高温,不需装饰面材料,施 工方便。 第三节 建筑声学材料的基本特性 三、多孔性吸声材料的吸声机理 吸声性能是通过内部具有大量内、外连通的微小 空隙和孔洞实现的,当声波沿着微孔或间隙进入材 料内部,激发空气振动,空气与孔壁摩擦产生热传 导作用,空气在微孔中产生阻力,使振动空气的能 量不断转化为热能被消耗,声能减弱达到吸声目的。 四、多孔吸声材料吸声特性 (1)吸声系数随f增大而增大; (2)由低频向高频逐渐升高,其间有不同程度的起 伏,起伏幅度在高频位趋缓。 第三节 建筑声学材料的基本特性 五、影响吸声特性的因素 1、材料厚度 ①多孔材料一般对中、高频吸声性能好,对低频吸声效果差; ②增大厚度可提高材料对低频吸声能力,对高频影响不大; ③理论上,当厚度=时,在相应频率下具有最大吸声性能; ④常温空气中,100~4000HZ的(波长范围在3.4~8.5m)不会 制厚的材料适应中低频波长; ⑤不要盲目提高厚度。 第三节 建筑声学材料的基本特性 2、空气流阻 ①比流阻:单位厚度材料的流阻; ②材料厚度不大时,比流阻越大,吸声性能越差,但比流阻 太小,声能因摩擦力、粘滞力而损耗的效率就低,吸声性能 下降; ③流阻的高低与材料的孔隙率有关,密实性吸声材料易形成 高流 阻; ④任何吸声材料都应有合理流阻值,过高或过低的流阻都无 法使材料有良好的吸声性能; ⑤流阻是定型多孔吸声制品出厂的重要技术指标。 第三节 建筑声学材料的基本特性 3、结构因子 ①由多孔材料结构特性决定的,反映材料内部微观结构的物 理量,与材料内部形状、孔隙率及材料自身特性有关; ②筋络间孔隙:空气振动 4、表观密度 ①同种多孔材料密度增大,孔隙率减小,比流阻增,厚度不 变,增加密度,可使中低频吸声系数提高,比增加厚度效果 差; ②若厚度不限,多孔材料松散为宜; ③同样密度,增加厚度,不改变比流阻,吸声系数总增大, 当厚度增加到一定时,吸声性能改善不显著。 第三节 建筑声学材料的基本特性 5、孔隙率 ①吸声性能较好的材料孔隙率一般在70~90%; ②孔隙率分布应均匀,孔隙之间相互连通,孔隙率与流阻、 结构因子、容积密度有直接关系,如果孔隙率不均匀,会使 结构因子不规则,影响吸声效果。 6、背后空气层 ①在多孔材料背后留空腔,能有效地提高中低频的吸声效果; ②吸声系数随空腔中空气层的厚度增加而增加,但增加到一 定值就不明显了。 第三节 建筑声学材料的基本特性 7、吸水性 ①材料含湿首先使高频吸声系数降低,然后随含湿量增加, 受影响的向中低频扩大,且对低频的影响程度高于高频在多 孔材料饱水情况下,吸声性能大幅度下降。 8、护面层 护面层本身具有一定的声质量与声阻作用。 (1)网罩 ①塑料窗纱、塑料网、金属丝网、钢板网等; ②声质量和声阻都很小,忽略其影响。 (2)纤维织物(廉价护面材料) 玻璃纤维(最广泛)、尼龙布、面麻织物。 第三节 建筑声学材料的基本特性 (3)塑料薄膜 ①潮湿环境中作护面层; ②薄膜不透气,靠其自身的振动传递声波; ③低频段:薄膜对材料本身吸声性能影响而忽略; 高频段:使背后材料的吸声系数下降。 ④当穿孔率较高时,对吸声层的性能无明显影响; ⑤薄膜对吸声系数的影响与薄膜材质厚度有关: 第三节 建筑声学材料的基本特性 A:较小的厚度不降低吸声系数; B:适当厚度可提高吸声系数; C:较大厚度堵塞多孔结构,减弱空腔共振结构,吸声系数降 低,甚至严重降低。 a:喷一层油漆,对多数频段表现为提高吸声作用; b:刷一层,在低频吸声系数提高,高频吸声系数降低; c:刷两层油漆,吸声作用严重消弱。 第三节 建筑声学材料的基本特性 六、共振吸声结构 ——声波传播遇到物体,激发物体振动,振动物体与自身 围蔽的空气产生摩擦,转化为热能损耗,产生吸声效果。 1、当物体的固有f和f声波相同时,物体振动最强烈,振幅和 振速达到最大,“共振现象”声能消耗量最大,吸声系数在 共振频率处最大。 2、共振原理设计的吸声结构 ①空腔共振吸声结构; ②薄板或薄膜共振吸声结构; ③微穿孔板吸声结构。 第三节 建筑声学材料的基本特性 1、木质吸音板 第五节 隔声材料 吸声材料:质轻、疏松、多孔; 隔声材料:沉重、密实。 1、空气声 ——声音只通过空气的振动而传播,如说线、固体声(撞击声) ——某种声源不仅通过空气辐射,同时引起建筑物某一部 分振动,如大提琴、电动机等。 第五节 隔声材料 3、空气声隔声 选用不易振动的单位面积质量大的材料,必选用密实、沉 重的材料,如粘土砖、砼等。 4、固体声隔声 最有效的隔声措施:结构处理,即在构件间加设弹性衬垫, 如软木、矿棉毡等。 第五节 隔声材料 一、空气声隔绝 1、单层均匀密实墙的空气声隔绝 ①劲度B: B 1 Et3 12 式中: B——弹性模量; t——板厚。 第五节 隔声材料 ②阻尼 ——指任何振动系统在振动中由于外界作用或系统本身固 有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。 ③内阻尼 ——材料内部的阻尼,当振动的物体发生形变时,在材料 内部出现的应力、应变的驰豫现象。 ④单层均匀密实墙的隔声性能与入射声波的频率有关 其频率的特性取决与墙本身的单位面积质量、刚度、材料 的内阻尼及墙的边界条件等因素。 第五节 隔声材料 1、质量定律 如果把墙看成是无刚度、无阻尼的柔顺的,假定墙为无限 大: ①声波垂直入射时 R0 20 lg m 20 lg f 43(近似) 式中: R0——隔声量(dB); m——墙体的单位面积质量,kg/m2; f——入射声波的频率。 第五节 隔声材料 ②声波是无规入射时,墙的隔声量大致比正入射时的隔声量 低5 dB。 ③近似公式说明 单位面积质量越大,隔声效果越好; 单位面积质量每增加一倍,隔声增加4~5 dB; 入射声频率每增加一倍,隔声增加3~5 dB。 2、一般规律 劲度、质量、阻尼 (1)低频率范围内,劲度控制,隔声随f而降低; (2)频率增大,质量、劲度起作用,板共振,隔声量极小 值大小主要取决于阻尼; 第五节 隔声材料 ①当f增,质量七重要作用,质量增加,隔声量增加; ②当f增,隔声量增; ③当f继续增加,隔声量出现低谷,吻合效应。 3、吻合效应 ——实际单层匀质、密实墙有一定刚度的弹性板,当被声 波激发后,向受破振动外,还有沿板方向的受迫弯曲振动, 在某特定f上,受迫弯曲振动和板固有的自由弯曲振动吻合, 板就顺从地跟随入射声弯曲,造成声能大量透射到另一侧去 形成隔声量低谷。 ①轻、薄、柔的墙fc高,吻合效应弱; ②厚、重、刚的墙fc低,吻合效应强。 第五节 隔声材料 二、双层墙的空气声隔绝 ——靠增加墙的厚度来提高隔声量不经济、增加结构的自 重,也不合理,做成双层墙,中间留有空气,质量没变, 隔声量提高。 1、机理 空气层可看成两层墙板间“弹簧”,弹性变形具有减震作 用。 2、空气间层的隔声效果与空气间层厚度有关 厚度越大隔声量越大,当厚度增到10cm左右,隔声量不再 增加。 如两墙相同,隔声量下降,“吻合谷”; 两墙厚度或材料不同,吻合谷错开,隔声量不太低。 第五节 隔声材料 三、轻型墙的空气声隔绝 1、提高隔声效果措施 ①采用夹层结构,且层间充满轻质吸声材料; ②避免fc落在重要声频范围内; ③弹性垫层。 2、声桥 ——板材直接固定在龙骨上,受声一侧板的振动会通过龙 骨传到另一侧板,这种象桥一样传递声能的现象称声桥。 ①声桥越多,接触面积越大,刚性连接越强,声桥现象越 严重,隔声效果越差。 第五节 隔声材料 3、板缝和孔洞——大大降低隔声量 为防止石膏板墙和原结构间的缝隙,常在墙体四周安龙骨 时垫塑料弹性胶条。 4、吸声材料 ——一般把6个频率吸声系数的平均值>0.2的材料。 5、吸声量A ①用来比较在相同尺寸下不同材料和不同结构的吸声能力; ②表征某个具体吸声构件的实际吸声效果。 式中:A .S S——围蔽结构的面积(m2); A S1.1 S2 . 2 ......... Sn . n 第五节 隔声材料 四、隔声和构体的隔声特性 1、隔声 ——围蔽结构隔绝了一部分作用于它的声能。 2、隔声量R(或透射损失L) ①与透射系数的关系 R 10lg 1 总 <1,R总>0,越大则R越小,构件隔声性能越差。 第五节 隔声材料 3、声频率特性和隔声指数 ①平均隔声量 ②加权隔声量:较好反映构件的隔声效果。 五、反射和反射体 ①反射构件 反射系数要大,吸声系数要小; ②反射构件要求表面密实光洁。 第六节 声学材料(结构)选用原则和施工应用 一、声学材料选用原则 考虑微观结构、宏观结构及布局对接收点音质、 音量的影响,还要考虑耐久性、成本及相容性。 ①在整个f内产生均匀吸声特性; ②采用中频或高频效果好,安适量低频薄膜平衡过 量中高频吸收。 ③用高吸声材料处理有害反射面。 第六节 声学材料(结构)选用原则和施工应用 二、室内声学材料的选用原则 ①音频范围内有代表性频率的吸声系数值; ②耐久性 ③维护、清扫,重装饰的影响和维护费用 ④施工条件 ⑤房间各部件与吸声内装修的完整性。 ⑥厚度和自重 ⑦适当的隔声能力 第六章 建筑声学材料 作业 1、试述在实际工程中如何应用声波的反射、折射、透射以 及吸声特性? 2、简述吸声材料与隔声材料的区别? 3、试将吸声材料按照吸声特性分类,并简述各类吸声材料 在不同频率的吸声特点? 4、试述多孔性吸声材料的吸声机理? 返回

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