隔音材料

隔音材料或構(gòu)件，會(huì)因使用場(chǎng)合不同，測(cè)試方法不同而得出的隔音效果不同。對(duì)于隔音材料，要減弱透射聲能，阻擋聲音的傳播，就不能如同吸音材料那樣多孔、疏松、透氣,相反它的材質(zhì)應(yīng)該是重而密實(shí)的，如鋼板、鉛板、磚墻等一類材料。隔音材料材質(zhì)的要求是密實(shí)無(wú)孔隙或縫隙；有較大的重量。

由于這類隔音材料密實(shí),難于吸收和透過聲能而反射能強(qiáng)，所以它的吸音性能差。隔音材料可使透射聲能衰減到入射聲能的10-3～10-4或更小，為方便表達(dá),其隔音量用分貝的計(jì)量方法表示。

凡是能用來(lái)阻斷噪音的材料，統(tǒng)稱為隔音材料。隔音材料五花八門，日常人們比較常見的有實(shí)心磚塊、鋼筋混泥土墻、木版、石膏板、鐵板、隔音氈、纖維板等等。 嚴(yán)格意義上說(shuō)，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。 隔音量遵循質(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(shí)便激發(fā)振動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(shí)，聲波便加強(qiáng)彎曲波的振動(dòng)，這一現(xiàn)象稱吻合效應(yīng)。這時(shí)彎曲波振動(dòng)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，從而降低隔音效果。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 ⑨

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(chǎng)都接近于混響聲場(chǎng)，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(gè)頻率范圍，也就是說(shuō)吻合效應(yīng)使某一頻率范圍的隔音效果變差。一般這一頻率范圍發(fā)生在中高頻。從質(zhì)量定律知道，中高頻隔音量較大，除了內(nèi)阻尼很小的金屬板外，因吻合效應(yīng)使中高頻隔音量降低的現(xiàn)象，不會(huì)引起很大的麻煩。

不透氣的固體材料，對(duì)于空氣中傳播的聲波都有隔音效果，隔音效果的好壞最根本的一點(diǎn)是取決于材料單位面積的質(zhì)量。

一個(gè)面積非常大的隔層，其單位面積質(zhì)量為ms，當(dāng)聲波從左面垂直入射時(shí)，激發(fā)隔層作整體振動(dòng)，此振動(dòng)再向右面空間輻射聲波。以單位面積考慮，透射到右面空間的聲能與入射到隔層上的聲能之比稱透射系數(shù) τ 。定義無(wú)限大隔層材料的傳遞損失(也稱透射損失)tl：

tl=101g1/ г ⑦

上述簡(jiǎn)單情況下可計(jì)算得到傳遞損失近似為：

tl=20lg ω ms/2 ρ oco (db) ⑧　

式中 ω=2πf 為圓頻率， ρ0 、c0為空氣的密度和聲波傳播速度。tl的大小表示材料的隔音能力。⑧式的一個(gè)重要特點(diǎn)，即材料單位面積質(zhì)量增加一倍，則傳遞損失增加6db。這一隔音的基本規(guī)律稱 “ 質(zhì)量定律 ” ，也就是說(shuō)隔音靠重量。所以像磚墻、水泥墻或厚鋼板、鉛板等單位面積質(zhì)量大的材料，隔音效果都比較好。 ⑧式也表明，單層隔音的高頻隔音好，低頻差。頻率每提高一倍，傳遞損失就增加6db。

需要說(shuō)明的是：傳遞損失tl是隔層面積為無(wú)限大時(shí)的理論 “ 隔音量 ” ，作為一垛墻或樓板，它都有邊緣與其它建筑構(gòu)件連接，這時(shí)的 “ 隔音量 ” 與⑦式所表示的傳遞損失有差別。既有因邊緣接近于固定而增大隔音能力，也有作為邊緣固定的板振動(dòng)有一定的共振頻率，使某些共振頻率點(diǎn)上隔音效果降低的現(xiàn)象。而當(dāng)作為兩相鄰房間之間的隔墻或樓板，因?yàn)閮墒抑g有多條傳聲(或振動(dòng))通道，這兩個(gè)房間之間的隔音量(只能稱聲級(jí)差)更不能以該隔層的傳遞損失來(lái)代表。

雙層隔音結(jié)構(gòu)

根據(jù)質(zhì)量定律，頻率降低一半，傳遞損失要降6db；而要提高隔音效果時(shí)，質(zhì)量增加一倍，傳遞損失增加6db。在這一定律支配下，若要顯著地提高隔音能力，單靠增加隔層的質(zhì)量，例如增加墻的厚度，顯然不能行之有效，有時(shí)甚至是不可能的，如航空器上的隔音結(jié)構(gòu)。這時(shí)解決的途徑主要是采用雙層以至多層隔音結(jié)構(gòu)。

雙層隔音結(jié)構(gòu)，單位面積質(zhì)量分別為m1、m2，中間空氣層厚度為l。雙層結(jié)構(gòu)的傳遞損失可以進(jìn)行理論計(jì)算，結(jié)果比較復(fù)雜，在不同頻率范圍可以得到不同的簡(jiǎn)化表示，這里只作定性介紹。

兩個(gè)隔層與中間空氣層組成一個(gè)共振系統(tǒng)，共振頻率為fr(m的單位為kg/m2，l的單位為m)：

fr=60/√m1m2l/(m1+m2) ⑩

在此共振頻率附近，隔音效果大為降低。不過對(duì)于重墻來(lái)說(shuō)，此頻率已低于可聞?lì)l率范圍。例如m1為半磚墻250kg/m2，m2為一磚墻500kg/m2，空氣層厚度0?5m，這時(shí)共振頻率在7hz左右。

對(duì)于輕結(jié)構(gòu)雙層隔音，共振頻率可能落在可聞?lì)l率范圍內(nèi)，例如兩層鋁板分別為5?2kg/m2和2?6kg/m2，中間空氣層5cm，可計(jì)算出共振頻率約為200hz。這時(shí)應(yīng)在兩板間填塞阻尼材料，以抑制板的振動(dòng)。一般若用薄鋼板做雙層隔音結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼板上都涂好阻尼層來(lái)抑制鋼板的振動(dòng)。

在共振頻率fr以下，雙層隔音的效果如同沒有空氣層的一層(m1+m2)的隔音效果；在fr以上一段頻率范圍，雙層隔音效果接近于兩個(gè)單層隔音的傳遞損失之和；在更高的頻率，當(dāng)空氣層厚度l為四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，雙層隔音效果相當(dāng)于兩個(gè)單層的傳遞損失之和再加6db，l為波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，雙層隔音效果相當(dāng)于兩個(gè)單層合在一起的傳遞損失再增加6db，在其它頻率，傳聲損失在這兩個(gè)值之間。所以在總體上，當(dāng)頻率大于fr時(shí)，雙層隔音結(jié)構(gòu)顯著地提高了隔音效能。

一般雙層隔音結(jié)構(gòu)的兩層，不用相同厚度的同一種材料，以避免這兩層出現(xiàn)相同的吻合頻率。

在設(shè)計(jì)和施工中要特別注意，兩層之間不能有剛性連接。破壞了固體 —— 空氣 —— 固體的雙層結(jié)構(gòu)，把兩層固體隔層由剛性構(gòu)件相連，使兩個(gè)隔層的振動(dòng)連在一起，隔音量便大為降低。尤其是雙層輕結(jié)構(gòu)隔音，相互之間必須相互支撐或連接時(shí)，一定要用彈性構(gòu)件支撐或懸吊，同時(shí)注意需要分割的兩個(gè)空間之間，不能有縫或孔相通。“漏氣”就要漏聲，這是隔音的實(shí)際問題。