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吸声材料的声学性能和数值模拟研究
吸声材料是降低噪声，改善声环境的有效措施。在影剧院、音乐厅等建筑中，吸声材料的选择与布置是十分关键的。它的主要作用在于减弱入射声音的反射和消除室内回声，缩短或控制室内的混响时间，已达到改善室内的音质条件。一些公共交通建筑，如机场的候机大厅、车站的候车室等建筑的顶棚和墙面的吸声结构，消除厅堂的回声和声聚焦等音质缺陷，提高轻薄板墙的隔声，对机械设备使用隔声罩以及道路声屏障，可以提高其降噪效果，降低房间或工业厂房内部的噪声，建筑通风和空调系统的管道消声器可以降低管道中的噪声。因此，无论是控制混响时间、降低噪声、改善声扩散和消除音质缺陷，都需要使用吸声材料，研究吸声材料的声学性能对建筑声学和噪声控制具有重要的现实意义。　　
本文以墙面吸声材料为研究对象，利用有限元软件ABAQUS进行模态分析和谐响应分析，研究该类材料在声波作用下的模态、变形形态和声压分布情况等。最后，以中小型会议室为典型算例，研究吸声材料的选择与布置。　　
首先，对墙面吸声材料模型进行计算机数值模拟分析，通过改变声压幅值、频率等，对吸声板的位移情况和声压分布情况进行了对比分析，确定了该模型的固有频率特性及位移变形情况等。结果表明：当声波频率接近吸声材料的第一固有频率时，吸声效果最好，接近吸声结构的第二固有频率时效果次之，符合所模拟的共振吸声结构的吸声特性。　　
最后，对无吸声结构的会议室房间模型进行模拟计算分析，根据分析结果对声压较大的位置布置吸声结构，通过前后两个模型的分析比较，可以看出合理地选择和布置吸声结构，模型的声压分布较均匀，避免了较强的声反射，即回声的不良影响，改善了音质效果。
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各种吸音材料的特性
&&&&& 目前生产和使用的吸声材料很多，它们的吸声原理——由声能转变为热能及其它能——虽然相同，但转化的具体物理过程却因不同类型的材料而有所区别，它反映了不同类型材料具有不同的吸声频率特性。在室内设计中，正确合理的选择吸声材料对于创造一个良好的室内声环境是非常重要的。下面根据各种常用材料的不同特性，将吸声材料及吸声结构归纳为五大类加以介绍。
一、多孔吸声材料
&1、多孔吸声材料的类型包括：有机纤维材料、麻棉毛毡、无机纤维材料、玻璃棉、岩棉、矿棉，脲醛泡沫塑料，氨基甲酸脂泡沫塑料等。聚氯乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料不属于多孔材料，用于防震，隔热材料较适宜。
&2、构造特征：材料内部应有大量的微孔和间隙，而且这些微孔应尽可能细小并在材料内部是均匀分布的。材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不是密闭的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声作用。微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内。
&3、吸声特性主要是高频，影响吸声性能的因素主要是材料的流阻，孔隙 ，结构因素、厚度、容重、背后条件的影响。
&&&&&&a.材料厚度的影响任何一种多孔材料的吸声系数，一般随着厚度的增加而提高其低频的吸声效果，而对高频影响不大。但材料厚度增加到一定程度后，吸声效果的提高就不明显了，所以为了提高材料的吸声性能而无限制地增加厚度是不适宜的。常用的多孔材料的厚度为：
&&&&& 玻璃棉，矿棉 50—150mm
&&&&& 毛毡 4---5mm
&&&&& 泡沫塑料 25—50mm
&&&&& b.材料容重的影响
&&&&& 改变材料的容重可以间接控制材料内部微空尺寸。一般来讲，多孔材料容重的适当增加，意味着微孔的减少，能使低频吸声效果有所提高，但高频吸声性能却可能下降。合理选择吸声材料的容重对求得最佳的吸声效果是十分重要的，容重过大或过小都会对多孔材料的吸声性能产生不利的影响。
&&&&& c.背后空气层的影响
&&&&& 多孔材料背后有无空气层，对于吸声特性有重要影响。大部分纤维板状多孔材料都是周边固定在龙骨上，离墙50—150mm距离安装。材料空气层的作用相当于增加了材料的厚度，所以它的吸声特性随着空气层厚度增加而提高，当材料离墙面安装的距离(既空气层的厚度)等于1/4波长的奇数倍时，可获得最大的吸声系数；当空气层的厚度等于1/2波长的整数倍时，吸声系数最小。
&&&&&&&d.材料表面装饰处理的影响大多数吸声材料在使用时常常需要进行表面装饰处理.常见的方法有：表面钻孔开槽，粉刷油漆，利用织布，穿孔板和塑料薄膜等。这些方法都将影响材料的吸声特性。半穿孔的矿棉吸声板增加了材料暴露在声波中的面积，既增加了有效吸声面积，因此提高了材料的吸声特性。粉刷油漆等于在材料表面上加了一层高流阻的材料，将会影响材料的吸声特性，特别是在高频段影响更显著。
采用金属网，玻璃布和低流阻的材料或选择穿孔率大于20%的穿孔板做护面层时，对材料的吸声性能影响不大。若穿孔率小于20%时，对高频段的吸声会有影响，低频影响不大。
二、穿孔板共振吸声结构
&&&&& 采用穿孔的石棉水泥、石膏板、硬质纤维板、胶合板以及钢板、铝板，都可作为穿孔板共振吸声结构，在其结构共振频率附近，有较大的吸收，适于中频。
三、薄膜吸声结构
&&&&& 包括皮革、人造革、塑料薄膜等材料，具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性，吸收共振频率附近的入射声能，共振频率通常在200～1000HZ范围，最大吸声系数约为0.3～0.4，一般把它作为中频范围的吸声材料。如果在薄膜的背后空腔内填放多孔材料,这时的吸声特性取决于膜和多孔材料的种类以及薄膜的装置方法。
四、薄板吸声结构
&&&&& 把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等板材周边固定在框架上，连同板后的封闭空气层，构成振动系统，其共振频率多在80～300HZ，其吸声系数约为0.2～0.5，可以作为低频吸声结构。决定薄板吸声结构的吸声性能的主要因素有：
&1、薄板质量m的影响增加板的单位面积重量，一般可以使其共振频率向低频移动。而选用质量小的，不透气的材料如皮革，有利于共振频率向高频方向移动。
&2、背后空气层厚度的影响改变空气层的厚度和改变板的质量一样，共振频率也会发生变化。在空气层中填充多孔材料，可使共振频率附近的吸声系数有所提高。
&3、板后龙骨构造及板的安装方式的影响由于薄板吸声结构有一定的低频吸声能力,而对中高频吸声差，因此在中高频时就具有较强的反射能力。能增加室内声能的扩散。通过改变龙骨构造何不同的安装方法，设计出各种形式的反射面，扩散面和吸声---扩散结构。
五、特殊吸声结构
帘幕是具有通气性能的纺织品，具有多孔材料的吸声特性，由于较薄本身作为吸声材料使用是得不到大的吸声效果的。如果将它作为帘幕，离开墙面或窗洞一定距离安装，恰如多孔材料的背后设置了空气层，因而在中高频就能够具有一定的吸声效果。当它离墙面1/4波长的奇数倍距离悬挂时就可获得相应频率的高吸声量。
&2、空间吸声体
将吸声材料作成空间的立方体如：平板形，球形，圆锥形棱锥形或柱形，使其多面吸收声波，在投影面积相同的情况下，相当于增加了有效的吸声面积和边缘效应，再加上声波的衍射作用，大大提高了实际的吸声效果，其高频吸声系数可达1.40.在实际使用时，根据不同的使用地点和要求，可设计各种形式的从顶棚吊挂下来的吸声体。
六、如何正确布置吸声材料
&1、装置吸声材料时，如穿孔板，应结合灯具及室内装修统一考虑，进行分块组合，尽可能使吸声材料均匀分布，有利声场的均匀。
&2、要使吸声材料充分发挥作用，应将它布置在最容易接触声波和反射次数最多的表面上，如顶棚，顶棚与墙，墙与墙交接处1/4波长以内的空间等处。
&3、观众厅的后墙，挑台栏杆处，反射回来的声音可能产生回声干扰，常需在后墙的墙裙以上部位的墙面和挑台栏杆处，布置高吸声系数的材料。
&4、吸声材料分散布置，比集中式布置有利于声场扩散和改善音质条件。
&5、一般房间两相对墙面的总吸声量应尽量接近,有利于声场扩散.
&6、一般在顶棚较底的房间，狭长的走道，采用吸声处理方法，选用吸声系数大的材料或悬挂空间吸声体，对降低噪声的干扰效果很好。
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中文名称：
声学 混响室吸声测量
英文名称：
Acoustics--Measurement of sound absorption in a reverberation room
标准状态：
中国标准分类(CNS)：
国际标准分类(ICS)：
【17.140】
发布日期：
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适用范围：
本标准规定了在混响室内测量用于处理墙壁或顶部等界面的声学材料的吸声系数、或诸如家具、人、空间吸声体等的吸声量的方法。该方法不适用于测量低阻尼共鸣器的吸声特性。
测量结果可用于有关室内声学和噪声控制的数据比较及设计计算。
&&引用了下列标准（标注*的引用文件，其最新版本适用于本标准）
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建筑吸声材料与隔声材料
出版时间：2005-1&&出版社：化学工业出版社&&作者：钟祥璋&&页数：506&&字数：517000&&Tag标签：无&&
本书主要介绍建筑吸声材料和隔声材料的基本知识及其应用。特别是材料的构造对吸声和隔声性能的影响作了比较详尽的讨论。全书分三部分，共16章，内容包括声学基础知识及吸声和隔声性能的测量、吸声材料和隔声材料。书中介绍了大量国内外新型吸声和隔声材料的技术资料，具有一定的新颖性和可查阅性。本书可供声学设计、建筑室内设计、装饰施工、材料生产、市场销售、噪声控制、环境保护、扩声设计、广播、电视、录音、音像制品及管理部门的有关工程技术人员阅读。同时又是广大音响爱好者了解声学及吸声和隔声材料知识的读物。
第一章 声学基本知识?
1.声波是如何产生和传播的？?
2.声波有哪些主要特性？?
3.障碍物对声波传播有什么影响??
4.建筑材料对声波传播有什么影响？?
5.如何表示声音的大小？?
6.声音是如何计量的？?
7.声级是如何进行相加、相减与平均的？?
8.什么叫等响曲线？?
9.什么叫A计权声级(A声级)？?
10.什么叫等效A声级？?
11.什么叫做1倍频程和1/3倍频程？?
12.什么叫做倍频带和1/3倍频带？?
13.何谓噪声评价曲线？?
14.一些建议和有关规范规定容许的环境噪声是多少？?
15.何谓自由声场？?
16.大气条件对户外声波传播有什么影响？?
17.房间对声音传播有何影响？?
18.什么叫混响和混响时间？?
19.混响时间如何进行计算？?
20.混响时间与室内音质有什么关系？?
21.何谓最佳混响时间？?
22.室内稳态声压级如何计算？?
23.何谓自由场半径？? 第二章 吸声基本知识?
1.何谓吸声材料？?
2.何谓材料的吸声系数？?
3.垂直入射和无规入射吸声系数之间有什么关系？?
4.何谓平均吸声系数？?
5.何谓降噪系数？?
6.吸声材料可分哪几类？?
7.选用吸声材料应考虑哪些要求？?
8.多孔材料是如何吸声的？?
9.水泥拉毛表面为什么不能起吸声作用？?
10.共振吸声结构是如何吸声的？?
11.多孔材料的流阻对吸声有什么影响？?
12.多孔材料的容重对吸声有什么影响？?
13.多孔材料的厚度对吸声有什么影响？?
14.多孔材料空腔对吸声有什么影响？?
15.温度对多孔材料的吸声有什么影响？?
16.湿度对多孔材料的吸声有什么影响？?
17.气流对多孔材料的吸声有什么影响？?
18.多孔吸声材料常用哪些护面装饰材料？?
19.网罩会影响多孔材料的吸声吗？?
20.织物护面层对多孔材料的吸声有什么影响？?
21.薄膜护面对多孔吸声材料有什么影响？?
22.穿孔板护面对多孔材料吸声有什么影响？?
23.穿孔板的穿孔率是如何计算的？?
24.穿孔板有哪些型式？?
25.纤维材料采用穿孔板护面时有哪些吸声构造？?
26.纤维吸声材料木格栅护面有哪些型式？?
27.何谓微穿孔板吸声结构？?
28.微穿孔吸声结构有什么特点？?
29.何谓空间吸声体？?
30.空间吸声体有哪些型式？?
31.何谓可变吸声体？?
32.可变吸声体有哪些应用？?
33.厅堂音质设计中吸声材料如何选择？?
34.吸声材料在建筑中有哪些用途？?
35.如何利用吸声消除厅堂的回声和声聚焦？?
36.德国波恩圆形玻璃议会大厅的声聚焦是如何解决的？?
37.公共建筑如何利用吸声材料改善声环境？?
38.吸声是如何降低房间噪声的？?
39.吸声降噪如何计算？?
40.吸声降噪有哪些特点？?
41.阻性消声器有哪些主要型式？?
42.阻性消声器的消声量如何计算？?
43.隔声罩内壁为什么一定要加吸声材料？? 第三章 隔声材料的计算和评价?
1.何谓建筑隔声材料？?
2.何谓隔声量？?
3.为什么两个房间的声压级差不能代表其分隔墙的隔声量？?
4.何谓插入损失？?
5.何谓平均隔声量？?
6.计权隔声量是如何确定的？?
7.单层均匀墙板的隔声频率特性是如何变化的？?
8.单层板墙的共振频率如何预计？?
9.何谓板墙的隔声吻合效应？?
10.单层板墙的隔声如何进行计算？?
11.为什么双层板墙能提高隔声效果？?
12.双层墙板隔声频率特性是如何变化的？?
13.双层隔声结构的共振频率如何计算？?
14.双层结构隔声量如何计算？?
15.声桥对双层板墙的隔声有什么影响？?
16.双层墙刚性连接材料对隔声有什么影响？?
17.双层墙间填充多孔吸声材料对隔声性能有哪些影响？?
18.多孔砌块和多孔板墙的孔能起增加隔声的作用吗？?
19.组合隔声结构的隔声如何计算？?
20.如何进行组合隔声结构的等传声设计？?
21.楼板的撞击声隔声是如何评价的？?
22.计权撞击声压级是如何确定的？?
23.何谓楼板面层的改善值？?
24.楼板撞击声压级如何估计？?
25.提高楼板撞击声隔声有哪些方法？?
26.浮筑楼板对撞击声的改善如何计算？?
27.住宅建筑要求的隔声量是多少？?
28.旅馆建筑要求的隔声量是多少？?
29.医院建筑要求的隔声量是多少？?
30.学校建筑要求的隔声量是多少？? 第四章 建筑吸声和隔声材料声学性能的测量?
1.材料的声学性能有哪些测试内容？?
2.吸声材料的声学性能有哪些测量规范及标准？?
3.建筑构件和房屋的隔声性能有哪些测量规范及标准？?
4.如何安装流阻的测试装置？?
5.如何测定材料的流阻？?
6.正入射吸声系数有哪些测量方法？?
7.驻波比法需要哪些测量设备？?
8.对驻波管有哪些要求？?
9.驻波管测量的声源系统有哪些部分组成？?
10.探测器包括哪些部分？?
11.输出指示装置包括哪些部分？?
12.如何测量驻波管法的吸声系数？?
13.为什么要测量材料混响室法的吸声系数？?
14.混响室法测量吸声系数需要哪些设备？?
15.测试吸声系数的混响室有哪些要求？?
16.混响室建筑设计有哪些要求？?
17.试件的材料面积要多大？?
18.试件应如何安装布置？?
19.吸声材料应测试哪些频带？?
20.扬声器和传声器的位置及数量有哪些规定？?
21.实测的吸声系数和吸声量如何计算？?
22.混响室法测量吸声系数测试报告应包括哪些内容？?
23.建筑隔声有哪些测量方法？?
24.实验室隔声测量和现场隔声测量有哪些区别？?
25.隔声试验室有哪些要求？?
26.测量隔声的试件面积要多大？?
27.墙体隔声试件安装应注意什么？?
28.门窗试件安装应注意什么？?
29.空气声隔声测量需要哪些设备？?
30.空气声隔声要测量哪些频带？?
31.空气声隔声测量对声源和传声器有哪些要求？?
32.空气声隔声量如何测量及计算？?
33.实验室空气声隔声测试报告包括哪些内容？?
34.建筑物内两室之间的空气声隔声如何测量？?
35.外墙门窗现场空气声隔声如何测量？?
36.何谓标准撞击器？?
37.试验室撞击声测量隔声需要哪些设备？?
38.撞击声隔声测量接收室传声器位置和声源室撞击器位置有何规定？?
39.楼板实验室撞击声隔声如何测量及计算？?
40.楼板弹性材料面层的隔声性能如何测量？?
41.隔声试验室是如何布置的？? 第五章 纤维性吸声材料?
1.纤维性吸声材料有哪几类？?
2.有机纤维和无机纤维吸声材料在性能方面有哪些不同？?
3.木丝板有哪些特性？?
4.木丝板有哪些技术指标？?
5.新型木丝板有哪些品种？?
6.哪些因素会影响木丝板的吸声性能？?
7.木丝板有哪些用途？?
8.木丝板如何安装？?
9.木纤维板有哪几种？?
10.软质木纤维装饰板的吸声效果如何？?
11.何谓植物纤维吸声喷涂？?
12. K-13系列吸声材料所用的黏结剂是否安全？?
13. K-13系列植物纤维吸声喷涂防火性能如何？?
14. K-13系列植物纤维吸声喷涂有哪几个品种？?
15.植物纤维喷涂材料的吸声性能如何？?
16.表面装饰喷涂对植物纤维吸声喷涂的性能有何影响？?
17.植物纤维喷涂材料的技术参数如何？?
18.植物纤维吸声喷涂材料有哪些特点？?
19. K-13植物纤维吸声喷涂材料有哪些应用？?
20.植物纤维吸声喷涂如何施工？?
21.有机合成纤维的吸声特性如何？?
22.何谓聚酯纤维吸声装饰板？?
23.聚酯纤维吸声装饰板的吸声特性如何？?
24.聚酯纤维吸声装饰板防火性能如何？?
25.聚酯纤维吸声装饰板如何安装？?
26.聚酯纤维吸声装饰板有哪些特点？?
27.聚酯纤维吸声装饰板有哪些主要用途？?
28.何谓无机纤维材料？?
29.无机纤维吸声材料有哪几类？?
30.吸声玻璃棉可分哪几类？?
31.吸声玻璃棉有哪些品种规格？?
32.各类吸声玻璃棉对吸声的要求是怎样的？?
33.各类吸声玻璃棉对渣球的含量有何要求？?
34.各类玻璃棉对防火和防水性能有何要求？?
35.吸声玻璃棉的各项物理性能指标采用哪些测试标准进行检测？?
36.何谓双组分玻璃纤维？?
37.双组分玻璃纤维有哪些特点？?
38.玻璃棉有哪些吸声构造？?
39.玻璃棉的吸声特性如何？?
40.哪些因素会影响玻璃棉的吸声效果？?
41.贴面玻璃棉吊顶吸声板有哪些型式？?
42.贴面材料对玻璃棉板的吸声有什么影响？?
43.何谓装饰织物护面的玻璃棉吸声板？?
44.塑料薄膜覆面对吸声玻璃棉有何影响？?
45. PVF膜有哪些特性？?
46. PVF膜对玻璃棉的吸声有何影响？?
47. PVF膜覆面的吸声材料有哪些应用？?
48.何谓雅视吸声天花板？?
49.雅视吸声天花有哪些特性？?
50.雅视吸声天花板如何安装？?
51.姆拉斯（MRACE）玻璃纤维吸声天花板有哪些规格？?
52.姆拉斯玻璃纤维天花板的吸声性能如何？?
53.姆拉斯玻璃纤维吸声天花板有哪些特点？?
54.板式玻璃棉空间吸声体的吸声特性有何变化？?
55.圆柱形玻璃棉空间吸声体有何特性？?
56.影响圆柱形玻璃棉空间吸声体吸声系数有哪些因素？?
57.玻璃棉空间吸声体有哪些型式？?
58.玻璃棉空间吸声体在体育馆中有哪些应用？?
59.大厅音质设计中如何应用板式玻璃棉空间吸声体？?
60.玻璃棉空间吸声体在工厂噪声治理中有哪些应用？?
61.矿渣棉与岩棉有什么区别？?
62.岩矿棉吸声制品可分哪几类？?
63.半硬质矿岩棉板有哪些主要技术性能？?
64.半硬质矿岩棉板有哪些规格？?
65.半硬质矿岩棉板如何安装？?
66.半硬质矿岩棉板的吸声性能如何？?
67.半硬质矿岩棉板有哪些用途？?
68.矿棉装饰吸声板有哪些品种规格？?
69.矿棉装饰吸声板有哪些技术特性？?
70.矿棉装饰吸声板有哪些安装方式？?
71.矿棉装饰吸声板有哪些应用？?
72.矿棉装饰吸声板的吸声效果如何？?
73.矿棉装饰吸声板有哪些特点？?
74.龙牌静音系列矿棉板的吸声特性有何特点？?
75.何谓特种功能矿棉板？?
76.矿棉装饰吸声板国内有哪些主要厂家？
……第六章
泡沫吸声材料第七章
颗粒吸声材料及制吕第八章
共振吸声体第九章
金属吸声材料第十章
特殊吸声材料（或吸声体）第十一章
砌块墙体材料第十二章
轻质条板墙第十三章
复合板墙第十四章
轻质薄板墙第十五章
门窗隔声第十六章
楼板撞击声隔声
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