吸聲系數與降噪系數

   吸聲是聲波撞擊到材料表面后能量損失的現象,吸聲可以降低室內聲壓級。描述吸聲的指標是吸聲系數a,代表被材料吸收的聲能與入射聲能的比值。理論上,如果某種材料完全反射聲音,那么它的a=0;如果某種材料將入射聲能全部吸收,那么它的a=1。事實上,所有材料的a介于0和1之間,也就是不可能全部反射,也不可能全部吸收。
    不同頻率上會有不同的吸聲系數。人們使用吸聲系數頻率特性曲線描述材料在不同頻率上的吸聲性能。按照ISO標準和國家標準,吸聲測試報告中吸聲系數的頻率范圍是100-5KHz。將100-5KHz的吸聲系數取平均得到的數值是平均吸聲系數,平均吸聲系數反映了材料總體的吸聲性能。在工程中常使用降噪系數NRC粗略地評價在語言頻率范圍內的吸聲性能,這一數值是材料在250、500、1K、2K四個頻率的吸聲系數的算術平均值,四舍五入取整到0.05。一般認為NRC小于0.2的材料是反射材料,NRC大于等0.2的材料才被認為是吸聲材料。當需要吸收大量聲能降低室內混響及噪聲時,常常需要使用高吸聲系數的材料。如離心玻璃棉、巖棉等屬于高NRC吸聲材料,5cm厚的24kg/m3的離心玻璃棉的NRC可達到0.95。
    測量材料吸聲系數的方法有兩種,一種是混響室法,一種是駐波管法。混響室法測量聲音無規入射時的吸聲系數,即聲音由四面八方射入材料時能量損失的比例,而駐波管法測量聲音正入射時的吸聲系數,聲音入射角度僅為90度。兩種方法測量的吸聲系數是不同的,工程上最常使用的是混響室法測量的吸聲系數,因為建筑實際應用中聲音入射都是無規的。在某些測量報告中會出現吸聲系數大于1的情況,這是由于測量的實驗室條件等造成的,理論上任何材料吸收的聲能不可能大于入射聲能,吸聲系數永遠小于1。任何大于1的測量吸聲系數值在實際聲學工程計算中都不能按大于1使用,最多按1進行計算。
    在房間中,聲音會很快充滿各個角落,因此,將吸聲材料放置在房間任何表面都有吸聲效果。吸聲材料吸聲系數越大,吸聲面積越多,吸聲效果越明顯。可以利用吸聲天花、吸聲墻板、空間吸聲體等進行吸聲降噪。
    吸聲原理
    纖維多孔吸聲材料,如離心玻璃棉、巖棉、礦棉、植物纖維噴涂等,吸聲機理是材料內部有大量微小的連通的孔隙,聲波沿著這些孔隙可以深入材料內部,與材料發生摩擦作用將聲能轉化為熱能。多孔吸聲材料的吸聲特性是隨著頻率的增高吸聲系數逐漸增大,這意味著低頻吸收沒有高頻吸收好。多孔材料吸聲的必要條件是:材料有大量空隙,空隙之間互相連通,孔隙深入材料內部。錯誤認識之一是認為表面粗糙的材料具有吸聲性能,其實不然,例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸聲能力。錯誤認識之二是認為材料內部具有大量孔洞的材料,如聚苯、聚乙烯、閉孔聚氨脂等,具有良好的吸聲性能,事實上,這些材料由于內部孔洞沒有連通性,聲波不能深入材料內部振動摩擦,因此吸聲系數很小。
    與墻面或天花存在空氣層的穿孔板,即使材料本身吸聲性能很差,這種結構也具有吸聲性能,如穿孔的石膏板、木板、金屬板、甚至是狹縫吸聲磚等。這類吸聲被稱為亥姆霍茲共振吸聲,吸聲原理類似于暖水瓶的聲共振,材料外部空間與內部腔體通過窄的瓶頸連接,聲波入射時,在共振頻率上,頸部的空氣和內部空間之間產生劇烈的共振作用損耗了聲能。亥姆霍茲共振吸收的特點是只有在共振頻率上具有較大的吸聲系數。
    薄膜或薄板與墻體或頂棚存在空腔時也能吸聲,如木板、金屬板做成的天花板或墻板等,這種結構的吸聲機理是薄板共振吸聲。在共振頻率上,由于薄板劇烈振動而大量吸收聲能。薄板共振吸收大多在低頻具有較好的吸聲性能。

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