吸声与隔声材料浅说
吸声与隔声是完全不同的两个声学概念,但多数人很容易将两者混淆,本周我们再对吸声和隔声作出区分,供大家学习参考。

吸声的基本概念
吸声是指声波传播到某一边界面时,一部分声能被边界面反射(或散射),一部分声能被边界面吸收(这里不考虑在媒质中传播时被媒质的吸收),这包括声波在边界材料内转化为热能被消耗掉或是转化为振动能沿边界构造传递转移,或是直接透射到边界另一面空间。

对于入射声波来说,除了反射到原来空间的反射(散射)声能外,其余能量都被看作被边界面吸收。在一定面积上被吸收的声能与入射声能之比称为该边界面的吸声系数。
例如室内声波从开着的窗户传到室外,则开窗面积可近似地认为百分之百地 “ 吸收”了室内传来的声波,吸声系数为1。
当然,我们所要考虑的吸声材料,主要不是靠开口面积的吸声,而要靠材料本身的声学特性来吸收声波。
隔声的基本概念
金彩汇隔声是噪声控制工程中常用的一种技术措施,它利用墙体、各种板材及构件作为屏蔽物或利用围护结构把噪声控制在一定范围之内,使噪声在空气中的传播受阻而不能顺利通过,从而达到降低噪声的目的。

对于两个空间中间的界面隔层来说,当声波从一室入射到界面上时,声波激发隔层的振动,以振动向另一面空间辐射声波,此为透射声波。通过一定面积的透射声波能量与入射声波能量之比称透射系数。对于开启的窗户,透射系数可近似为1(吸声系数也为1),其隔声效果为0,即隔声量为0dB。
对于又重又厚的砖墙或厚钢板,单位面积质量大,声波入射时只能激发起此隔层的微小振动,使对另一空间辐射的声波能量(透射声能)很小,所以隔声量大,隔声效果好。但对于原来空间而言,绝大部分能量被反射,所以吸声系数很小。
金彩汇对于单一材料(不是专门设计的复合材料)来说,吸声能力与隔声效果往往是不能兼顾的。如上述砖墙或钢板可以作为好的隔声材料,但吸声效果极差;反过来,如果拿吸声性能好的材料(如玻璃棉)做隔声材料,即使声波透过该材料时声能被吸收99%(这是很难达到的),只有1%的声能传播到另一空间,此材料的隔声量约18dB,并非好的隔声材料。
小贴士:
有人把吸声材料误称为“隔音材料”是不对的。如果有人介绍某种单一材料吸声好隔声也好,那他不是不懂就是在骗人了。
吸声材料
吸声材料是指吸声系数比较大的建筑装修材料,如果材料内部有很多互相连通的细微空隙,由空隙形成的空气通道,可模拟为由固体框架间形成许多细管或毛细管组成的管道构造。

金彩汇当声波传入时,因细管中靠近管壁与管中间的声波振动速度不同,由媒质间速度差引起的内摩擦,使声波振动能量转化为热能而被吸收。好的吸声材料多为多孔性吸声材料,国内较好的吸声材料有硅晶岩吸声板,其次的有玻璃棉、岩棉、棉麻等等,也包括空隙连通的泡沫塑料之类。
吸声性能与材料的纤维空隙结构有关,如纤维的粗细(微米至几十微米间为好)和材料密度(决定纤维之间 “ 毛细管 ” 的等效直径)、材料内空气容积与材料体积之比(称空隙率,玻璃棉的空隙率在90%以上)、材料内空隙的形状结构等。
金彩汇从使用的角度,可以不管吸声的机理,只要查阅材料吸声系数的实验结果即可。当然在选用时还要注意材料的防潮、防火、环保以及可装饰性等其他要求。
多孔性吸声材料有一个基本吸声特性,即低频吸声差,高频吸声好。当材料厚度增加时,可以改善低频的吸声特性,厚度增加一倍,低频吸声系数的频率特性向低频移一个倍频程。但并非可以一直增加厚度来提高低频吸声系数的,因为声波在材料的空隙中传播时有阻尼,使增加厚度来改善低频吸声受到限制。
不同材料有不同的有效厚度。像硅晶岩吸声板等一类好的吸声材料,一般用6cm左右的厚度,很少用到10cm以上(膨化硅晶岩除外);而像纤维板一类较微密的材料,其材料纤维间空隙非常小,声波传播的阻尼非常大,不仅吸声系数小,而且有效厚度也非常小。
金彩汇一般平板状吸声材料的低频吸声性能差是普遍规律。一种改进的方法是将整块的吸声材料切割成尖劈形状。

金彩汇当声波传播到尖劈状材料时,从尖部到基部,空气与材料的比例逐渐变化,也即声阻抗逐渐变化,声波传播就超出平板状材料有效厚度的限制,达到材料的基部,从而可改善低频吸声性能。
小贴士:
金彩汇吸声尖劈这样的吸声结构一般不宜用于室内装修,主要用于声学实验室或特殊的噪声控制工程。
隔声材料
不透气的固体材料,对于空气中传播的声波都有隔声效果,隔声效果的好坏最根本的一点是取决于材料单位面积的质量。

一个面积非常大的隔层,其单位面积质量为ms,当声波从左面垂直入射时,激发隔层作整体振动,此振动再向右面空间辐射声波。
金彩汇材料单位面积质量增加一倍,则传递损失增加6dB。这一隔声的基本规律称“质量定律”,也就是说隔声靠重量。所以像砖墙、水泥墙或厚钢板、铅板等单位面积质量大的材料,隔声效果都比较好。
金彩汇单层隔声的高频隔声好,低频差。频率每提高一倍,传递损失就增加6dB。
金彩汇作为一垛墙或楼板,它都有边缘与其它建筑构件连接,这时的 “ 隔声量 ” 既有因边缘接近于固定而增大隔声能力,也有作为边缘固定的板振动有一定的共振频率,使某些共振频率点上隔声效果降低的现象。
金彩汇而当作为两相邻房间之间的隔墙或楼板,因为两室之间有多条传声(或振动)通道,这两个房间之间的隔声量(只能称声级差)更不能以该隔层的传递损失来代表。隔层材料在物理上有一定弹性,当声波入射时便激发振动在隔层内传播。

金彩汇当声波不是垂直入射,而是与隔层呈一角度θ入射时,声波波前依次到达隔层表面,而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播,若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时,声波便加强弯曲波的振动,这一现象称吻合效应。
这时弯曲波振动的辐度特别大,并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大,从而降低隔声效果。产生吻合效应的频率fc。任意吻合频率fc与声波入射角 θ 有关。在大多数房间中的声场都接近于混响声场,到达隔层的入射角从0°到90°都有可能,因此吻合频率出现在从掠入射( θ=90°) 的fc0开始的一个频率范围,也就是说吻合效应使某一频率范围的隔声效果变差。
一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道,中高频隔声量较大,除了内阻尼很小的金属板外,因吻合效应使中高频隔声量降低的现象,不会引起很大的麻烦。