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玻璃棉的建築聲學特性及吸音工程應用

發表時間:2019-05-03【

声学材料厂家,防火木質吸音板廠家直销,布艺软包吸音板加工定制


離心玻璃棉內部纖維疏松交錯,有大量細小的孔隙。它是一種典型的多孔吸聲材料,具有良好的吸聲性能。離心玻璃棉可制成牆板、天花板、空間吸音器等。它能在室內吸收大量的聲音能量,減少回響時間,有助于提高語言清晰度,也有助于減少室內噪音。將離心式玻璃棉插入光體隔牆的腔內,不僅起到良好的保溫作用,而且能大大提高隔牆的隔音性能,有利于隔離噪聲,同時也有助于確保室內對話的私密性。使用離心玻璃棉制的管道或引擎蓋的襯裏可以起到消聲作用,有利于降低管道內氣流和機械振動産生的噪音,使空調系統更加安靜。


離心玻璃棉具有良好的彈性,可作爲地板減震墊的主要材料,顯著降低樓梯腳步、跑步、拖拽物品等沖擊噪聲對樓下房間的影響。離心玻璃棉的聲學性能不僅與厚度和容量有關,而且與覆蓋材料和結構等因素有關。在施工應用中,還需要考慮成本、美觀、防火、防潮、防塵、抗老化等因素。討論了與離心玻璃棉有關的建築聲學的基本概念、建築吸聲的應用、建築隔聲的應用、建築消聲的應用以及國內外不同聲學産品的比較。詳細討論了離心玻璃棉在近期的聲學性能和應用。


建築聲學的基本概念

1)聲音物體的振動産生“聲音”,振動的傳播形成“聲音”。人們通過聽的器官感受聲音。聲音是一種物理現象。吸音板廠家認爲人們對不同的聲音有不同的感覺。同一聲音的感覺也會因人而異。美妙的音樂令人陶醉,清晰的演講鼓舞人心,但有時來自鄰居的音樂使人難以入睡。別人之間的甜言蜜語可能很煩人。建築聲學與其他物理聲學不同。研究的主要目的是使人們獲得一個良好的建築環境。所涉及的問題不限于聲音本身,還包括心理感受、建築、結構科學、材料科學,甚至群體行爲。許多其他問題。人類聽力的下限是0db,15db以下的環境是非常安靜的環境。沈默會使人不知所措。這個國家的大部分夜晚是25-30分貝。除了水、風、小動物等可以仔細體驗的自然聲音外,其他人感到安靜。這也是城市人們對生活在喧囂中的追求。這個城市的夜晚因地區而異。安靜地區的內部一般是30-35db。如果你住在繁忙的市區或交通幹線附近,如果鄰居是一個不講理的人,你必須忍受40-50分貝(甚至更高)的噪音。跳起來大聲說話可能更痛苦。一般人說話的聲音大約是60-70分貝,大到100分貝。在中國餐館,由于沒有聲音的吸收,人們吵鬧,聲音會達到70-80分貝。一些外國研究報告說,在噪音中進食會影響健康。人類聽覺的上限一般是120db。聲音超過120db會對聽覺器官造成損害。140db的聲音會導致聽力喪失。高分貝的揚聲器、重型機械、噴氣發動機等能産生120db以上的聲音。人類的聽覺是非常敏感的,正常人可以探測到1db聲音的變化。3db的差異會顯著不同。對人的耳朵有掩蔽作用。當一個聲音比其他10db高時,較小的聲音由于掩蔽而難以聽到和理解。由于掩蔽效應,即使在90-100db的環境下,即使是接近的語音也不會被聽到。人的耳朵有感知聲音頻率的能力。當頻率較高時,人們會有“三倍”的感覺。當頻率較低時,人們會有“低音”的感覺。人耳的正常聽覺頻率範圍爲20-20khz。人耳道與2-3cm的管相似。由于頻率共振,2000-3000hz範圍內的聲音被增強。這個頻率支配了語言中的輔音,有利于聽力語言和交流。然而,人耳第一次衰老的頻率也在這個範圍內。一般認爲500hz是低頻,500hz-2000hz是中頻,2000hz是高頻。語言的頻率範圍主要集中在中頻。人耳聽覺敏感度隨頻率而變化,頻率越低或越高,敏感度越低,即聲音大小相同,中頻的聲音比低頻和高頻的聲音好。

2)頻率特征的聲音可以分解爲幾個(甚至無限多個)頻率成分的合成。爲了測量和描述聲音頻率特性,人們使用頻譜。頻率表示常用于次數和1/3頻率。八度的中心頻率爲31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k和16khz。後一個頻率是前一個頻率的兩倍,因此被稱爲八度。而後一個頻率的頻寬也是前一個頻率的兩倍。在一些更精細的要求下,頻率被細分爲形成1/3的頻率範圍,即每個頻率範圍被分成三個波段。中心頻率爲20,31.5,40,50,63,80,100,125,160,200,250,315,400,500,630,800,1k,1.25k,1.6k,2k,2.5k,3.15k、4k、5k、6.3k、8k、10k、12.5k、16k、20khz等三十個頻率,後一個頻率是前一個頻率的21倍。在實際工程中,人耳的敏感部位更受關注。因此,除了必要的科學研究外,大多數情況下考慮的頻率在100hz到5khz之間。如果將聲音的頻率分量繪制成曲線,則形成頻譜。對于各種建築聲材料,在不同的頻率條件下,其聲學特性是不同的。有的材料具有良好的高頻吸聲性能,有的材料具有良好的低頻吸聲性能,有的材料對某些頻率有良好的吸聲性能,不一樣。其他聲學特性,如隔音,也是如此。


3)分貝和分貝對非專業人士來說是最難理解的,但對專業人士來說,分貝是很熟悉的。分貝(db)是以美國電話發明家貝爾的名字命名的。因爲貝類的單位過大,分貝用來表示1/10的貝類。分貝的概念相當特殊。它的運算不是線性的,而是對數的。例如,兩個揚聲器分別發出60db的聲音。這兩個數字加在一起,不是120db,而是63db。如果吸聲材料吸收了80%的聲音能量,聲音不是減少0.8db也不是減少80db,而是減少10lg(1-0.8)=7db。若音障爲50db,則穿牆的聲音爲0.00001。分貝的計算比較複雜,需要專業知識才能完成。當使用分貝來描述聲音時,需要同時給出頻率。不同頻率的分貝數對于任何聲音都可能不同。我們可以說一定頻率下的聲壓級有多大,或者聲吸收間隔是多少,或者聲間隔是多少等等。聲音水平的概念會迷惑普通人。聲級是通過添加每個頻率的語音權重(而不是簡單地添加算術)得到的聲音大小。聲級是通過a軌距網絡添加每個頻率的聲音所得到的大小。聲音水平反映了人耳對低頻和高頻不敏感的聽覺特征。例如,如果100hz的聲壓級爲80db,在計算聲壓級時,50.5db將減去重量,即29.5db,1khz的聲壓級爲80db,而重量值爲0db,仍計算爲80db。聲級的目的是聲級越大,聲音越大。聲級分貝通常是dba。許多與噪音有關的國家法規都是以聲音水平作爲指標。


4)聲吸收是聲波撞擊物質表面後的能量損失現象,而聲吸收可以降低室內聲學壓力水平。描述聲吸收的指標是聲吸收間隔a,木質吸音板廠家聲達凱克表示吸收的聲能與入射聲能之比。理論上,如果一個材料完全反射聲音,那麽它的a=0;如果一個材料吸收了所有入射音,那麽它的a=1。事實上,所有的物質a都在0和1之間,即它們不能被完全反射,也不能被完全吸收。在不同的頻率會有不同的吸聲系數。人們用聲音吸收數的頻率特征曲線來描述材料在不同頻率下的聲音吸收性能。根據iso標准和國家標准,吸音試驗報告中的吸音間隔頻率範圍爲100-5khz。從100-5khz聲吸收間隔得到的平均值是平均聲吸收間隔,平均聲吸收間隔反映了材料的整體聲吸收性能。nrc在項目中經常用來粗略地評估語言頻率範圍內的吸聲性能。這個值是材料在250、500、1k、2k四個頻率和四的聲音吸收因子的算術平均值。把整個數值降到0.05。一般認爲nrc小于0.2的材料是反射材料,nrc大于0.4的材料被認爲是吸聲材料。當需要吸收大量聲音以減少室內混響和噪音時,常建議使用高吸聲系數的材料。離心玻璃羊毛屬于高吸聲材料,5厘米厚,24公斤/米。多孔吸聲材料,如離心玻璃棉、岩棉、礦棉、植物纖維噴塗等,吸聲機理是材料內部有大量微小孔隙,聲波可以沿著這些孔隙滲透到材料內部,與材料摩擦將聲音能量轉化爲熱能。多孔吸聲材料的吸聲特性隨著頻率的增加而逐漸增強,這意味著低頻吸收不如高頻吸收。有牆壁或天花板的充氣板。即使材料本身的吸聲性能較差,這種結構也有吸聲性能,如穿孔的石膏板、木板、金屬板、甚至狹縫磚。其吸聲機理爲螺旋霍茲共振,類似于暖水瓶。外部空間和內部空間由狹窄的瓶頸連接。當聲波進入時,共振頻率與頸部的空氣和內部空間發生強烈的共振,造成聲波能量的損失。helmholtz共振吸收的特點是只有在某些頻率下才有大量的聲音吸收系數。當薄膜或薄板與其他結構體形成腔隙時,它們也可以吸聲,如木板、金屬板等。這種結構的吸聲機理是薄板共振。在共振頻率上,由于薄板的劇烈振動,吸收了大量的聲音能量。..薄板共振吸收在低頻下大多具有較好的吸聲性能。


5)混響和混響時間的混響,是房間內聲音被界面連續反射的結果。混響可以使室內聲音增加15分貝,同時降低語言清晰度。對于音樂表演的空間,如音樂廳、劇場等,槽木吸音板需要混合效果,使音乐更加舒缓和愉快。对于用于语言的空间,如电影院、教室、礼堂、录音室等,需要减少回响,使演讲更清晰。因此,房间的不同使用要求需要不同的混合效果。描述混响效果的指标为混响时间,即室内声源停止发声后,60db的声压级衰减所经历的时间,以秒为单位。混响时间与室内吸声有数学关系,是建筑声学中著名的赛宾公式:t=0.161 V/(s×a),其中t是混响时间,v是房间体积,和s是房间墙壁的总表面积,a是房间表面的平均吸音间隔。从赛宾公式可以看出,房间体积越大,回响时间越长,平均吸声次数越大,回响时间越短。例如,一个像体育馆这样的大空间,如果不吸音,回响时间会很长,这会严重影响语言的清晰度。由于室内吸声与频率有关,不同频率的混响时间也不同。房间音质指标常指中频混响时间。根据研究,以理想的回响时间(中频)来说,音乐厅为1.8-2.2秒,剧场为1.3-1.5秒,多功能礼堂为1.0-1.4秒,电影院为0.6-1.0秒,而教室是0.4-0.8秒。录音室为0.2-0.4秒,体育馆不到2.0秒。在建筑设计中可以正确使用吸声材料,控制混响时间,保证音质达到要求。


玻璃棉的建築聲學特性及吸音工程應用使用场景案例实拍


 6)隔声 为了保证室内环境的私密性,降低外界声音的影响,房间之间需要隔声。隔声与吸声是完全不同的概念,好的吸声材料不一定是好的隔声材料。声音进入建筑维护结构有三种形式。

1)通過孔洞直接進入。

2)聲波撞擊到牆面引起牆體振動而輻射聲音。

3)物体撞击地面或墙体产生结构振动而辐射声音。前两种方式为空气声传声,第三种方式是撞击声传声。 描述空气声传声隔声性能的指标是隔声量,隔声量的定义是r=10lg(1/τ),其中τ是透射声能与入射声能的比,隔声量的单位是db。隔声量可以粗略地理解为墙体两边声音分贝数的差值,但绝对不是差值这样简单。孔洞的隔声量r=0db,隔掉99%声能的隔墙的隔声量是20db,隔掉99.999%声能的隔墙的隔声量是50db。 墙体在不同频率下的隔声量一般并不相同,一般规律是高频隔声量好于低频。不同材料的隔声量频率特性曲线很不相同,为了使用单一指标比较不同材料及构造的隔声性能,人们使用计权隔声量rw。rw是使用标準评价曲线与墙体隔声量频率特性曲线进行比较得到的,标準评价曲线符合人耳低频不敏感的听觉特性。具体评价方法可参见国标gbj121-88“建筑隔声评价标準”。 隔墙隔声存在质量定律,即单层墙越重隔声性能越好,单位面积的质量提高一倍,隔声量提高6db。120砖墙的面密度为260kg/m2,隔声量为46-48db;240砖墙的面密度为520kg/m2,隔声量为52-54db。砖墙墙体过重,结构荷载负担较大,使用黏土砖也不利于耕地保护,因此,轻墙得以广泛使用。为了使轻墙达到良好的隔声性能,需要使用多层墙板内填吸声材料的方法。75龙骨内填玻璃棉的双面双层纸面石膏板墙的面密度只有60kg/m2左右,隔声量可以达到50db。同样面密度的90厚加气混凝土板墙的隔声量只有36db。对于住宅隔声,rw应至少大于45db,最好大于50db。 描述撞击声传声隔声性能的指标是撞击声压级,它不同于空气声隔声量所表达的“隔掉声音的分贝数”,而是表示在使用标準打击器(一种能够产生标準撞击能量的设备)撞击楼板时,楼下声音的大小。撞击声压级越大表示楼板撞击声传声隔声能力越差,反之越好。撞击声压级反映了人在楼上活动时对楼下房间产生声音的大小。楼板撞击声压级随频率不同而变化,为了使用单一指标比较不同楼板的隔绝撞击声的性能,人们使用计权撞击声压级lpn,w。lpn,w同样使用标準评价曲线与撞击声隔声频率特性曲线进行比较得到的,具体评价方法可参见国标gbj121-88“建筑隔声评价标準”。 比较理想的住宅楼板计权撞击声压级应小于65db。然而,大量使用的普通10cm厚混凝土楼板计权撞击声压级为80-82db,楼板隔声问题比较严重,住户多有抱怨,谁没有听到楼上的脚步声以及孩子的跑跳声的经历呢?採用浮筑地板的方法可以提高楼板隔声性能,如在结构楼板上铺一层高容重的玻璃棉减振垫层再做40mm厚的混凝土地面,计权撞击声压级可以小于60db。


 二、 离心玻璃棉在建筑吸声中的应用

 1)离心玻璃棉的吸声机理 离心玻璃棉属于多孔吸声材料,具有良好的吸声性能。离心玻璃棉能够吸声的原因不是由于表面粗糙,而是因为具有大量的内外连通的微小孔隙和孔洞。当声波入射到离心玻璃棉上时,声波能顺着孔隙进入材料内部,引起空隙中空气分子的振动。由于空气的粘滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦,声能转化为热能而损耗。多孔材料吸声的必要条件是 :材料有大量空隙,空隙之间互相连通,孔隙深入材料内部。错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能,其实不然,例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料,如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨脂等,具有良好的吸声性能,事实上,这些材料由于内部孔洞没有连通性,声波不能深入材料内部振动摩擦,因此吸声係数很小。 测量材料吸声係数的方法有两种,一种是混响室法,一种是驻波管法。混响室法测量声音无规入射时的吸声係数,即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例,而驻波管法测量声音正入射时的吸声係数,声音入射角度仅为90度。两种方法测量的吸声係数是不同的,工程上最常使用的是混响室法测量的吸声係数,因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。在某些测量报告中会出现吸声係数大于1的情况,这是由于测量的实验室条件等造成的,理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能,吸声係数永远小于1。任何大于1的测量吸声係数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用,最多按1进行计算。 在房间中,声音会很快充满各个角落,因此,将离心玻璃棉等吸声材料放置在房间任何錶面都有吸声效果。吸声材料吸声係数越大,吸声面积越多,吸声效果越明显。离心玻璃棉可以被製成吸声天花、吸声墙板、空間吸聲體等各種建築吸聲構件。 

2)影响离心玻璃棉吸声係数的因素 离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度、孔隙率、结构因子和空气流阻等。密度是每立方米材料的重量。孔隙率是材料中孔隙体积和材料总体积之比。结构因子反映离心玻璃棉内部纤维或颗粒排列的情况,是衡量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。空气流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比。 空气流阻是影响离心玻璃棉吸声性能最重要的因素。流阻太小,说明材料稀疏,空气振动容易穿过,吸声性能下降;流阻太大,说明材料密实,空气振动难于传入,吸声性能亦下降。对于离心玻璃棉来讲,吸声性能存在最佳流阻。在实际工程中,测定空气流阻比较困难,但可以通过厚度和容重粗略估计和控制。1)随着厚度增加,中低频吸声係数显着地增加,但高频变化不大(高频吸收总是较大的)。2)厚度不变,容重增加,中低频吸声係数亦增加;但当容重增加到一定程度时,材料变得密实,流阻大于最佳流阻,吸声係数反而下降。对于厚度超过5cm的容重为16kg/m3的离心玻璃棉,低频125hz约为0.2,中高频(〉500hz)的吸声係数已经接近于1了。当厚度由5cm继续增大时,低频的吸声係数逐渐提高,当厚度大于1m以上时,低频125hz的吸声係数也将接近于1。当5cm厚度不变,容重增大时,离心玻璃棉的低频吸声係数也将不断提高,当容重接近110kg/m3时吸声性能达到最大值,频率125hz处接近0.6-0.7。容重超过120kg/m3时,吸声性能反而下降,是因为材料变得緻密,中高频吸声性能受到很大影响,当容重超过300kg/m3时,吸声性能已经很小了。建筑声学中常用的吸声玻璃棉的厚度有2.5cm、5cm、10cm,容重有16、24、32、48、80、96、112kg/m3。 离心玻璃棉的吸声性能还与安装条件有着密切的关係。当玻璃棉板背后有空气层时,与相同厚度无空气层的玻璃棉板吸声效果类似。尤其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高,吸声係数将随空气层的厚度增加而增加,但增加到一定值后效果就不明显了。 使用不同容重的玻璃棉叠和在一起,形成容重逐渐增大的形式,可以获得更大的吸声效果。例如将一层2.5cm厚24kg/m3的棉板与一层2.5cm厚32kg/m3的棉板叠和在一起的吸声效果要好于一层5cm厚32kg/m3的棉板。将24kg/m3的玻璃棉板製成1m长的断面为三角型的尖劈,材料面密度逐渐增大,平均吸声係数可接近于1。 离心玻璃棉在建筑使用中,表面往往要附加有一定透声作用的饰面,如小于0.5mm的塑料薄膜、金属网、窗纱、防火布、玻璃丝布等,基本可以保持原来的吸声特性,若饰面的透气性差时,如塑料薄膜,高频吸声特性会下降。

 3)常见的离心玻璃棉吸声建筑构件 离心玻璃棉具有防火、保温、易于切割等优良特性,是建筑吸声最常用的材料之一。但是由于离心玻璃棉表面无装饰性,而且会有纤维洒落,因此必须製成各种吸声构件隐蔽使用。 最常使用也是造价最低廉的构造是纸面穿孔石膏板吊顶或墙面内填离心玻璃棉。纸面穿孔石膏板与墙或顶棚之间存在空气层时可以形成亥姆霍兹共振吸收,一般空气层为5cm、10cm、20cm、40cm,吊顶的空气层可能更大。在空腔内填入离心玻璃棉时,由于玻璃棉本身吸声,共振吸声的效率也提高很多,吸声係数将大大提高,吸声曲线的共振峰的频率範围变宽,中高频吸声性能提高。空腔厚度最大20cm,空腔内填入的玻璃棉只需要5cm厚,容重16-24kg/m3即可达到很好的吸声效果。当然,吸声性能还与穿孔率、孔径、板厚等因素有关。与穿孔纸面石膏板类似的还有穿孔金属板(如铝板)、穿孔木板、穿孔纤维水泥板、穿孔矿棉板等,这些材料的后空腔内填入离心玻璃棉后都能够较大地提高吸声性能。为了防止玻璃棉纤维洒出,需要在穿孔板背后附一层无纺布、桑皮纸等透声织物,或使用玻璃布、塑料薄膜等包裹玻璃棉。 玻璃棉板经过处理后可以製成吸声吊顶板或吸声墙板。一般常见将80-120kg/m3的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形成既美观又方便安装的吸声墙板,常见尺寸为1.2m×1.2m、1.2m×0.6m、0.6m×0.6m,厚度2.5cm或5cm。也有在110kg/m3的玻璃棉的表面上直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。无论是玻璃棉吸声墙板还是吸声吊顶板,都需要使用高容重的玻璃棉,并经过一定的强化处理,以防止板材变形或过于鬆软。这一类的建筑材料既有良好的装饰性又保留了离心玻璃棉良好的吸声特性,降噪係数nrc一般可以达到0.85以上。 在体育馆、车间等大空间内,为了吸声降噪,常常使用以离心玻璃棉为主要吸声材料的吸聲體。吸聲體可以根据要求製成板状、柱状、锥体或其他异型体。吸聲體内部填充离心玻璃棉,表面使用透声面层包裹。由于吸聲體有多个表面吸声,吸声效率很高。 在道路隔声屏障中,为了防止噪声反射,需要在面向车辆一侧採取吸声措施,往往也使用离心玻璃棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。为了防止玻璃棉在室外吸水受潮,有时会使用pvc或塑料薄膜包裹。

 4)应用离心玻璃棉吸声的一些建筑场所 在一般厅堂中,包括语言、音乐或综合表演用厅堂,如音乐厅、报告厅、剧场、影院、礼堂、体育馆、多功能厅、会议室、演播室、录音室、听音室、排练厅、博物馆、展览馆、ktv包房、办公室、营业厅、接待室、拍卖厅、候车(机)室、审判厅等等场所均需要吸声获得良好的音质;在需要噪声控制的房间,如餐厅、图书馆、画廊、健身中心、购物中心、酒店大堂、病房、车间等等场所也需要吸声降噪;还有特殊音质要求的民用住宅卧室、书房、家庭影院等等都需要吸声处理。这些场所都可以应用离心玻璃棉进行吸声,当然,同时必须考虑建筑构造、美观、防火、粉尘、清洁等综合因素。 在音乐厅、剧场的后墙面或二层正面的眺台栏杆上常用穿孔板或透声织物为面层的吸声构造,目的是防止出现回声等缺陷。在具有凹曲表面的房间中,为了防止声聚焦而影响音质,需要使用吸声处理。在礼堂、会堂、多功能厅、影院等等场所中,为了保证良好的语言清晰度,必须根据计算在墙面、天花等部位安装吸声材料,对于像体育馆、展览馆、营业厅等这些大体量的房间可能还需要使用空間吸聲體。餐厅中,由于人员吵杂,进行吸声装修后可以得到良好的就餐环境,例如麦当劳、肯德基等国外快餐厅比较注重室内吸声处理,配合悦耳的轻音乐显得餐厅安静祥和。录音室、演播室、听音室等音质要求更为严格的场合,必须按照设计要求进行吸声处理。在工业厂房中,为了降低机器轰鸣的噪声,需要使用吸声降噪。在ktv包房中,恰当的吸声处理能够使音乐和歌声更加美妙动听,也能防止由于音箱与歌唱者的话筒距离较近造成的反馈啸叫。 最佳的离心玻璃棉吸声处理是将材料与建筑有机地融合在一起,而不是刻意地为了吸声而吸声,应在不知不觉中创造良好的声环境。吊顶、墙面、吸聲體等都应成为建筑装修中天然的组成部分,良好的声学设计不能让人们感觉吸声材料有些突兀。在一些会堂和报告厅,设计师将玻璃棉软包材料和金属穿孔铝板后附玻璃棉巧妙地应用在装修效果中,再配以祥和的灯光,视觉和听觉都使人得到享受。建筑吸声处理常常被人们忽视,但当因为缺少吸声处理而产生诸多问题时,解决起来又会使人非常头疼。在某政府“一站式”办公改革中,工商、税务、行政等管理部门都集中在一个3000m2的开敞大厅内进行,大厅的吊顶是石膏板吊顶,墙面是光滑的大理石,部门之间是玻璃隔断,室内人声鼎沸,在这样糟糕的声环境中根本无法办理手续。政府要求限期整改,但由于经费、原设计效果的变更、施工对办公使用的影响等多种因素使整改变得比事前进行吸声设计要难的多。 


三、離心玻璃棉在牆體隔聲中的應用 

1)离心璃棉在墙体中的隔声原理 单层墙体因受质量定律的限制,必须是重墙才能获得良好的隔声性能。对于住宅分户墙,为达到国家最低标準rw=40db的要求单层隔墙至少需要100kg/m2以上的面密度(面密度是每平方米墙体的重量)。如果将墙体分成两层或多层,隔声量会显着提高。这是因为,声音撞击到第一层墙板时,透射的部分将进入两层墙板之间空腔,在空腔中来回反射多次后,一部分透射到墙体对面,另一部分被损耗掉。同时,两层之间的腔体有类似弹簧的作用,使墙板系统具有有利于消耗声音的弹性,进一步隔声。如果在腔体中填入离心玻璃棉等吸声材料后,声音传播过程中在腔体中来回反射的声音将被大大衰减,隔声量大为提高。对于120厚的砖墙隔声量从45db左右提高到50db以上需要重量提高一倍,即需要240砖墙。而对于75轻钢龙骨双面双层12纸面石膏板隔墙而言,只需在腔体内添加一层50厚24kkg/m3的玻璃棉,计权隔声量就从44db提高到50db。可见,隔墙腔体中的吸声材料对隔声量的影响非常重要。根据测定,使用双层75龙骨的六层12纸面石膏板(三道墙板,每道两层石膏板,共两个龙骨空腔)的轻型墙体内添两层50厚24kkg/m3的玻璃棉,计权隔声量将达到rw=60db,这是半米厚混凝土隔墙的隔声量。 然而,轻型多层板隔墙即使使内填了离心玻璃棉等吸声材料,低频的隔声能力也不能完全和重型墙相比,计权隔声量同样是rw=50db的混凝土墙和轻墙相比,在125hz频率上,混凝土隔墙的隔声量r=40db,而轻墙的隔声量只有23、24db左右。一个有利的因素是,人耳对低频并不敏感,因此在大多语言环境下轻墙完全可以满足隔声要求,但在机械噪声、迪斯科舞厅等低频声音严重的场合必须考虑低频隔声量是否足够。轻墙低频隔声较差的主要原因是墙板比较轻柔,难于阻隔振动幅度较大、波长较长的低频声,同时,空腔中的吸声材料低频吸声性能也比较有限。

 2)影响轻钢龙骨轻质板隔墙的隔声性能的因素 龙骨:龙骨弹性越好隔声性能越好,尤其低频隔声量有显着提高。轻钢龙骨的弹性好于木龙骨,故使用轻钢龙骨轻墙比木龙骨轻墙计权隔声量高1-3db。如果採用z型减振龙骨,计权隔声量可以提高1-2db。如果在龙骨上採用s型的减振条,计权隔声量可以提高2db。如果使用两层完全分离的龙骨(龙骨之间没有任何连接),隔声量能够提高5-7db。龙骨越宽,也就是空腔越大隔声性能越好,100厚龙骨比75厚龙骨计权隔声量提高1db左右。安装墙板的螺丝钉钉距越稀疏,隔声性能越好,因为稀疏的钉距使墙板连接的刚性变差,据测定,300mm的钉距比250mm的钉距计权隔声量提高0.5db左右,但是钉距不能过于稀疏,因为必须保证墙体的强度。 墙板:在实验中发现,面密度越大同时越薄的墙板隔声性能越好。这是因为,密度越大隔声量越大,越薄则在中高频出现的吻合谷越往高的频率偏移,偏出感兴趣的频率範围之外。例如,同样厚度的75龙骨双面单层25mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在2500hz,计权隔声量仅为47db,而75龙骨双面双层12mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在3150hz,吻合效应影响变弱,计权隔声量为50db。对于grc板、硅酸钙板等墙板,由于密度比石膏板大,而厚度比石膏板薄,因此具有更好的隔声性能。另外,使用不同厚度的板材複合,或使用不同材料的板材複合可以将共振和吻合频率错开,有利于提高隔声量,例如使用10mm的grc板与12mm纸面石膏板複合的双面双层填棉轻墙的计权隔声量比两层石膏板的轻墙高2db,可达52db。 内填棉:内填离心玻璃棉的厚度和容重越大,吸声效果越好,由于声音在空腔来回反射多次而消耗,即使每次反射吸声较小,多次反射的积累效果也非常大,因此5cm厚24kg/m3的离心玻璃棉作为内填吸声材料已经足够了,更厚或更大的密度所带来的隔声增加量非常有限,一般不会提高1db以上的隔声量。但是,2.5cm以下、不足16kg/m3的离心玻璃棉由于过于稀鬆,吸声性能太差,会使隔声量下降2-3db。5cm厚容重大于40kg/ m3岩棉和玻璃棉的隔声效果是类似的,理论上讲,因为岩棉容重往往大于玻璃棉,隔声略有优势,但很难相差1db,那种认为轻墙中岩棉隔声好于玻璃棉的观点是不正确的。还有一点非常重要,就是空腔中的棉不能满填,这样会造成棉将两层墙板连接在一起,出现声桥,使隔声量下降。填棉时,应尽量保证棉体两边不同时接触板材,以防止声桥。如果使用50mm厚的c型龙骨,那幺填棉厚度应小于50mm,如25mm或40mm的岩棉或玻璃棉。有些设计人员认为棉体需要满填、填实在空腔中,和板之间不留空气层,这是不对的。实验表明,满填棉隔声性能将下降1-3db。另外填棉厚度不均、回弹率过大等造成的棉板与两边板材局部或大面积接触都会引起隔声量下降,施工操作中应尽量避免。 板缝和孔洞:隔墙上如果出现缝隙和孔洞,会大大降低隔墙的隔声量。假如隔墙墙体本身的隔声量达到50db,而墙上有万分之一的缝隙和孔洞,则综合隔声量将下降到40db。为了防止石膏板墙和原结构之间的缝隙,通常在墙体四周安装龙骨时垫入塑料弹性胶条。另外,当每面两层石膏板时,应错缝安装,里层可以不勾缝,只对外层勾缝,这对隔墙隔声量影响不大。但是每面一层板时必须勾缝,否则隔声量将会下降12-17db。 


施工及其他等因素:以下若干因素对隔声的影响并非墙板本身,而是设计、施工、整体结构等方面疏忽造成的,这些因素有时造成纸面石膏板隔墙隔声量下降非常严重。 ①板-板之间空腔内填棉不饱满,或棉钉粘合不牢固,过一段时间后棉体下坠(玻璃棉常出现这种情况),造成出现填棉缝隙。严重时可能引起3-5db隔声量的下降。 ③隔墙外框和房屋结构刚性连接,未按规定垫入弹性垫条,结构受荷变形或结构振动,造成板缝开列,形成缝隙漏声。 ④管道穿墙,未按规定要求密封处理,造成孔隙;电器开关盒、插销盒在墙上暗装,未按规定要求做内嵌石膏板盒隔声处理,造成隔声薄弱环节;甚至隔墙两边电器盒对装而不做任何处理,都会大大降低隔声性能。 ⑤在实际建筑物中,两个房间除了隔墙传声外,还有其他途径引起声音从一个房间进入另一个房间,这些途径的传声称为侧向传声,如地面结构传声、侧墙结构传声、门窗传声、管道风道传声等。有些有吊顶的大房间用石膏板隔墙分隔成一些小间,因为先做的吊顶,隔墙只做到吊顶下沿,而没有延伸到结构层楼板底,出现吊顶内的侧向传声,造成房间实际隔声量比隔墙隔声量低很多。 


3)应用离心玻璃棉进行隔声处理的场合 离心玻璃棉除了作为轻型墙体的腔体填充材料进行隔声以外,还可以在石膏板、金属板等吊顶内满铺形成隔声吊顶。由于大量轻型屋盖逐渐地广泛使用,越来越多地使用离心玻璃棉作为保温、隔声顶棚或隔声吊顶。国家大剧院巨大的轻型屋盖结构为了隔绝环境噪声和雨噪声就在两层金属屋盖板之间加入了离心玻璃棉板,使隔声量达到42db的要求。 在防火隔声门中,常使用玻璃棉作为内填棉提高隔声性能。在双层隔声门或隔声窗的构造中,需要在两层门或窗四周边安装玻璃棉吸声材料(需要穿孔板或透声织物罩面)形成声闸,提高隔声量。 在道路隔声屏障中,也常常使用玻璃棉作为内添隔声材料。 密封的金属板箱内部贴满玻璃棉等吸声材料可以製成隔声罩为机器设备的降噪。与没有内部吸声材料的隔声罩相比,降噪效果可以提高20db,降噪量达70db。 另外,在一些住宅和公建中,穿过室内的雨水管沖雨噪声或水管由于水压变化形成的水锤振动噪声也使人们非常烦恼。可以使用玻璃棉(须经过防水防潮处理)对管道进行包裹,再使用石膏板或金属板做隔声外层,处理得当,能够获得20db以上降噪量。 


四、離心玻璃棉在樓板撞擊聲隔聲中的應用 

1)楼板撞击声隔声原理 当楼板等建筑构件受到撞击时,振动将在构件及其连接结构内传播,最后通过墙体、顶棚、地面等向房间振动辐射声音。振动在固体中传播时的衰减很小,只要固体构件一直是连接在一起的,振动将会传播很远,将耳朵贴在铁轨上可以听到几公里以外火车行驶的声音就是这个原理。在建筑中振动还有一个特点,就是向四面八方传播,所有有固体连接的部分都会振动,在房间中,由于四周都会振动发声,往往很难辨别振动声源的位置。但是,如果固体构件是脱离的(哪怕只是非常小的缝隙)或构件之间存在弹性的减振垫层,振动的传播将在这些位置处受到极大的阻碍,当使用弹簧或与弹簧效果类似的玻璃棉减振垫层对楼板进行隔振处理后,将提高楼板撞击声隔声的能力。 隔振楼板和下面的支撑弹性垫层构成了一个弹性系统,一般的隔振规律是,楼板越重、垫层弹性越好、静态下沉度(楼板压上去以后的压缩量)越大,隔振效果就越好。8cm厚的混凝土楼板比4cm的楼板更重,减振效果更好;两层2.5cm厚的离心玻璃棉垫层的静态下沉度大于一层2.5cm厚的同样垫层,减振效果要好一些。压缩后的垫层必须处于弹性範围内,也就是说,将楼板移去后,垫层可以在弹性的作用下恢复原来的厚度,如果垫层被压实而失去回弹性,将失去减振效果。因此,使用离心玻璃棉做减振垫层时,需要使用容重较大的垫层,防止玻璃棉被压实,上层混凝土越厚重,玻璃棉就要越厚,容重也需要越大,一般容重应大于96kg/m3。 在用于隔绝机器振动的减振台或减振地面时需要更加专业的设计,如果设计不当,造成减振系统的固有频率与机器的振动频率接近时,不但不能起到减振作用,还会使振动加大,甚至损坏机器及楼板结构。


 2)离心玻璃棉楼板隔声垫层 楼板撞击声隔声是建筑中最难处理的隔声部分之一。使用玻璃棉减振垫层上面现浇混凝土的做法可以获得20-30db以上的撞击声隔声效果,这种隔振方法叫做浮筑地面。对于住宅,由于层高所限,一般的做法是使用2.5cm厚(压缩后为 2cm左右)96-150kg/m3的离心玻璃棉做垫层,上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层,再灌注4cm厚的混凝土形成浮筑地板。这种做法已经在北京格林小镇房地产开发中得以应用,效果非常良好,经实测,普通水泥地面的lpn,w=78db,这种浮筑地板的lpn,w=56db,隔声性能提高了22db。在有楼板隔声要求的公建中,如演播室、录音室或上部房间为球馆及迪斯科舞厅的地板做法是,使用5cm厚(压缩后为 4.5cm左右)150-200kg/m3的离心玻璃棉做垫层,上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层,再灌注8-10cm厚的混凝土。经实测,这种地面做法的lpn,w达到44db, 隔声性能提高了34db。 使用离心玻璃棉做浮筑地板时需非常注意几个问题。一是玻璃棉容重不能过低,否则玻璃棉将被压实,失去回弹性,无法起到减振效果。二是混凝土必须配筋,防止地面断裂,可以採用φ6的钢筋间距20cm排列;配筋时,必须防止刺破防水层而造成混凝土浇灌时玻璃棉渗水。还有一点是,不能出现两层地面之间的硬连接,如水管、钢筋等,这样会导致声桥传声;浇灌地面与墙面连接处应使用玻璃棉、橡胶垫隔开,防止墙体将两层地面连接在一起。


 五、离心玻璃棉在空调管道消声中的应用 通风管道中产生的振动噪声和气流噪声是空调系统中较大的问问题,在音乐厅,犹太教堂,酒店房间,办公室等空间往往由于通风系统的问题造成噪音不能达到标准。在使用锡风管的通风系统中,管道无法发挥良好的消声器效果,风扇产生的噪音会沿著管道扩散到室内。由于铁片非常薄,气流和风扇的振动也会使铁片产生共振,形成二次噪声。当气流喷射出空气出口时,如果没有有效的消声器,空气出口的再生噪音也会因摩擦而产生。为了减少风扇产生的噪音,需要一个消声器。常见的消声器是一种使用玻璃棉的消声器,在铁管道的内表面上有穿孔的透音表面(以防止玻璃纤维被气流带走)。消声器的原理是利用吸声材料产生对气流的声音阻力。电阻式消声器可根据气流通道的几何形状分为直管式、片式、迷宫式、屏障式和弯曲式。一般来说,电阻式消声器具有良好的中高频消声器特性,低频消声器性能较差。为了提高消声器的声学性能,可以提高离心玻璃棉吸声器的容量和厚度,增加表面材料的穿孔。玻璃棉板可直接生产成管道消声器用消声器用消声器的消声器,因为本产品消声器性能好,安装方便,具有隔热性能,被称为“超级风管”。超级风管的内表面需要胶结,以防止水蒸气渗入,防止纤维脱落;外表面与增强铝膜粘合,作为外保护层和热反射层。采用玻璃棉超风管的通风系统对管道的总长度有消声器作用,因此消声器作用非常明显。此外,消声器管也有很好的效果,防止由于管间的连接而在房间与房间之间形成的声音串扰。


離心玻璃棉與其他建築聲學的比較

1、離心玻璃棉與岩棉相比,離心玻璃棉的聲學性能與岩棉相似,因爲離心玻璃棉的纖維比岩棉的精細。因此,在相同的耐重條件下,前者的聲學性能優于後者。換句話說,低容量離心玻璃棉和高榮重量岩棉具有相同的聲學特性。例如,同厚度的24公斤/立方米玻璃棉板的性能與80公斤/立方米岩石棉板相似,用于吸聲、隔聲和減振(實際使用時需要更大的容量)。在吸聲、隔聲、地板阻尼等應用中,離心玻璃棉可與岩棉互換使用。什工坊法基本相同,成本也基本相同。例如,作爲吸聲,常用24千克/立方米離心玻璃棉板,也可使用80千克/立方米岩石棉板;作爲輕鋼龍骨石膏牆的內填充,可使用24公斤/立方米離心玻璃棉板或80公斤/立方米岩石棉板;住宅浮動地板的減振墊一般使用96公斤/立方米離心玻璃棉板或150公斤/立方米以上的岩石棉板,並可利用200kg/m3離心玻璃棉片獲得最大的減振效果。但離心玻璃棉超過200kg/m3是難以生産的,且由于密度過大,減振效果會降低。

2)離心玻璃棉與礦質棉板的比較,吸聲棉天花板的降噪比一般爲0.3-0.4,幾乎是離心玻璃棉板的兩倍。礦質棉板本身具有良好的裝飾性質,玻璃棉板需要用覆蓋材料覆蓋在建築中使用。與此相反,成本顯然比Gaochu高。每平方米的礦棉板價格一般在20至30元左右。作爲一種用于天花板或牆壁的離心玻璃棉板,它需要80千克/立方米以上的容量來防止變形,再加上通過聲音防火材料的遮罩。每平方米的成本達到200-300元。無論價格因素如何,建築師都傾向于單就裝飾效果和吸聲效果而言,選擇離心式玻璃棉成型産品。許多進口離心玻璃和棉質軟壁板或天花板板由于其良好的裝飾、防火、易于安裝,在市場上很受歡迎。

3)離心玻璃棉與植物纖維素噴塗材料的比較除價格外,一種植物纖維噴塗吸聲材料在許多方面優于離心玻璃棉或岩棉。這種材料的代表産品是美國生産的k13。k13的原料是經過粉碎並經過防火處理的木片。當使用時,它們會與特殊的膠水混合以作噴灑。k13可以噴在各種牆壁、屋頂等上。幹燥固化後,視覺效果與普通塗漆白牆相似。k13的容量約爲100kg/m2,5厘米厚的噪音減少的nrc最高可達0.9。由于k13結構簡單,裝飾效果好,吸聲效果好,因此在美國等發達國家的體育館、餐廳、演講廳等都得到了廣泛的應用。k13在美國已有50多年的曆史,剛剛進入我國。k13在輕量牆的隔離上也有一定的優勢。在輕鋼龍骨紙石膏牆系統中,安裝牆板後,將5厘米厚的k13噴到龍骨腔中,並安裝在牆板的另一側。以這種方式建造的75龍雙面12毫米紙表面石膏板,重量分離可達55db。所述k13具有良好的隔音性能,首先,噴灑對處理壁面板之間的間隙具有密封作用,其次,噴灑材料粘在壁面板上,增加牆板的阻尼,改善牆板的隔音性能。然而,在k13噴灑後,在安裝外石膏板前必須完全幹燥,這給施工帶來了一些不便。

4)離心玻璃棉與聚苯、聚氨酯、聚氨酯(在這種情況下爲閉孔聚氨酯)等材料比較是較好的絕緣材料,但建築聲學不佳。雖然這些材料內部有大量的氣孔,但彼此之間並沒有連接,所以基本上沒有聲音的吸收性能。由于沒有吸聲性能,光牆的使用不會增加隔音效果。例如,核心爲100毫米厚的聚苯(鋼板厚度爲0.5毫米,一層)的壓力板只能達到30db。大約,它是類似一個12毫米厚的紙膏板。聚苯和聚氨酯的彈性不佳。當它們被用作地墊時,它們不能起到與玻璃棉相同的減振效果。經測定,2.5厘米厚的聚苯在隔聲改進中能達到最大7db,主要隔振頻率僅爲高頻。認爲聚苯和聚氨酯具有與玻璃棉相同的聲學特性是錯誤的。有人認爲,使用聚苯作爲外牆隔熱也起到了隔音的作用,而使用聚苯作爲地面加熱和隔熱層也起到了地板減振的作用,這是不對的。此外,聚苯和聚氨酯的防火特性也比玻璃棉差得多。


玻璃棉的建築聲學特性及吸音工程應用
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