離心玻璃棉的建筑聲學(xué)特征及應(yīng)用

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離心玻璃棉內(nèi)部纖維蓬松交錯(cuò)，存在大量微小的孔隙，是典型的多孔性吸聲材料，具有良好的吸聲特性。離心玻璃棉可以制成墻板、天花板、空間吸聲體等，可以大量吸收房間內(nèi)的聲能，降低混響時(shí)間，有利于提高語(yǔ)言清晰度，也有利于減少室內(nèi)噪聲。在輕體隔墻的空腔內(nèi)填入離心玻璃棉，不但起到良好的保溫作用，還可以較大幅度地提高墻體的隔聲性能，有利于隔絕噪聲，也有利于保證室內(nèi)談話的私密性。使用離心玻璃棉制成管道或風(fēng)機(jī)罩的襯里可以起到消聲作用，有利于降低管道中氣流和機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，使空調(diào)系統(tǒng)更加安靜。離心玻璃棉具有良好的彈性，可以作為樓板減振墊層的主要材料，顯著地降低樓上的腳步、奔跑、拖動(dòng)物品等撞擊產(chǎn)生的噪聲對(duì)樓下房間的影響。

　　離心玻璃棉的聲學(xué)特性不但與厚度和容重有關(guān)，也與罩面材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等因素有關(guān)。在建筑應(yīng)用中還需同時(shí)兼顧造價(jià)、美觀、防火、防潮、粉塵、耐老化等多方面問(wèn)題。本文將就離心玻璃棉相關(guān)的建筑聲學(xué)基本概念、建筑吸聲應(yīng)用、建筑隔聲應(yīng)用、建筑消聲應(yīng)用、國(guó)內(nèi)外不同聲學(xué)產(chǎn)品對(duì)比，以及相關(guān)的國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等方面近可能詳細(xì)地討論離心玻璃棉的建筑聲學(xué)特性及應(yīng)用。

　　建筑聲學(xué)的基本概念

　　1）聲音?

　　物體的振動(dòng)產(chǎn)生“聲”，振動(dòng)的傳播形成“音”。人們通過(guò)聽(tīng)覺(jué)器官感受聲音，聲音是物理現(xiàn)象，不同的聲音人們有不同的感受，相同聲音的感受也會(huì)因人而異。美妙的音樂(lè)令人陶醉，清晰激昂的演講令人鼓舞，但有時(shí)侯，鄰居傳來(lái)的音樂(lè)聲使人難以入睡，他人之間的甜言蜜語(yǔ)也許令人煩惱。建筑聲學(xué)不同于其他物理聲學(xué)，主要研究目的在于如何使人們?cè)诮ㄖ蝎@得良好的聲音環(huán)境，涉及的問(wèn)題不局限于聲音本身，還包括心理感受、建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、材料學(xué)甚至群體行為學(xué)等多方面問(wèn)題。

　　人耳的聽(tīng)覺(jué)下限是0db，低于15db的環(huán)境是極為安靜的環(huán)境，安靜的會(huì)使人不知所措。鄉(xiāng)村的夜晚大多是25-30db，除了細(xì)心才能夠體會(huì)到的流水、風(fēng)、小動(dòng)物等自然聲音以外，其他感覺(jué)一片寧?kù)o，這也是生活在喧囂之中的城市人所追求的凈土。城市的夜晚會(huì)因區(qū)域不同而有所不同。較為安靜區(qū)域的室內(nèi)一般在30-35db，如果你住在繁華的鬧市區(qū)或是交通干線附近，將不得不忍受40-50db（甚至更高）的噪聲，如果碰巧鄰居是一位不通情達(dá)理的人，夜深人靜時(shí)蹦蹦跳跳、高聲喧嘩，也許更要飽受煎熬了。人們正常講話的聲音大約是60-70db，大聲呼喊可達(dá)100db。在中式餐館中，往往由于缺乏吸聲處理，人聲鼎沸，聲音將達(dá)到70-80db，有國(guó)外研究報(bào)道噪聲中進(jìn)餐會(huì)影響健康。人耳的聽(tīng)覺(jué)上限一般是120db，超過(guò)120db的聲音會(huì)造成聽(tīng)覺(jué)器官的損傷，140db的聲音會(huì)使人失去聽(tīng)覺(jué)。高分貝喇叭、重型機(jī)械、噴氣飛機(jī)引擎等都能夠產(chǎn)生超過(guò)120db的聲音。

　　人耳聽(tīng)覺(jué)非常敏感，正常人能夠察覺(jué)1db的聲音變化，3db的差異將感到明顯不同。人耳存在掩蔽效應(yīng)，當(dāng)一個(gè)聲音高于另一個(gè)聲音10db時(shí)，較小的聲音因掩蔽而難于被聽(tīng)到和理解，由于掩蔽效應(yīng)，在90-100db的環(huán)境中，即使近距離講話也會(huì)聽(tīng)不清。人耳有感知聲音頻率的能力，頻率高的聲音人們會(huì)有“高音”的感覺(jué)，頻率低的聲音人們會(huì)有“低音”的感覺(jué)，人耳正常的聽(tīng)覺(jué)頻率范圍是20-20khz。人耳耳道類似一個(gè)2-3cm的小管，由于頻率共振的原因，在2000-3000hz的范圍內(nèi)聲音被增強(qiáng)，這一頻率在語(yǔ)言中的輔音中占主導(dǎo)地位，有利于聽(tīng)清語(yǔ)言和交流，但人耳最先老化的頻率也在這個(gè)范圍內(nèi)。一般認(rèn)為，500hz以下為低頻，500hz-2000hz為中頻，2000hz以上為高頻。語(yǔ)言的頻率范圍主要集中在中頻。人耳聽(tīng)覺(jué)敏感性由于頻率的不同有所不同，頻率越低或越高時(shí)敏感度變差，也就是說(shuō)，同樣大小的聲音，中頻聽(tīng)起來(lái)要比低頻和高頻的聲音響。

　　2）頻率特性

　　聲音可以分解為若干（甚至無(wú)限多）頻率分量的合成。為了測(cè)量和描述聲音頻率特性，人們使用頻譜。頻率的表示方法常用倍頻程和1/3倍頻程。倍頻程的中心頻率是31.5、63、125、250、500、1k、2k、4k、8k、16khz十個(gè)頻率，后一個(gè)頻率均為前一個(gè)頻率的兩倍，因此被稱為倍頻程，而且后一個(gè)頻率的頻率帶寬也是前一個(gè)頻率的兩倍。在有些更為精細(xì)的要求下，將頻率更細(xì)地劃分，形成1/3倍頻程，也就是把每個(gè)倍頻程再劃分成三個(gè)頻帶，中心頻率是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(gè)頻率，后一個(gè)頻率均為前一個(gè)頻率的21/3倍。在實(shí)際工程中更關(guān)心人耳敏感的部分，因此，除進(jìn)行必要的科學(xué)研究以外，大多數(shù)情況下考慮的頻率范圍在100hz到5khz。如果將聲音的頻率分量繪制成曲線就形成了頻譜。

　　對(duì)于各種建筑聲學(xué)材料來(lái)講，不同頻率條件下聲學(xué)性能是不同的。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(duì)某些頻率具有良好的吸聲性能，不一而同。隔聲等其他聲學(xué)性能也是如此。

　　3）分貝和a聲級(jí)

　　分貝對(duì)于非專業(yè)人員來(lái)講是最難理解的，然而對(duì)于專業(yè)人士來(lái)講分貝又是再熟悉不過(guò)了。分貝(db)是以美國(guó)電話發(fā)明家貝爾命名的，因?yàn)樨惖膯挝惶?，因此采用分貝，代?/10貝。

　　分貝的概念比較特別，它的運(yùn)算不是線性比例的，而是對(duì)數(shù)比例的，例如兩個(gè)音箱分別發(fā)出60db的聲音，合在一起并不是120db，而是63db。如果某種吸聲材料吸收了80%的聲能，聲音降低了不是0.8db也不是80db而是?10lg(1-0.8)=7db。如果某種隔墻隔聲量為50db，那么透過(guò)去的聲音為0.00001。分貝的計(jì)算較為復(fù)雜，需要具備專業(yè)知識(shí)才能完成。

　　使用分貝描述聲音時(shí)需要同時(shí)給出頻率。任何一個(gè)聲音，不同頻率的分貝數(shù)可能是不同的。我們可以說(shuō)在某頻率時(shí)，聲壓級(jí)是多少，或吸聲系數(shù)是多少，或隔聲量是多少等等。

　　a聲級(jí)的概念會(huì)使普通人感到迷惑。聲級(jí)是將各個(gè)頻率的聲音計(jì)權(quán)相加（不是簡(jiǎn)單的算術(shù)相加）得到的聲音大小，a聲級(jí)是各個(gè)頻率的聲音通過(guò)a計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)后再相加得到的大小，a聲級(jí)反映了人耳對(duì)低頻和高頻不敏感的聽(tīng)覺(jué)特性。例如，如果100hz的聲壓級(jí)為80db，在計(jì)算a聲級(jí)時(shí)，將按計(jì)權(quán)減去50.5db，即按29.5db來(lái)計(jì)算；而1khz的聲壓級(jí)為80db，計(jì)權(quán)值為0db，即仍按80db計(jì)算。a聲級(jí)的目的在于，a聲級(jí)越大，則表明聲音聽(tīng)起來(lái)越響。a聲級(jí)分貝通常計(jì)為dba。許多與噪聲有關(guān)的國(guó)家規(guī)范都是按a聲級(jí)作為指標(biāo)的。

　　4）吸聲

　　吸聲是聲波撞擊到材料表面后能量損失的現(xiàn)象，吸聲可以降低室內(nèi)聲壓級(jí)。描述吸聲的指標(biāo)是吸聲系數(shù)a，代表被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(shí)上，所有材料的a介于0和1之間，也就是不可能全部。