隔音材料

隔音材料或構(gòu)件，會因使用場合不同，測試方法不同而得出的隔音效果不同。對于隔音材料，要減弱透射聲能，阻擋聲音的傳播，就不能如同吸音材料那樣多孔、疏松、透氣,相反它的材質(zhì)應(yīng)該是重而密實的，如鋼板、鉛板、磚墻等一類材料。隔音材料材質(zhì)的要求是密實無孔隙或縫隙；有較大的重量。

由于這類隔音材料密實,難于吸收和透過聲能而反射能強，所以它的吸音性能差。隔音材料可使透射聲能衰減到入射聲能的10-3～10-4或更小，為方便表達,其隔音量用分貝的計量方法表示。

凡是能用來阻斷噪音的材料，統(tǒng)稱為隔音材料。隔音材料五花八門，日常人們比較常見的有實心磚塊、鋼筋混泥土墻、木版、石膏板、鐵板、隔音氈、纖維板等等。 嚴(yán)格意義上說，幾乎所有的材料都具有隔音作用，其區(qū)別就是不同材料間隔音量的大小不同而已。同一種材料，由于面密度不同，其隔音量存在比較大的變化。 隔音量遵循質(zhì)量定律原則，就是隔音材料的單位密集面密度越大，隔音量就越大，面密度與隔音量成正比關(guān)系。

隔音材料在物理上有一定彈性，當(dāng)聲波入射時便激發(fā)振動在隔層內(nèi)傳播。當(dāng)聲波不是垂直入射，而是與隔層呈一角度 θ 入射時，聲波波前依次到達隔層表面，而先到隔層的聲波激發(fā)隔層內(nèi)彎曲振動波沿隔層橫向傳播，若彎曲波傳播速度與空氣中聲波漸次到達隔層表面的行進速度一致時，聲波便加強彎曲波的振動，這一現(xiàn)象稱吻合效應(yīng)。這時彎曲波振動的輻度特別大，并向另一面空氣中輻射聲波的能量也特別大，從而降低隔音效果。產(chǎn)生吻合效應(yīng)的頻率fc為：

fc=co2/2 π sin2 θ [12 ρ (1- σ 2)/eh2]1/2 ⑨

式中 ρ 、 σ 、e分別為隔層材料的密度、泊松比和楊氏模量，h是隔層厚度。任意吻合頻率fc與聲波入射角 θ 有關(guān)。在大多數(shù)房間中的聲場都接近于混響聲場，到達隔層的入射角從0°到90°都有可能，因此吻合頻率出現(xiàn)在從掠入射( θ=90°) 的fc0開始的一個頻率范圍，也就是說吻合效應(yīng)使某一頻率范圍的隔音效果變差。一般這一頻率范圍發(fā)生在中高頻。從質(zhì)量定律知道，中高頻隔音量較大，除了內(nèi)阻尼很小的金屬板外，因吻合效應(yīng)使中高頻隔音量降低的現(xiàn)象，不會引起很大的麻煩。

不透氣的固體材料，對于空氣中傳播的聲波都有隔音效果，隔音效果的好壞最根本的一點是取決于材料單位面積的質(zhì)量。

一個面積非常大的隔層，其單位面積質(zhì)量為ms，當(dāng)聲波從左面垂直入射時，激發(fā)隔層作整體振動，此振動再向右面空間輻射聲波。以單位面積考慮，透射到右面空間的聲能與入射到隔層上的聲能之比稱透射系數(shù) τ 。定義無限大隔層材料的傳遞損失(也稱透射損失)tl：

tl=101g1/ г ⑦

上述簡單情況下可計算得到傳遞損失近似為：

tl=20lg ω ms/2 ρ oco (db) ⑧　

式中 ω=2πf 為圓頻率， ρ0 、c0為空氣的密度和聲波傳播速度。tl的大小表示材料的隔音能力。⑧式的一個重要特點，即材料單位面積質(zhì)量增加一倍，則傳遞損失增加6db。這一隔音的基本規(guī)律稱 “ 質(zhì)量定律 ” ，也就是說隔音靠重量。所以像磚墻、水泥墻或厚鋼板、鉛板等單位面積質(zhì)量大的材料，隔音效果都比較好。 ⑧式也表明，單層隔音的高頻隔音好，低頻差。頻率每提高一倍，傳遞損失就增加6db。

需要說明的是：傳遞損失tl是隔層面積為無限大時的理論 “ 隔音量 ” ，作為一垛墻或樓板，它都有邊緣與其它建筑構(gòu)件連接，這時的 “ 隔音量 ” 與⑦式所表示的傳遞損失有差別。既有因邊緣接近于固定而增大隔音能力，也有作為邊緣固定的板振動有一定的共振頻率，使某些共振頻率點上隔音效果降低的現(xiàn)象。而當(dāng)作為兩相鄰房間之間的隔墻或樓板，因為兩室之間有多條傳聲(或振動)通道，這兩個房間之間的隔音量(只能稱聲級差)更不能以該隔層的傳遞損失來代表。

雙層隔音結(jié)構(gòu)

根據(jù)質(zhì)量定律，頻率降低一半，傳遞損失要降6db；而要提高隔音效果時，質(zhì)量增加一倍，傳遞損失增加6db。在這一定律支配下，若要顯著地提高隔音能力，單靠增加隔層的質(zhì)量，例如增加墻的厚度，顯然不能行之有效，有時甚至是不可能的，如航空器上的隔音結(jié)構(gòu)。這時解決的途徑主要是采用雙層以至多層隔音結(jié)構(gòu)。

雙層隔音結(jié)構(gòu)，單位面積質(zhì)量分別為m1、m2，中間空氣層厚度為l。雙層結(jié)構(gòu)的傳遞損失可以進行理論計算，結(jié)果比較復(fù)雜，在不同頻率范圍可以得到不同的簡化表示，這里只作定性介紹。

兩個隔層與中間空氣層組成一個共振系統(tǒng)，共振頻率為fr(m的單位為kg/m2，l的單位為m)：

fr=60/√m1m2l/(m1+m2) ⑩

在此共振頻率附近，隔音效果大為降低。不過對于重墻來說，此頻率已低于可聞頻率范圍。例如m1為半磚墻250kg/m2，m2為一磚墻500kg/m2，空氣層厚度0?5m，這時共振頻率在7hz左右。

對于輕結(jié)構(gòu)雙層隔音，共振頻率可能落在可聞頻率范圍內(nèi)，例如兩層鋁板分別為5?2kg/m2和2?6kg/m2，中間空氣層5cm，可計算出共振頻率約為200hz。這時應(yīng)在兩板間填塞阻尼材料，以抑制板的振動。一般若用薄鋼板做雙層隔音結(jié)構(gòu)時，鋼板上都涂好阻尼層來抑制鋼板的振動。

在共振頻率fr以下，雙層隔音的效果如同沒有空氣層的一層(m1+m2)的隔音效果；在fr以上一段頻率范圍，雙層隔音效果接近于兩個單層隔音的傳遞損失之和；在更高的頻率，當(dāng)空氣層厚度l為四分之一波長的奇數(shù)倍時，雙層隔音效果相當(dāng)于兩個單層的傳遞損失之和再加6db，l為波長的偶數(shù)倍時，雙層隔音效果相當(dāng)于兩個單層合在一起的傳遞損失再增加6db，在其它頻率，傳聲損失在這兩個值之間。所以在總體上，當(dāng)頻率大于fr時，雙層隔音結(jié)構(gòu)顯著地提高了隔音效能。

一般雙層隔音結(jié)構(gòu)的兩層，不用相同厚度的同一種材料，以避免這兩層出現(xiàn)相同的吻合頻率。

在設(shè)計和施工中要特別注意，兩層之間不能有剛性連接。破壞了固體 —— 空氣 —— 固體的雙層結(jié)構(gòu)，把兩層固體隔層由剛性構(gòu)件相連，使兩個隔層的振動連在一起，隔音量便大為降低。尤其是雙層輕結(jié)構(gòu)隔音，相互之間必須相互支撐或連接時，一定要用彈性構(gòu)件支撐或懸吊，同時注意需要分割的兩個空間之間，不能有縫或孔相通。“漏氣”就要漏聲，這是隔音的實際問題。