建筑材料声学测试-吸声降噪与隔声

嗯哼

在建筑装饰和一些工业建设过程中，声学设计也是需要考虑的重要一环，尤其在体育场馆、剧院、大会堂、KTV、录音棚和居民住宅等人居场所，以及汽车、地铁、大型空调、一些工业设备等产生噪声的设施，都需要通过“吸声”+“隔声”的设计来让声音“听话”。

吸声和隔声是两个不同的概念，二者有明显区别：吸声指的是在同一空间中声音衰减的能力，隔声指的是两个不同空间之间声音衰减的能力。所以，声学设计也可以简单理解为，隔绝其他空间来的声音+吸收自有空间内产生的多余声音，即“隔声+吸声”。

隔声的实现比较简单，只需要用致密材料即可，因为材料越致密，隔声量越大，如常见的玻璃、金属、橡胶垫、混凝土等都有较好的隔声作用。

吸声的实现则相对复杂，吸声主要通过吸声材料或结构来实现。吸声材料为多开孔材料，材料内部的微孔细小、连续、敞开。常见的吸声材料有：聚酯纤维棉、玻璃棉、岩棉、软木、毛等，而泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡塑等多孔材料不应为吸声材料，其内部空隙和气泡是密闭而且独立的，声波无法进入，故起不到吸声作用；吸声结构则主要是通过结构上的共振实现吸声，如单腔共振、薄膜共振等结构，其原理均是通过结构中空气层与声音产生共振，将声能转化为热能而达到吸声的效果。另外，“吸声材料+吸声结构”能达到更好的吸声效果，如建筑天花板吊顶安装时一般留取一定的后空腔，这种方式会达到更好的吸声效果，但缺点是一定程度上会减少室内空间。

总之，不同材料/结构的吸声/隔声性能不同；不同规格的吸声材料，其吸声性能也有区别。所以，在声学设计之前，需要通过检测材料/结构的吸声/隔声性能，以便于实现更好的声学设计。

一、吸声性能的测试与评价方法

吸声性能通过吸声量、吸声系数和降噪系数来量化。吸声量是用混响时间，通过赛宾公式计算得到的，单位为平方米，表示测试空间内壁吸收声音的数量；吸声系数是材料在特定频率下吸声量与吸声面积的比值，表示特定频率下的吸声能力，取值0-1之间，一般为小数点后三位数字，吸声系数越大，表示该频率下的吸声能力越强；降噪系数是在250/500/1000/2000Hz这4个频率下测得的吸声系数的平均值，算到小数点后两位，末位取0或5，即0/0.05/0.1/0.15…0.85/0.9/0.95/1，降噪系数越大，表示该材料的吸声性能越强。

吸声性能的检测主要有2种方式：混响室法、驻波管法。

1 混响室法测吸声性能
该方法的相关标准为：GB/T 20247-2006《声学 混响室吸声测量》和ISO 354:2003《Acoustics – Measurement of sound absorption in a reverberation room》。该方法中的“混响室”总体积大于200立方米，室内通常设置固定或悬挂的扩散体或旋转扩散体，试样面积大于10平米，样品放置方式有2种：贴地、留取一定的后空腔（主要根据产品的实际使用环境进行选择）。测试过程中，声波无规入射样品，通过测量在有和没有试件情况下混响室的平均混响时间，利用赛宾公式便可计算得到试样的吸声系数，通常用αT表示，通过吸声系数可换算得到降噪系数（Noise Reduction Coefficient，NRC值）。

混响室法NRC值应用广泛，如，GB/T 16731-1997 《建筑吸声产品的吸声性能分级》中对吸声材料的分级即采用混响室法测得的NRC值，分级情况如图。混响室法吸声系数的测试条件与实际应用情况比较接近，在声学工程的设计中，都应采用混响室法测得的吸声系数进行计算。

混响室法测吸声性能，是一项系统试验，测试的准确性主要取决于混响室的标准程度、实验人员的专业程度以及测试样品的代表性。国家玻璃纤维产品质量监督检验中心（南京玻璃纤维研究设计院质检中心）混响吸声实验室建立于2013年，经专业人员严格设计，并同国外先进声学实验室进行数据比对，现每年受委托检测吸声样品百余份，数据可靠，经验丰富，如有需求可咨询小崔。

2 驻波管法测吸声性能
该方法的相关标准为GB/T 18696.1-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量  第1部分：驻波比法》、GB/T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量  第2部分：传递函数法》和ASTM E1050《Standard test method for impedance and absorption of acoustical materials…》。

驻波管法测试过程中，声波与吸声材料表面垂直入射，所以一般被称为垂直入射吸声系数，或法向入射吸声系数，用α0表示。该方法所需材料面积小，测试简便精确，大多用于对吸声材料的理论研究，对吸声结构进行优化实验，研制开发新产品，以及进行吸声性能的相对比较。

但是，由于声波在建筑结构内大多都无规则入射到物体表面，所以无规入射吸声系数，即混响室法吸声系数，更加符合实际声场条件。

3 混响室法与驻波管法的区别
驻波管法与混响室法测量的吸声系数不仅两者的声波入射条件不同，而且测试信号也不同。前者是单频声波（正弦波），后者是1/3倍频带粉红噪声（中心频率100-5000Hz，具体频程分布见GB/T 20247或ISO 354）。也就是说驻波管法测量的是材料单频的吸声系数，混响室法测量的是材料频带的吸声系数。而单频声波是一种模拟声波，很少在自然界中存在，粉噪则是自然界中最常见的噪音，所以混响室测吸声系数/降噪系数是最具有实际应用价值的测试方法。目前两者之间尚无具有实用价值的转换关系。

二、隔声性能的测试方法

隔声性能一般针对的是建筑或建筑构件，所以也可以理解为建筑隔声。建筑隔声分为空气声隔声和撞击声隔声，空气声即建筑中经过空气传播的噪声，撞击声是在建筑结构上撞击而引起的噪声。隔声性能的测试有现场和实验室两种测试方法，具体可参考GB/T 19889.1-14等11个系列国家标准（如下图）。隔声性能的优劣可参考GB/T 50121-2005《建筑隔声评价标准》第5部分进行评价。