隔音材料的成分结构

凡是能用来阻断噪音的材料，统称为隔音材料。隔音材料五花八门，日常人们比较常见的有实心砖块、钢筋混泥土墙、木板、石膏板、铁板、隔音毡、纤维板等等。 严格意义上说，几乎所有的材料都具有隔音作用，其区别就是不同材料间隔音量的大小不同而已。同一种材料，由于面密度不同，其隔音量存在比较大的变化。 隔音量遵循质量定律原则，就是隔音材料的单位密集面密度越大，隔音量就越大，面密度与隔音量成正比关系。

隔音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。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，从而降低隔音效果。产生吻合效应的频率fc为：

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

式中 ρ 、 σ 、e分别为隔层材料的密度、泊松比和杨氏模量，h是隔层厚度。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音效果变差。一般这一频率范围发生在中高频。从质量定律知道，中高频隔音量较大，除了内阻尼很小的金属板外，因吻合效应使中高频隔音量降低的现象，不会引起很大的麻烦。

不透气的固体材料，对于空气中传播的声波都有隔音效果，隔音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。以单位面积考虑，透射到右面空间的声能与入射到隔层上的声能之比称透射系数 τ 。定义无限大隔层材料的传递损失(也称透射损失)tl：

tl=101g1/ г ⑦

上述简单情况下可计算得到传递损失近似为：

tl=20lg ω ms/2 ρ oco (db) ⑧

式中 ω=2πf 为圆频率，ρ0 、c0为空气的密度和声波传播速度。tl的大小表示材料的隔音能力。⑧式的一个重要特点，即材料单位面积质量增加一倍，则传递损失增加6db。这一隔音的基本规律称 “ 质量定律 ”，也就是说隔音靠重量。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，隔音效果都比较好。⑧式也表明，单层隔音的高频隔音好，低频差。频率每提高一倍，传递损失就增加6db。

需要说明的是：传递损失tl是隔层面积为无限大时的理论“ 隔音量 ”，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 “ 隔音量 ” 与⑦式所表示的传递损失有差别。既有因边缘接近于固定而增大隔音能力，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音效果降低的现象。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音量(只能称声级差)更不能以该隔层的传递损失来代表。

双层隔音结构

根据质量定律，频率降低一半，传递损失要降6db；而要提高隔音效果时，质量增加一倍，传递损失增加6db。在这一定律支配下，若要显著地提高隔音能力，单靠增加隔层的质量，例如增加墙的厚度，显然不能行之有效，有时甚至是不可能的，如航空器上的隔音结构。这时解决的途径主要是采用双层以至多层隔音结构。

双层隔音结构，单位面积质量分别为m1、m2，中间空气层厚度为l。双层结构的传递损失可以进行理论计算，结果比较复杂，在不同频率范围可以得到不同的简化表示，这里只作定性介绍。

两个隔层与中间空气层组成一个共振系统，共振频率为fr(m的单位为kg/m2，l的单位为m)：

fr=60/√m1m2l/(m1+m2) ⑩

在此共振频率附近，隔音效果大为降低。不过对于重墙来说，此频率已低于可闻频率范围。例如m1为半砖墙250kg/m2，m2为一砖墙500kg/m2，空气层厚度0?5m，这时共振频率在7hz左右。

对于轻结构双层隔音，共振频率可能落在可闻频率范围内，例如两层铝板分别为5?2kg/m2和2?6kg/m2，中间空气层5cm，可计算出共振频率约为200hz。这时应在两板间填塞阻尼材料，以抑制板的振动。一般若用薄钢板做双层隔音结构时，钢板上都涂好阻尼层来抑制钢板的振动。

在共振频率fr以下，双层隔音的效果如同没有空气层的一层(m1+m2)的隔音效果；在fr以上一段频率范围，双层隔音效果接近于两个单层隔音的传递损失之和；在更高的频率，当空气层厚度l为四分之一波长的奇数倍时，双层隔音效果相当于两个单层的传递损失之和再加6db，l为波长的偶数倍时，双层隔音效果相当于两个单层合在一起的传递损失再增加6db，在其它频率，传声损失在这两个值之间。所以在总体上，当频率大于fr时，双层隔音结构显著地提高了隔音效能。

一般双层隔音结构的两层，不用相同厚度的同一种材料，以避免这两层出现相同的吻合频率。

在设计和施工中要特别注意，两层之间不能有刚性连接。破坏了固体 —— 空气 —— 固体的双层结构，把两层固体隔层由刚性构件相连，使两个隔层的振动连在一起，隔音量便大为降低。尤其是双层轻结构隔音，相互之间必须相互支撑或连接时，一定要用弹性构件支撑或悬吊，同时注意需要分割的两个空间之间，不能有缝或孔相通。“漏气”就要漏声，这是隔音的实际问题。