家庭影院低頻共振、吸音處理材料淺談
吸音材料和吸聲結構大致分為如下幾類:第一類是多孔吸音材料,包括纖維材料、顆粒材料和泡沫材料。這些材料品種規格最多,應用也最為廣泛。第二類是共振吸音結構,包括亥姆霍茲共振吸音器、穿孔板共振吸音結構、薄板共振吸音結構以及薄膜共振吸音結構。第三類是特殊吸聲結構,包括空間吸聲體、吸音尖劈等。此外還有由前兩類構建的復合吸聲結構。 轉載請注明出處,www.jokopic.com
吸音材料和吸聲結構分類不同,因而吸聲原理也不同。本節內容側重于介紹第二類共振吸聲結構,目的在于為處理低頻吸聲提供一些幫助。特別是對聲學小房間出現房間簡正模式簡并現象的時候,提供解決方案。在處理小房間低頻吸聲,特別是處理簡正模式簡并頻率吸聲過程中,國外在該技術領域發展情況值得我們借鑒。這就是低頻吸聲模塊化部件(一種復合吸聲結構)的出現,使低頻房間模式吸聲產品系列化,極大地方便處理小房間建筑聲學面所臨的問題。 http://www.jokopic.com/play-hometheater/4897.html
亥姆霍茲共振吸聲器 微信號:hdavcomcn
通常采用共振吸聲器(俗稱低頻陷阱)處理小房間聲學問題,也只是在房間房間內部尺寸長、寬、高的比例不太合理,而出現房間簡正頻率簡并的情況下的不得以的辦法。即便如此,也要針對簡并頻率設置共振吸聲器。某一頻率的共振吸聲器只能吸收該頻率附近的房間共振波,以降低聲染色現象。亥姆霍茲共振器通常實際上用于小控制室和演播室。大房間因需要太多的亥姆霍茲共振器就將要付出太多成本。容積大約42.5m3或更小的房間收效有限,是由于共振器相互之間的耦合降低其性能。使用本裝置是需要考慮到,在得到所期望的響應之前,由這些亥姆霍茲共振器裝置的使用(像幾乎所有無源低頻控制裝置那樣)最多可能會占用10%的房間容積。 微信號:hdavcomcn
單個亥姆霍茲共振吸聲器( Helmholtz Resona-tor)是一內部為剛性表面的密閉容器,借助于一個窄的異管與外面空氣連通。類似于一個具有減震的質量一彈簧組合由內部提供聲能的損耗。這是由于當聲波進入導管時,由于與管徑內空氣的摩擦阻尼作用使用聲波衰減。
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當入射聲波的頻率接近共振器固有頻率f0時,導管的空氣柱產生強烈振動,它類似于彈簧支持的振蕩。在此過程中由于克服摩擦阻力消耗聲能而轉換成熱能。亥姆霍茲共振吸聲器一個顯著的吸聲特點是其吸聲性能具有強烈的頻率選擇性。只有當聲波頻率處于共振器固有頻率fo附近時,具有較大的吸聲系數,而偏離該頻率fo的其他頻率吸聲性能開始逐漸下降,直到吸聲很小為止。 轉載請注明出處,www.jokopic.com
亥姆霍茲共振吸聲器fo頻率的最大吸聲量A
轉自laowoniu.com
影響亥姆霍茲共振吸聲器吸聲量的因素比較復雜,它涉及共振吸聲器的Q值大小,阻尼程度以及吸聲帶寬,甚至擺放位置等因素。最大吸聲量A作為估算亥姆霍茲共振吸聲器的效能,如果該頻率聲染色嚴重,則應考慮增加共振吸聲器的數量。從下表數據可以知道,共振頻率fo每增加一個倍頻程,該裝置的最大吸聲量降低4倍。這也為我們在不同頻率下考慮采用亥姆霍茲共振吸聲器的數量提供參考依據。 www.jokopic.com
亥姆霍茲共振吸聲器頻帶
以上所有計算都是在剛性共振腔體條件下進行的。在某些情況下,由于共振腔體的內部填充阻燃吸聲棉會發生熱力學的影響。作為吸聲材料的絕緣體吸收熱能,因此它有增加裝置的有效容積的效果。由絕緣體造成的有效容積的變化。它值的改變給出了一個可能的導管的長度范圍。
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1)慎用矩形木箱做這些共振吸聲器裝置
為了增加剛度以防止容器振動,強烈建議使用圓筒(管)造型。但是,如果內部填充阻燃玻璃棉纖維,可在一定程度上減輕矩形木箱體的振動。當然采用足夠厚度的鋼板就另當別論了。
2)關于裝置的放置條件
導管的開口與任何物體(如墻壁或地板)之間的距離至少是內部管子長度的兩倍,否則將阻礙空氣流通,降低吸聲效率。
3)關于裝置使用的頻率條件
入耳對聲音的響應與頻率有關。2000~4000Hz是人耳對聲音的最敏感頻率范圍,低于1000Hz頻率時,入耳對聲音的敏感程度隨頻率降低而降低。因此,一般小房間聲學設計中,揚聲器低頻下限頻率也就是40Hz附近,因此頻率低于40Hz的簡并波無須采用低頻共振器,即亥姆霍茲共振器通常用于40Hz以上頻率范圍小房間設計。下表在低頻需要吏大的聲壓級才能維持同一響度級,表中數據是五條等響度曲線50Hz以下頻率的對比。很顯然若獲得同樣響度20Hz所需的聲壓級大致要超過50Hz所需的聲壓級約20dB;要超過100Hz所需的聲壓級約30dBo這說明采用建筑聲學處理措施時,還需要考慮到入耳特性。
這樣可以降低聲學裝修成本。當然要求較高的音樂演奏廳堂,信源頻率更低,還要追求完美的聲學環境,增加一些投入也是必要的。
4)關于裝置使用的數量條件
需要根據房間簡正模式簡并情況以及所處諧振頻率來確定吸聲器的數量。如果具有使用ETF測量儀的條件,也可以通過增加或減少亥姆霍茲共振吸聲器的數量查看對測量瀑布圖“簡并波”諧振峰的影響效果來決定采用吸聲器的數量。只要諧振峰變得平緩,衰減時間明顯縮短就可以了。
綜上所述,亥姆霍茲共振吸聲器是處理小房間聲染色問題常常采用的一種解決辦法。
亥姆霍茲共振吸聲器構建材料
計算各類亥姆霍茲共振吸聲器的時候,就需要考慮如何建造它。
穿孔板共振吸聲結構
1.穿孔板共振吸聲結構
穿孔吸聲板結構吸聲原理
在金屬板、薄木板、水泥板、石膏板上穿以一定密度的圓孔,并在其后設置一定厚度的空氣層和適當的多孔吸聲材料,就構成了穿孔板吸聲結構。目前工廠已批量生產的中密度纖維穿孔板吸聲產品尺寸規格有2440×600×16,1200×600×16, 600×600 x16等種類。
穿孔板吸聲的機理是,當聲波進入小孔后便激發空腔內空氣振動,如果聲波頻章與該結氣層和適當的多孔吸聲材料,就構成了穿孔板吸聲結構。目前工廠已批量生產的中密度纖維穿孔板吸聲產品尺寸規格有2440×600×16,1200×600×16, 600×600 x16等種類。
穿孔板吸聲的機理是,當聲波進入小孔后便激發空腔內空氣振動,如果聲波頻率與該結構共振頻率(可將穿孔板吸聲結構理解為許多亥姆霍茲共振吸聲器的并聯)相同時,腔內空氣便發生共振,此時空氣質點與孔壁以及其后的多孔吸聲材料發聲劇烈的摩擦而轉化為熱損耗,聲能的消耗即引起吸聲作用,因而表現出較大的吸聲系數;而在其他的頻率上,孔中空氣質點的振動將減弱(失諧),吸聲系數較小。因此穿孔板結構的吸聲頻率特性表現出明顯的諧振特點。
穿孔板結構在諧振頻率附近有最大的吸聲系數,偏離共振峰越遠,吸聲系數越小??最i處空氣運動阻力越小,則吸聲頻率曲線越尖銳;反之,則較平坦。為了在較寬的頻率范圍內有較高的吸聲系數,可以在穿孔板后鋪設多孔性吸聲材料,來增加空氣運動的阻力。這樣做諧振頻率會向低頻移動,但通常偏移不超過一個倍頻程范圍,而整個吸聲頻率范圍的吸聲系數會顯著提高(吸聲系數??勺龅?.6似上)。
目前常常采用的一種防火FC穿孔吸聲板吸聲材料,是FC纖維水泥加壓板(硅酸鈣板)采用硅質、鈣質材料和纖維等有機、無機材料經先進生產工藝成型、加壓、高溫、高壓蒸養和特殊技術處理而制成的高科技產品,是一種集高強度、大幅面、輕質、防水、防火等優良性能的新型建筑吸聲板材。
2.微穿孔板吸聲結構
采用金屬薄板穿孔的孔徑很小時(通常采用0.8 mm),稱為微穿孔板??仔t周界與截面之比就大,孔內空氣與孔頸壁摩擦阻力就大,同時微孔中空氣粘滯性損耗也大。一般不再在微穿孔板后面鋪設多孔材料,它比未鋪吸聲材料的一般穿孔板結構具有較好的吸聲特性。最外一層微穿孔板穿孔率為2%,里面一層微穿孔板穿孔率為1%,兩層相距80mm,后空120mm。在250~1000Hz頻率范圍內具有較高的吸聲系數。這種吸聲結構的一大特點是能耐高溫、高濕和不產生粉塵污染。
薄板共振吸聲結構
用膠合板、纖維板、塑料板、石膏板、FC板或金屬板等具有一定彈性的薄板大面積的固定在木龍骨或輕鋼龍骨上以便使板后留有一定深度的空氣層(空腔),這樣板材與空氣層就組成一個共振吸聲結構。
當聲波傳來作用于薄板表面時,在聲壓的交變作用下引起薄板的彎曲振動。由于薄板和固定支點之間的摩擦和薄板內部引起的摩擦損耗,使振動的動能轉化為熱能,而使聲能得到衰減,從而消耗一部分聲波的能量達到吸聲的目的。不言而喻,在該系統的共振頻率附近它的吸聲系數最大。
通常其共振頻率多選在( 80~300Hz)這個范圍內作低頻聲吸收。一般在共振頻率附近的吸聲系數可達到到(0.2~0.5)。為了增加其吸聲系數,呵以在板與龍骨交接處放設一些像毛氈、軟橡皮、海棉條之類的柔軟材料,或在后空腔內填充一些多孔吸聲材料(玻璃纖維棉)。還有將板材做成半圓柱形的,以便使之同時起到將聲音向各個方向增加“擴散”的作用,這些在建筑工程中都有一些規范可循。
大面積的抹灰吊頂天花板、架空木地板、玻璃窗、薄金屬板燈罩等也相當于薄板共振吸聲結構,對低頻有較大的吸收。
幾種薄板共振吸聲結構的吸聲特性
綜上所述,共振吸聲結構主要解決中、低頻頻段的吸聲問題。在進行房間聲學裝修過程中,這些知識會對我們有所幫助。
低頻吸聲結構模塊化
為了處理小房間模式吸聲的方便,國外聲學設計者把低頻吸聲結構做成規格一致的吸聲模塊。盡管它們外形尺寸一樣,但是吸聲頻率可以不同。
在英國BBC研究部20世紀90年代初發布的《低頻吸聲結構的模塊化設計》報告中給出模塊化吸聲部件原型圖樣。其中側板和(底部)后板一定要采用膠合板。實驗表明,側板采用替代材料(如9mm厚的中密度纖維板)可能會產生一個我們不需要的吸聲峰值。
前面板為硬質纖維板和填滿礦棉的吸聲部件在一個混響室進行吸聲特性測量。測量中采用一批共計28個模塊吸聲部件。這批28模塊給出的總面積(當中心間距為600 mm時)約為10.1 ll12。低于125Hz的吸聲系數隨著頻率降低而增加,增加到峰值63Hz時然后下降于50Hzo該模塊實現了在低頻所需的吸聲。原型模塊測量還顯示了在200~500Hz范圍出現一個更低和更寬的吸聲峰值。
隨后美國RPG擴散系統公司開發了用于小房間建筑聲學處理的系列低頻吸聲部件。它們安裝、使用十分方便,幾乎涵蓋了小房間吸聲處理的所有低頻吸聲產品,這些稱為Modex系列的低頻吸聲產品包括:
(1)Modex寬帶吸聲板。尺寸:長1.Sm,寬Im,厚0.Im,處理63—4000Hz吸聲,壁掛式安裝。
(2) Modex吸聲板。尺寸:長1.Sm,寬Im,厚0. Im,處理400Hz以下吸聲,壁掛式安裝。
(3) Modex邊緣吸聲體。尺寸:高0.8m橫截面為直角梯形(邊長分別為0. 53m、0. 9m、0. 2m、0. 97m),處理500Hz以下吸聲,堆疊式安裝。
(4)Modex吸聲模塊。尺寸:長0.6m,寬0. 6m,厚0.18 m,壁掛式安裝0 7個諧振頻率的型號可供選擇:30Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz、125 Hz ±1/3 oct。
(5) Modex角型吸聲體。尺寸:高0.6m橫截面為直角三角形(邊長分別為o.6m、0.42m、0.42m),兩墻面相交墻角處安裝或墻面與天花板交角處安裝。3個諧振頻率的型號可供選擇:40Hz、63Hz、80Hz ±1/3 oct。
由此可見,低頻吸聲結構模塊化、部件化,外形尺寸單一化,安裝使用便捷化,是當代低頻吸聲產品發展的大趨勢。
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