室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)中新材料應(yīng)用實(shí)踐

倪謙 張三明 王芳瑩

（1 寧波大榭工程建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315812；2 浙江大學(xué)建筑技術(shù)所，浙江 杭州 310058）

吸聲材料按照吸聲機(jī)理可分為多孔吸聲材料和共振吸聲材料。一般吸聲材料在6 個倍頻程下（125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz）的平均吸聲系數(shù)大于0.2，平均吸聲系數(shù)大于0.56 的材料稱為高效吸聲材料。

自上個世紀(jì)20-30年代有聲電影傳入我國以來，吸聲材料便逐漸在國內(nèi)的電影院、錄音棚和電臺播音室中得以應(yīng)用。隨后，由于60年代噪聲對環(huán)境的污染受到人們的高度關(guān)注，許多具有高強(qiáng)度、防潮、耐水、不燃、抗凍等優(yōu)良性能的新型吸聲材料和吸聲體便應(yīng)運(yùn)而生，例如微穿孔板和金屬吸聲材料等。

近年來，隨著建筑產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和國民生活品質(zhì)的逐步提高，建筑室內(nèi)吸聲材料迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。在室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)中，理想的新型材料不僅需要有良好的吸聲性能，而且應(yīng)是美觀且衛(wèi)生環(huán)保的。同時(shí)，根據(jù)建筑功能的不同，還會有些針對性的要求，例如用于公共建筑玻璃頂棚上的吸聲材料，應(yīng)具有良好的透明性和防火性。

1 阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉

傳統(tǒng)的無機(jī)纖維吸聲材料主要包括玻璃棉、礦棉、巖棉等，它們在施工安裝過程中會產(chǎn)生粉塵，釋放甲醛，刺激皮膚，不僅污染環(huán)境，也會侵害人體健康。為了克服此類缺點(diǎn)，近年來研制開發(fā)了新型吸聲材料：阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉（圖1）。它由麻纖維和ES 纖維經(jīng)過無膠工藝壓制而成，表觀密度20-40kg/m3。除了良好的聲學(xué)功能、保溫隔熱性能和阻燃防火性能外，其最大的優(yōu)勢在于環(huán)保衛(wèi)生，不會產(chǎn)生甲醛等污染。

阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉按吸聲機(jī)理劃分，屬于纖維類多孔吸聲材料，預(yù)計(jì)在中高頻有較好的吸聲效果，浙江大學(xué)建筑技術(shù)所采用混響室法對其聲學(xué)性能進(jìn)行了測試。混響室長7.70m，寬6.90m，高4.54m，容積：217m3，總表面積253.7m2，檢測時(shí)環(huán)境溫度（12±1）℃，相對濕度（72±1）%。混響室頂及兩個相鄰墻面為擴(kuò)散面。檢測樣品尺寸為：1200×600×50（mm），數(shù)量共15 塊。為防止側(cè)向邊緣吸聲，試件四周以木工板封邊。

由測試結(jié)果可以看出，50mm 厚阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉的吸聲性能優(yōu)良，200Hz 以上吸聲系數(shù)在0.8 左右，且吸聲特性曲線較為平直（圖2）。

圖1 阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉（作者自攝）

圖2 阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉吸聲特性（作者自繪）

劇場、音樂廳、會堂、體育館等觀演建筑及其它一些聲學(xué)廳堂的裝修中，均可采用阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無機(jī)纖維吸聲材料，在滿足聲學(xué)需求的同時(shí)，避免對施工人員和使用者的健康造成傷害。另外阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉在壓制時(shí)，可通過增加密度，制成透聲裝飾薄板，厚度在8-12mm，可作為吸聲結(jié)構(gòu)的面板。目前，阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉已經(jīng)開始在一些重要工程中得到應(yīng)用，例如南京三寶多功能廳（圖3），其休息廳墻面構(gòu)造為50mm 空腔加50mm 阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉，外附10mm 吸聲棉板面層（圖4）。該項(xiàng)目自2014年完工至今，休息廳內(nèi)美觀大氣的裝飾效果和良好的語言清晰度獲得眾多使用者的肯定。

圖3 阻燃植物纖維環(huán)保吸聲棉吸聲結(jié)構(gòu)構(gòu)造（作者自繪）

圖4 南京三寶多功能廳休息廳（作者自攝）

2 微孔砂環(huán)保吸音板

傳統(tǒng)的多孔吸聲材料大都不能直接用作面層，可作為裝飾面的吸聲板通常也存在拼縫，穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)由于大量孔洞的存在，也影響裝飾面的完整性，難以滿足室內(nèi)裝飾對整體性的需求，即難以做到吸聲結(jié)構(gòu)表面無孔和無縫。以天然砂為原料，通過聚合工藝制成的微孔砂環(huán)保吸音板表面平整細(xì)膩，可進(jìn)行大面積無縫密拼，表面透聲膩?zhàn)诱移胶笞鋈槟z漆面層，或直接噴透聲面層，也可根據(jù)設(shè)計(jì)師的要求，任意選擇表面顏色，做出無縫隙、無穿孔的吸聲結(jié)構(gòu)，以滿足對裝飾面平整性要求高的場合需求，如歐式造型的吊頂?shù)?。由于原材料及其成型特點(diǎn)，該產(chǎn)品具有優(yōu)良的物理特性（表1）。

表1 微孔砂環(huán)保吸音板物理性能

微孔砂環(huán)保吸音板的制造工藝是將無機(jī)硅溶劑施涂于砂礫表面，使砂礫外層之間發(fā)生一種溶融再固化反應(yīng)，砂礫聚合擠壓在一起時(shí)，會形成大量的、不規(guī)則的、相互連通的微小孔隙（圖5）。在聚合工藝中，砂粒粒徑與聚合方式均可調(diào)控，進(jìn)而確定了內(nèi)部空隙的大小及排列方式。砂粒稀疏、空隙通暢則流阻較??；砂粒密實(shí)、空隙迂回曲折則流阻較大。適當(dāng)?shù)牧髯杩烧{(diào)控微孔砂吸音板中、高頻的吸聲性能，由此產(chǎn)生出各種不同流阻與吸聲特性的微孔砂吸音板，分別為高頻型、中頻型和低頻型。板后空腔可調(diào)控低頻吸聲性能，通過不同的流阻與空腔的組合，可實(shí)現(xiàn)高、中、低的不同頻率吸聲設(shè)計(jì)要求[2]。通過混響室法測得，在板后填充10mm 多孔吸聲材料并留50mm 空腔時(shí)，高頻型在500Hz 以上有良好的吸聲性能，吸聲系數(shù)在0.9 左右，而在250Hz-400Hz 之間則比中頻型略差。當(dāng)遇到需要做低頻率吸聲的場合時(shí)，可以使用低頻型微孔砂環(huán)保吸音板，并在面板后留較厚的空腔（圖6）。

圖5 微孔砂吸音板表面放大（網(wǎng)絡(luò)圖片）

在浙江美術(shù)館開幕大廳聲環(huán)境改造項(xiàng)目中，由于業(yè)主要求不能改變原裝修效果，即改造后的吊頂與原先石膏板乳膠漆吊頂一致，無縫、無孔，為一個整體，因此，選擇恰當(dāng)?shù)奈暡牧霞拔暯Y(jié)構(gòu)成了此次改造的關(guān)鍵。最終選擇微孔砂環(huán)保吸音板作為吊頂吸聲結(jié)構(gòu)的主要材料（圖7），不僅有效降低室內(nèi)混響時(shí)間，也滿足了業(yè)主的裝飾裝修要求，完工后吊頂裝飾效果良好（圖8）。

圖6 微孔砂吸音板吸聲特性（作者自繪）

圖7 微孔砂板釘板過程（作者自攝）

圖8 微孔砂板應(yīng)用效果（作者自攝）

圖9 微孔砂吸音板吊頂構(gòu)造（作者自繪）

3 透明微穿孔板（膜）

對于大面積采用玻璃幕墻或頂?shù)慕ㄖ?，為了控制室?nèi)混響時(shí)間，往往需要在透明玻璃幕墻或頂上做吸聲。然而，目前市面上絕大多數(shù)多孔吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)都是非透明的，普通的透明共振吸聲結(jié)構(gòu)聲阻小，吸聲頻帶窄，很難在不填充多孔吸聲材料的前提下滿足在較寬頻率范圍內(nèi)有效吸聲。透明微穿孔板（膜）是在透明薄板（膜）上穿以孔徑小于1.0mm 的微孔，穿孔率在l%～4%之間，后部留有一定厚度的空氣層的吸聲結(jié)構(gòu)。按照相同原理，也可做成雙層微孔板（膜）吸聲結(jié)構(gòu)（圖10）。由于在板間或板后空腔內(nèi)無需襯墊多孔纖維吸聲材料，因此不怕水和潮氣，不霉、不蛀、清潔無污染[3]。

透明微穿孔板（膜）吸聲系數(shù)及吸聲頻帶寬度要優(yōu)于常規(guī)的穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，穿孔率越?。ㄔ趌%～4%范圍內(nèi)），越有利于提高中低頻的吸聲系數(shù)[4]。在混響室中測得，穿孔率相同的情況下，按照空腔厚度、類型的不同，吸聲性能優(yōu)劣為：50+50mm 雙層空腔＞100mm 空腔＞50mm 空腔。單層微穿孔板墻面吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲系能，符合共振吸聲結(jié)構(gòu)原理，在共振頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)最大吸聲系數(shù)，吸聲性能基本隨著空腔厚度增加而增加，而且共振頻率也向低頻處移動。雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能要比優(yōu)于單層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能，而且出現(xiàn)兩個吸聲系數(shù)峰值，低頻處的峰值要比高頻處的峰值更高（圖11）。

圖10 透明微穿孔板（膜）構(gòu)造（作者自繪）

圖11 透明微穿孔板（膜）吸聲特性（作者自繪）

浙江美術(shù)館大廳墻面、地面為石材，頂為玻璃，大廳幾乎沒有一點(diǎn)吸聲，在改造前中頻混響時(shí)間7s，聲音清晰度很差。為改善美術(shù)館大廳聲環(huán)境，必須增加吸聲量，分析大廳現(xiàn)狀，可以增加吸聲量的部位很少，因此，確定在大廳頂部玻璃面做透明微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。

為了不破壞建筑原先的裝飾效果，此次改造在玻璃頂原有鋼支架上疊加龍骨，安裝透明微穿孔PC 膜。改造全部完成后，大廳中頻混響時(shí)間控制在1.6s 以內(nèi)，舉辦開幕活動時(shí)，由于觀眾及座椅吸聲，混響時(shí)間將更短，再配合合理的擴(kuò)聲系統(tǒng)，可以獲得良好的語言清晰度。圖12為浙江美術(shù)館開幕大廳改造完工后玻璃頂。

圖12 頂棚透明微穿孔膜應(yīng)用效果（作者自攝）

透明微穿孔板也可以做成屏風(fēng)式吸聲結(jié)構(gòu)，用于需要采光、觀景的場合（圖13）。

圖13 透明微穿孔膜吸聲屏風(fēng)（作者自攝）

4 專業(yè)高效吸聲簾幕

織物簾幕作為吸聲材料是一種古老而有效的吸聲措施，不僅對于中、高頻有良好的吸聲效果，而且能通過展開的程度來調(diào)節(jié)吸聲量。同時(shí)，由于其安裝自由、調(diào)節(jié)方便、裝飾性強(qiáng)，吸聲簾幕在室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)中曾得到廣泛應(yīng)用（圖14）。但是傳統(tǒng)紡織纖維材料的易燃性和易霉變的特點(diǎn)限制了它進(jìn)一步的發(fā)展。近年來，阻燃技術(shù)的出現(xiàn)解決了易燃性問題，合成纖維的產(chǎn)生以及織物抗菌處理技術(shù)的成熟也解決了易霉變的困擾。由此，專業(yè)高效吸聲簾幕便應(yīng)運(yùn)而生[5]。

通常，織物的低頻吸聲效果并不十分理想，500Hz 以下吸聲系數(shù)在0-0.3 之間。因此，專業(yè)吸聲簾幕在懸掛時(shí)需留空腔，或懸掛雙層，才能起到全頻吸聲的作用。以德國進(jìn)口的一款專業(yè)高效吸聲簾幕為例，該簾幕主要材質(zhì)為經(jīng)防火、抗菌處理的有機(jī)纖維，質(zhì)地較為厚重，面密度達(dá)560g/m2。在兩種不同懸掛方式下用混響室法測得其吸聲系數(shù)（圖15），從結(jié)果可見，在恰當(dāng)?shù)膽覓旆绞较拢瑢I(yè)吸聲簾幕在500Hz 以上吸聲系數(shù)較大且吸聲特性曲線平直，是較為理想的吸聲材料。

圖14 吸聲簾幕在教室中的應(yīng)用效果（網(wǎng)絡(luò)圖片）

圖15 專業(yè)吸聲簾幕吸聲特性（作者自攝）

5 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提升，室內(nèi)聲環(huán)境將受到越來越多的重視，為了建筑聲學(xué)與裝飾的完美統(tǒng)一，各具特點(diǎn)的新型吸聲材料將得到更廣泛的應(yīng)用。通過作者的實(shí)踐，新型吸聲材料的應(yīng)用，不僅創(chuàng)造了良好聲環(huán)境，同時(shí)使空間品質(zhì)得到了提升。