室内音质设计中新材料应用实践

倪谦 张三明 王芳莹

（1 宁波大榭工程建设有限公司，浙江 宁波 315812；2 浙江大学建筑技术所，浙江 杭州 310058）

吸声材料按照吸声机理可分为多孔吸声材料和共振吸声材料。一般吸声材料在6 个倍频程下（125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz）的平均吸声系数大于0.2，平均吸声系数大于0.56 的材料称为高效吸声材料。

自上个世纪20-30年代有声电影传入我国以来，吸声材料便逐渐在国内的电影院、录音棚和电台播音室中得以应用。随后，由于60年代噪声对环境的污染受到人们的高度关注，许多具有高强度、防潮、耐水、不燃、抗冻等优良性能的新型吸声材料和吸声体便应运而生，例如微穿孔板和金属吸声材料等。

近年来，随着建筑产业的高速发展和国民生活品质的逐步提高，建筑室内吸声材料迎来了新的发展机遇。在室内音质设计中，理想的新型材料不仅需要有良好的吸声性能，而且应是美观且卫生环保的。同时，根据建筑功能的不同，还会有些针对性的要求，例如用于公共建筑玻璃顶棚上的吸声材料，应具有良好的透明性和防火性。

1 阻燃植物纤维环保吸声棉

传统的无机纤维吸声材料主要包括玻璃棉、矿棉、岩棉等，它们在施工安装过程中会产生粉尘，释放甲醛，刺激皮肤，不仅污染环境，也会侵害人体健康。为了克服此类缺点，近年来研制开发了新型吸声材料：阻燃植物纤维环保吸声棉（图1）。它由麻纤维和ES 纤维经过无胶工艺压制而成，表观密度20-40kg/m3。除了良好的声学功能、保温隔热性能和阻燃防火性能外，其最大的优势在于环保卫生，不会产生甲醛等污染。

阻燃植物纤维环保吸声棉按吸声机理划分，属于纤维类多孔吸声材料，预计在中高频有较好的吸声效果，浙江大学建筑技术所采用混响室法对其声学性能进行了测试。混响室长7.70m，宽6.90m，高4.54m，容积：217m³，总表面积253.7m2，检测时环境温度（12±1）℃，相对湿度（72±1）%。混响室顶及两个相邻墙面为扩散面。检测样品尺寸为：1200×600×50（mm），数量共15 块。为防止侧向边缘吸声，试件四周以木工板封边。

由测试结果可以看出，50mm 厚阻燃植物纤维环保吸声棉的吸声性能优良，200Hz 以上吸声系数在0.8 左右，且吸声特性曲线较为平直（图2）。

图1 阻燃植物纤维环保吸声棉（作者自摄）

图2 阻燃植物纤维环保吸声棉吸声特性（作者自绘）

剧场、音乐厅、会堂、体育馆等观演建筑及其它一些声学厅堂的装修中，均可采用阻燃植物纤维环保吸声棉代替传统的无机纤维吸声材料，在满足声学需求的同时，避免对施工人员和使用者的健康造成伤害。另外阻燃植物纤维环保吸声棉在压制时，可通过增加密度，制成透声装饰薄板，厚度在8-12mm，可作为吸声结构的面板。目前，阻燃植物纤维环保吸声棉已经开始在一些重要工程中得到应用，例如南京三宝多功能厅（图3），其休息厅墙面构造为50mm 空腔加50mm 阻燃植物纤维环保吸声棉，外附10mm 吸声棉板面层（图4）。该项目自2014年完工至今，休息厅内美观大气的装饰效果和良好的语言清晰度获得众多使用者的肯定。

图3 阻燃植物纤维环保吸声棉吸声结构构造（作者自绘）

图4 南京三宝多功能厅休息厅（作者自摄）

2 微孔砂环保吸音板

传统的多孔吸声材料大都不能直接用作面层，可作为装饰面的吸声板通常也存在拼缝，穿孔板吸声结构由于大量孔洞的存在，也影响装饰面的完整性，难以满足室内装饰对整体性的需求，即难以做到吸声结构表面无孔和无缝。以天然砂为原料，通过聚合工艺制成的微孔砂环保吸音板表面平整细腻，可进行大面积无缝密拼，表面透声腻子找平后做乳胶漆面层，或直接喷透声面层，也可根据设计师的要求，任意选择表面颜色，做出无缝隙、无穿孔的吸声结构，以满足对装饰面平整性要求高的场合需求，如欧式造型的吊顶等。由于原材料及其成型特点，该产品具有优良的物理特性（表1）。

表1 微孔砂环保吸音板物理性能

微孔砂环保吸音板的制造工艺是将无机硅溶剂施涂于砂砾表面，使砂砾外层之间发生一种溶融再固化反应，砂砾聚合挤压在一起时，会形成大量的、不规则的、相互连通的微小孔隙（图5）。在聚合工艺中，砂粒粒径与聚合方式均可调控，进而确定了内部空隙的大小及排列方式。砂粒稀疏、空隙通畅则流阻较小；砂粒密实、空隙迂回曲折则流阻较大。适当的流阻可调控微孔砂吸音板中、高频的吸声性能，由此产生出各种不同流阻与吸声特性的微孔砂吸音板，分别为高频型、中频型和低频型。板后空腔可调控低频吸声性能，通过不同的流阻与空腔的组合，可实现高、中、低的不同频率吸声设计要求[2]。通过混响室法测得，在板后填充10mm 多孔吸声材料并留50mm 空腔时，高频型在500Hz 以上有良好的吸声性能，吸声系数在0.9 左右，而在250Hz-400Hz 之间则比中频型略差。当遇到需要做低频率吸声的场合时，可以使用低频型微孔砂环保吸音板，并在面板后留较厚的空腔（图6）。

图5 微孔砂吸音板表面放大（网络图片）

在浙江美术馆开幕大厅声环境改造项目中，由于业主要求不能改变原装修效果，即改造后的吊顶与原先石膏板乳胶漆吊顶一致，无缝、无孔，为一个整体，因此，选择恰当的吸声材料及吸声结构成了此次改造的关键。最终选择微孔砂环保吸音板作为吊顶吸声结构的主要材料（图7），不仅有效降低室内混响时间，也满足了业主的装饰装修要求，完工后吊顶装饰效果良好（图8）。

图6 微孔砂吸音板吸声特性（作者自绘）

图7 微孔砂板钉板过程（作者自摄）

图8 微孔砂板应用效果（作者自摄）

图9 微孔砂吸音板吊顶构造（作者自绘）

3 透明微穿孔板（膜）

对于大面积采用玻璃幕墙或顶的建筑，为了控制室内混响时间，往往需要在透明玻璃幕墙或顶上做吸声。然而，目前市面上绝大多数多孔吸声材料和共振吸声结构都是非透明的，普通的透明共振吸声结构声阻小，吸声频带窄，很难在不填充多孔吸声材料的前提下满足在较宽频率范围内有效吸声。透明微穿孔板（膜）是在透明薄板（膜）上穿以孔径小于1.0mm 的微孔，穿孔率在l%～4%之间，后部留有一定厚度的空气层的吸声结构。按照相同原理，也可做成双层微孔板（膜）吸声结构（图10）。由于在板间或板后空腔内无需衬垫多孔纤维吸声材料，因此不怕水和潮气，不霉、不蛀、清洁无污染[3]。

透明微穿孔板（膜）吸声系数及吸声频带宽度要优于常规的穿孔板共振吸声结构，穿孔率越小（在l%～4%范围内），越有利于提高中低频的吸声系数[4]。在混响室中测得，穿孔率相同的情况下，按照空腔厚度、类型的不同，吸声性能优劣为：50+50mm 双层空腔＞100mm 空腔＞50mm 空腔。单层微穿孔板墙面吸声结构的吸声系能，符合共振吸声结构原理，在共振频率范围内出现最大吸声系数，吸声性能基本随着空腔厚度增加而增加，而且共振频率也向低频处移动。双层微穿孔板吸声结构的吸声性能要比优于单层微穿孔板吸声结构的吸声性能，而且出现两个吸声系数峰值，低频处的峰值要比高频处的峰值更高（图11）。

图10 透明微穿孔板（膜）构造（作者自绘）

图11 透明微穿孔板（膜）吸声特性（作者自绘）

浙江美术馆大厅墙面、地面为石材，顶为玻璃，大厅几乎没有一点吸声，在改造前中频混响时间7s，声音清晰度很差。为改善美术馆大厅声环境，必须增加吸声量，分析大厅现状，可以增加吸声量的部位很少，因此，确定在大厅顶部玻璃面做透明微穿孔板吸声结构。

为了不破坏建筑原先的装饰效果，此次改造在玻璃顶原有钢支架上叠加龙骨，安装透明微穿孔PC 膜。改造全部完成后，大厅中频混响时间控制在1.6s 以内，举办开幕活动时，由于观众及座椅吸声，混响时间将更短，再配合合理的扩声系统，可以获得良好的语言清晰度。图12为浙江美术馆开幕大厅改造完工后玻璃顶。

图12 顶棚透明微穿孔膜应用效果（作者自摄）

透明微穿孔板也可以做成屏风式吸声结构，用于需要采光、观景的场合（图13）。

图13 透明微穿孔膜吸声屏风（作者自摄）

4 专业高效吸声帘幕

织物帘幕作为吸声材料是一种古老而有效的吸声措施，不仅对于中、高频有良好的吸声效果，而且能通过展开的程度来调节吸声量。同时，由于其安装自由、调节方便、装饰性强，吸声帘幕在室内音质设计中曾得到广泛应用（图14）。但是传统纺织纤维材料的易燃性和易霉变的特点限制了它进一步的发展。近年来，阻燃技术的出现解决了易燃性问题，合成纤维的产生以及织物抗菌处理技术的成熟也解决了易霉变的困扰。由此，专业高效吸声帘幕便应运而生[5]。

通常，织物的低频吸声效果并不十分理想，500Hz 以下吸声系数在0-0.3 之间。因此，专业吸声帘幕在悬挂时需留空腔，或悬挂双层，才能起到全频吸声的作用。以德国进口的一款专业高效吸声帘幕为例，该帘幕主要材质为经防火、抗菌处理的有机纤维，质地较为厚重，面密度达560g/m2。在两种不同悬挂方式下用混响室法测得其吸声系数（图15），从结果可见，在恰当的悬挂方式下，专业吸声帘幕在500Hz 以上吸声系数较大且吸声特性曲线平直，是较为理想的吸声材料。

图14 吸声帘幕在教室中的应用效果（网络图片）

图15 专业吸声帘幕吸声特性（作者自摄）

5 结语

随着科技的发展和人们生活水平的提升，室内声环境将受到越来越多的重视，为了建筑声学与装饰的完美统一，各具特点的新型吸声材料将得到更广泛的应用。通过作者的实践，新型吸声材料的应用，不仅创造了良好声环境，同时使空间品质得到了提升。