新型绿色环保装备、材料在声学设计与噪声控制工程中的应用

                吕玉恒 冯苗锋 王兵

摘要：近年来国内开发或引进国外的、用于建筑声学和噪声控制领域的新型绿色环保材料颇多。本文侧重介绍本世纪以来新型吸声材料、隔声材料、隔振器件、阻尼材料的性能、规格、特点及其在噪声控制和厅堂音质控制中的应用。

关键词：新型、绿色、环保、材料、装备应用

     1.概况

     随着国民经济的高速发展以及人们生活水平的日益提高，要求创建一个文明、舒适、安全、安静的生活环境和工作环境，而工业噪声、交通噪声、施工噪声和社会生活噪声污染已引起各级政府的高度重视，作为环境保护噪声控制专业人员，应通过努力控制噪声污染。

     众所周知，降低噪声影响有三个途径，第一是在声源上控制噪声，设计选用低噪声产品；第二是在噪声传播途径上采取隔声、吸声、消声、隔振、阻尼减振等措施，降低噪声影响；第三是对接受者采取个人防护措施。但不论采取何种措施，最终都要落实在设备和材料上，开发或应用符合环保要求的新型材料和结构，是人们追求的目标之一。在以往的声学手册上或噪声控制设备材料选用手册上已列出过许多材料和结构，基本可以满足市场需求。本文侧重介绍本世纪以来国内开发或引进发达国家的新型环保吸声、隔声、阻尼材料以及隔振器件。

     2.环保型材料的基本要求

     ①作为环保型吸声材料，其吸声性能应优良，吸声系数或降噪声系数应大于0.2，才称得上是吸声材料，吸声系数越高，其性能越好。

     ②作为环保型隔声材料，其隔声性能应优良，隔声量应大于20dB(A)，隔声量越高，其性能越好。

     ③环保型隔声、吸声、阻尼材料，在生产、储运、安装，使用过程中不污染环境，可回收利用，不产生二次污染，对人无害。

     ④环保型材料还应满足防火要求，防潮、防水、防霉、防蛀、防老化、经久耐用；

     ⑤施工安装方便，加工性好，符合装饰要求，价格适中，性价比优。

     3.几种新型吸声材料

     3.1 多孔氧化铝纤维吸声板

     上海某公司从国外引进先进技术和材料，生产“鸿韵牌”多孔氧化铝纤维吸声板，已获国家生产制造专利。该型吸声板在生产、使用、回收过程中均不会对环境产生污染，是一种新型环保绿色产品。目前可提供的规格有600×1200mm、600×1500mm、600×2000mm、1000×1500mm、1000×1800mm、1000×2000mm、厚度为0.8～2.0mm，超薄极轻，面密度为1.3～3.2kg/m2。后部空气层（空腔）为50mm的话，降噪系数NRC为0.7；空气层厚度为100mm，NRC为0.74；空气层厚度为150mm，NRC为0.79。抗拉强度纵向为60～95Kg/cm2，横向为420～530Kg/cm2。吸声板材料用纯铝金属制成，不含粘结剂。适合室内外各种环境下使用，防静电，耐候性优良，加工性好。广泛应用于建筑声学领域，可用它来控制音质，在音乐厅，剧院、多功能厅、播音室、歌舞厅、演播厅、体育馆、候机大厅、展览馆、大型商场、酒店大堂等处安装该型吸声板，装饰效果好，可取得最佳混响时间值。在噪声控制工程中，特别适用于精密仪器装配间，电子车间、计算机房，食品医药生产厂房、地铁隧道等处吸声降噪。近年来在高架道路、高速公路、轨道交通等大型隔声吸声屏障上大量使用，效果良好。在冷却塔、热泵机组、变电站等吸声降噪以及消声器中也广泛使用这种材料。

     3.2 泡沫铝吸声板

     上海某公司生产的ZHB型泡沫铝吸声板是国内研发成功并大量生产的一种新型、环保、高科技吸声材料，其性价比优于国内外同类产品，已获得新型专利证书。

     ZHB型泡沫铝主孔径为0.9，1.6，2.5mm，常用规格为1.6mm，孔隙率为60％～80％，通孔率为85％～95％，体积密度为0.5～１.1g/cm3，属不燃性材料(A级)，抗压强度为8.61Mpa，搞弯强度为8.06 Mpa，抗拉强度为3.41 Mpa，电磁屏蔽效能为40～55dB。标准规格长×宽×厚为500×500×8mm，当空气层厚度(空腔)为100mm时，降噪系数NRC为0.64。空气声计权隔声量Rw为28dB。吸声隔声性能稳定。经喷水试验和积尘试验，对吸声性能影响不大。

     泡沫铝板由铝合金压铸成型，破损后可全部回收利用，无二次污染。耐候性、耐蚀性、抗老化优良，经得起风吹、日晒、雨淋。表面可涂覆不同色彩、装饰性好，表面可清洗。可钻、可锯、可铆接、可插接、加工性好、安装方便。已广泛应用于建筑声学的室内吸声。在城市轻轨、高架道路、交通干线、高速公路、地铁、高架桥、冷却塔、混凝土搅拌站等场所作为声屏障的主要吸声隔声材料，可用于各种动力站房的吸声以及洁净消声器的消声结构。

     3.3 PML—725泡沫铝

     洛阳某研究所自主开发的PML—725型大孔隙率泡沫铝也是一种多孔轻质吸声材料，它由互通的不规则的气泡和铝隔膜组成，容重仅为0.25～0.45Kg/cm3，其重量约为纯铝的1/5，钢铁的1/30，木材的1/4，吸声性能良好，平均吸声系数为0.50。泡沫铝与其它材料复合，可以提高其隔声量。泡沫铝是刚体，可以直接作为吸声板使用。目前最大规格为600×600mm，厚度为8～200mm，标准规格为600×600×10mm，表面可着不同颜色，抗老化性和耐热性好，防潮、防水、兼有电磁屏蔽性能，遇火不挥发有毒有害气体，受到污染后可清洗。可切割，钻孔、弯曲，加工性能良好，现场施工安装十分方便。

     泡沫铝两面可粘结铝，钢、钛等薄板，制成夹层板，是一种轻质而又有较高强度的板材。适合于工厂、矿山、公路、铁路、隧道等作为材料使用，也可作为火车、建筑物的地板、墙面、顶棚隔声吸声材料，作为家具板材。它既可作为室内装饰吸声材料，也可作为室外道路声屏障的吸声材料，已在舰船的各种舱室内广泛使用。

     3.4 微穿孔板吸声体

     微穿孔板吸声体是中国科学院资深院士、声学泰斗马大猷教授的新贡献。在板厚小于1.0mm的薄板上，穿以孔径小于1.0mm的微孔，穿孔率1～５％，在微孔板后面留有一定的空气层（空腔），这样就构成了微穿孔板吸声结构。微穿孔板具有足够的声阻，不必在微穿孔板后部再装填吸声材料。值得指出的是，如果把微穿孔板实贴在墙壁上（即空腔为０），由于不能形成共振结构，此时也就没有吸声作用。微穿孔板吸声体的吸声特性，可按马大猷教授给出的公式进行理论计算，吸声体的共振吸声频带较宽。吸声体结构简单，不需要另加多孔性吸声材料。微穿孔板可以是金属板（例如铝板、钢板、彩钢板、不锈钢板等），也可以是非金属板(例如聚合板、聚合膜、纤维织物等)，应用较多的是铝合金微穿孔板。金属微穿孔板强度高、韧性好、不易破损、可加工成各种造型，具有防火、不燃、不吸水、不怕潮、不霉、防蛀、不吸尘灰、无污染，耐高温、能承受高速气流的冲刷等优点。

     金属微穿孔板吸声体适用于厅堂音质控制混响时间和消除回声与声聚焦等音质缺陷，可用于影剧院、多功能厅、报告厅、会议室、播演室、录音室、体育馆，特别适用于湿度较大的游泳馆、水族馆等。同时也适用于噪声控制工程中的通风空调系统消声器，对洁净度要求较高的食品、医药、精密仪器加工、医院手术间等尤其适用。用金属微穿孔板与隔声板组成的隔声吸声屏障，不仅可用于高噪声厂房内吸声降噪，而且更适合于城市轻轨、高架道路、高速铁路、磁悬浮列车、露天变电所、冷却塔等噪声治理。

     为了扩展微穿孔板吸声体的吸声频段，可采用双层或多层微穿孔板复合结构，两层微穿孔板间留有不等距空腔，这样，它就具有2个或3个共振频率，从而大大扩展了吸声频带宽度。也有的采用组合微穿孔板吸声体，在同一块板上穿以两种以上不同孔。例如在板材厚度为0.5mm铝板上，分别穿以Ф0.6mm和Ф0.4mm两种孔径，空腔为40mm和100mm，其降噪系数NRE约为0.60和0.70。

     近年来新开发了一种超微孔吸声体，它是利用厚度为0.1～0.2mm的塑料薄膜(可以是聚脂、聚碳酸酯及聚乙烯薄膜)穿以Ф0.2mm的微孔，孔心距为2.0mm，面密度为0.14kg/m2。其特点是透明、超薄、极轻、不吸水、耐潮湿，安装灵活方便。德国已有装在玻璃窗上的薄膜吸声体产品，称为“麦克绍尔”。上海申华公司专门生产各种微穿孔板，也生产这种超微孔吸声体，并已将其用于消声通风窗上。当选用薄膜厚度为0.105mm，孔径为Ф0.21mm，孔心距为2.0mm，面密度为0.14Kg/m2，膜与玻璃间的距离为50mm，其降噪系数NRC为0.60。中高频吸声系数较高，低频吸声系数较低，这是由于膜为悬空吊挂，四周未密封，未形成共振吸声。超微孔吸声体可应用于录音室、演播厅的音响控制室等大面积观察窗上，也可做成各种吸声体悬挂于需要吸声的酒店大堂、餐厅、娱乐场所，游泳馆，展览馆、商场等处，新颖活泼，可以降低混响声，使环境变得更优美，更安静。

     3.5 木质吸声板

     近年来广洲吉泰，广洲五羊艺冠、北京盛通、上海皓晟等多家建筑材料有限公司生产的木质吸声板，虽然名称不同，但结构形式，用料等基本相同。均是利用刻姆霍兹共振吸声原理，将木条，木板穿孔板，吸声无纺布，吸声棉等复合成木质装饰吸声板，广泛用于建筑声学和噪声控制领域。

     木质吸声板的芯材是15或18mm厚经过特殊处理的高密度，防潮，防霉的木板材，在其背面粘贴吸声无纺布。标准吸声板条宽度为128mm，板长2440mm，可吊挂于顶棚下面，也可以钉装于侧墙上。当只用18mm厚木板材，穿孔率为12%，穿孔板后面粘贴一层吸声无纺布，空腔为20mm，其降噪系数NRC为0.63。吸声频带较宽，从160HZ～4000HZ，吸声系数均大于0.60。当用18mm厚木板材，穿孔率为7%，穿孔板后面贴一层吸声无纺布，空腔为200mm，空腔内填装50mm厚玻璃棉吸声材料，其降噪系数NRC高达0.91。

     木质吸声板可制成槽木吸声板，孔木吸声板，立体型扩散吸声板等多种型式，防火等级为B1级。木质吸声板具有隔热、防尘、不改性、不腐烂等特点，吸声性能优，强度高，装饰性好，施工安装方便，环保，顺应现代装饰回归自然，崇尚木质感觉的潮流，深受建筑师、装璜设计师的欢迎。

     3.6 木丝吸声板

     木丝吸声是用木材制成木丝，经化学浸渍稳定处理后，木丝表面浸有水泥浆，再加压制成木丝板，俗称万利板。我国很早就生产这种材料，后因材料短缺而停产多年，但国外一直在研究改进。奥地利合睿公司生产的镁木丝吸声板，是利用长纤维木丝，经与天然菱镁矿粉结合，经高温高压处理而制成细纹木丝吸声板、微孔饰面木丝吸声板，标准规格为600×600mm，600×1200mm，板厚为15、25、35mm，表面可做成多种色彩，满足室内装饰美观要求。降噪系数NRC为0.5～０.7。价格低廉，安装方便，是工业和民用建筑中广泛应用的一种吸声、隔声、保温、隔热的环保型材料。

     3.7 三聚氰胺吸声泡沫塑料

     由河南和北京某公司开发的“绿寰宇”牌三聚氰胺吸声泡沫塑料，填补了国内空白。它是一种低密度、高开孔率、柔性的泡沫塑料，具有卓越的阻燃性、吸声性和隔热性，在噪声控制和厅堂音质控制中，具有广阔的应用前景。

     作为泡沫塑料吸声材料，首要的是高阻燃性。三聚氰胺泡沫塑料，无需添加阻燃剂即可达到德国标准DIN4102B1级高阻燃标准要求。接触明火后在燃烧体的表面形成致密的焦碳层，从而阻滞燃烧，无流滴，无毒性气体释放，烟密度＜15，离火即熄。

     三聚氰胺泡沫塑料吸声性能优良，其开孔率达95%，容重极轻（4~12Kg/m3），是目前最轻的泡沫塑料。当密度为5Kg/m3，厚度为50mm，贴实，在500Hz～8000Hz，吸声系数均在0.85以上，中高频吸声性能特别优良。

     三聚氰胺泡沫塑料在–165℃～400℃工作温度下，无分解和变形现象，无毒，卫生安全，具有独特的化学稳定性，满足国家关于室内装饰、日用品以及交通工具降噪的环保绿色安全卫生标准要求。标准尺寸为600×600×500mm，2500×1200×500mm，可按用户要求切割成不同形状的吸声体，可吊挂于体育场馆、影剧院、演播厅等处，也可制成吸声尖劈安装于消声室内，还广泛应用于汽车、火车、飞机等领域作为吸声材料和填充材料。

     3.8 泡沫陶瓷吸声板

     由武汉某研究设计院开发的泡沫陶瓷吸声板具有自主知识产权，是一种新型环保声学材料。吸声泡沫陶瓷是将无机原料、有机高分子原料和纳米硅酸盐原料通过化学键合技术复合而成，具有三维连通网状结构，开孔率高，吸收声波能力强，耐气候变化，能承受野外长年风吹、日晒、雨淋、耐酸雨冲刷、耐寒抗冻，有抑制灰尘粘附，消除光线反射和自动排泄积水等作用，受潮不霉变，受振动不散落飘尘，是一种不产生二次污染的环保声学材料，已获国家发明专利。

     泡沫陶瓷吸声板开口孔隙率为78~83%，密度为400~500Kg/m3，材料厚度为30mm，后留100mm空腔，250~4000Hz吸声系数平均值为0.8。泡沫陶瓷吸声板适合于室内、室外使用，可安装于室内侧墙上，可吊挂于顶棚下面。标准规格为600×600×30(20)mm。广泛应用于体育场馆、影剧院、多功能厅、琴房、音乐教室等音质控制房间，也可应用于地下建筑、隧道、地铁、各种动力站房吸声处理，在道路声屏障方面应用更为广泛。

     3.9 泡沫玻璃

     杭州某公司生产的泡沫玻璃以废旧玻璃为原料，经发泡、成型、压制、切割而制成定型产品，是一种比较理想的绝热材料、吸声材料。具有隔热、隔湿、隔声、吸声、不燃烧、不老化、不腐蚀、不怕虫蛀和鼠害、容重轻（145～160Kg/m3）、易施工、尺寸稳定、使用温度宽(-200～４00℃)等特点.标准规格600×450×100mm.当将100mm厚泡沫玻璃贴实于墙上，其降噪声系数NRC为0.40。泡沫玻璃可用于室内吸声，尤其适合于游泳馆、水族馆、地铁、隧道内吸声，也可用于道路声屏障的吸声。

     3.10 吸声无纺布

     德国桑迪斯（Soundtex）吸声无纺布厚度约为0.2mm，可直接贴于穿孔板后面，穿孔孔径为Ф3mm，穿孔率20％，后部空腔400mm，其降噪系数NRC达0.75。将吸声无纺布贴于铝合金穿孔板后面，穿孔板孔径为Ф2.8mm，穿孔率18％，空腔为400mm，降噪系数NRC为0.75。这样的吸声效果与厚度为40mm，密度为60 Kg/m3玻璃棉吸声材料置于穿孔板后面测得的降噪系数相当，也就是说，一层0.2mm厚的吸声无纺布可以替代40mm厚纤维性吸声材料，而且不污染环境。作者在许多大型厂房的满铺吸声吊顶上采用铝合金穿孔板后面只贴一层吸声无纺布，替代常规的穿孔板后面贴玻璃丝布，再放50mm厚吸声玻璃棉的做法，取得了满意的降噪效果。

     4. 几种新型隔声材料

     4.1 FC和NAFC隔声板

     吴江某公司生产的FC纤维水泥加压板（含石棉）与NAFC板（不含石棉）是国内唯一用万吨压机压制而成的高强度水泥加压板。其特点是大幅面、高强度、防火、防水、隔声，可用于内墙板、外墙板、吊顶板、屋面板、通风道板、地下工程用板等。FC和NAFC板的主要规格长×宽×厚为3000×1200×（4～40）mm，2440×1220×（4～30）mm，2400×1200×（4～40）mm。FC板横向抗折强度为28N/mm2，纵向抗折强度为20N/mm2，抗冲击强度为2450J/mm2，吸水率17％，密度大于1.8g/cm3，耐火极限77min（6mm厚复合墙体），双层6mm厚复合墙体隔声指数为50dB。FC板和NAFC板表面可喷、可贴、可涂各种饰面材料，施工便捷，可钻、可锯、可切割、可钉钉子，使用范围十分广泛，已出口日本、东南亚等国。

     4.2 PC板

     PC板又称聚碳酸酯耐击板，国内多家引进国外设备进行生产。PC板具有耐冲击、打不破、阻燃、绝缘、重量轻、可冷弯曲加工、可切、可钻孔、可锯、透光、耐候性强、耐低温、适合室内外使用等特点，可采用嵌入法、螺钉固定法、粘结法等方法安装。作为装饰材料主要用于建筑物的隔声墙、隔声采光天窗、广告牌、停车库等。作为隔声降噪材料主要用于高速公路、高架道路、轻轨等隔声屏障，也可用于透明隔声室、隔声罩、银行透明隔声窗等。上海内环线高架道路上设置的声屏障大量使用了PC板。

     PC板厚度为1、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0mm，宽度1100mm，长度不限。其密度为1.2g/cm3。6mm厚PC板平均隔声量（100Hz～3150Hz）为21.5dB，隔声指数为24 dB。PC板颜色有蓝色、绿色、茶色、大红色、磁白色等。

     4.3 静馨隔声毡

     福建某公司开发的静馨牌隔声毡是用高分子材料、金属粉末和各种助剂通过反应配置而成的，其特点是质轻、超薄、柔软、拉伸强度大、材料内损耗大，复合使用能改善材料的共振和吻合效应。隔声性能好，同时具有减振效果。材料阻燃、无毒、防潮、防蛀、施工方便、成本低。适用于建筑工程铁路、交通、船舶、车辆、动力车间、生产厂房、娱乐场所等领域使用，也可适用于室内声学装修。标准规格为1.24×10m/卷、1.24×5m/卷，厚度1.2～2.0mm。可将隔声毡粘贴于石膏板背面，用轻钢龙骨吊装于顶棚下面进行隔声。对于侧墙隔声，可将隔声毡贴于石膏板背面，再一起安装于轻钢龙骨上。对于密度为2.37Kg/m2的隔声毡，其隔声指数为22.7dB；对于密度为3.85Kg/m2的隔声毡，其隔声指数为26.3dB。在1.0mm厚的钢板上再贴一层面密度为3.85Kg/m2的隔声毡，其计权隔声量可提高5.8dB。隔声毡也可作为管道隔声包扎的材料。

      5. 新型喷涂材料

     从澳大利亚引进的E－300型植物纤维喷涂式材料，具有高效吸声降噪、保温隔声、绿色环保的优异性能。E－300是由可回收的天然植物纤维经特殊化学处理而制成的一种不含石棉、玻璃纤维、人造矿物纤维以及其它有害的化学物质的新材料，具有防火、防虫、防霉、无毒、无害、材料可回收利用、无二次污染。将这种材料用专用喷涂设备和粘结剂喷覆于混凝土、木材、石头、瓷砖、玻璃、金属、石膏板等基层上，形成一层吸声、隔声、隔热保护层。当在支撑物表面喷覆25mm厚的E－300，其降噪系数NRC高达0.80；若喷覆50mm厚的E－300， NRC高达0.95。当厚度为25mm时，其重量不超过25Kg/m2。

      E－300可应用于体育场馆、影视娱乐中心、办公购物中心、车间站房、对于异型建筑物如弓形屋顶、T型混凝土、波形甲板等更显出其独特的优越性。对于大型钢板屋顶喷覆这种材料，可降低10dB以上雨滴噪声。

      美国K－13喷涂材料也属于此类材料。

     另外，最近从美国引进的AsureR系统玻璃纤维保温、隔热、隔声、吸声喷涂材料，将其均匀地喷覆在金属表面上，起到了一定的阻尼作用，改善了金属本身的振动模式，提高了金属板和金属物件的隔声性能，也可称为是一种新型的阻尼材料。

      6.隔振器件（略）

      参考文献（略）