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吸隔音材料的特性與量測方法

2014/05/30 2 Copyright 2014 ITRI 工業技術研究院

聲音基本參數

週期(T), second

頻率(f=1/T), Hz(cycles/second); 波長();

波速(C=f ), 5150 m/s for solid : Al,

1500 m/s for liquid : water,

331.6(1+Tc/273)1/2 m/s for gas : air

振幅: 以數學式表示，取正弦波為例

時域 -- Sin(t)，空間 -- Sin(kx) = 2f , k= 2/= /C

時間均方根值

平均值

峰對峰值

振幅

T

峰值

T

dttXT

RMS0

2)(

1

T

0dt)t(x

T

1Average

2


• 聲壓？大氣壓？

– 大氣壓是因空氣之重量產生壓力。

– 聲壓是在某個介質中（如空氣），在其靜壓上的壓力擾動的量值。

Pa

DC term 大氣壓力

AC term 聲音

Atmospheric Pressure (105 Pa)

Sound pressure

(94 dB = 1 Pa)

聲壓 (Sound Pressure)


聲音頻率 (Pure tone, Harmonics, Complex sound)

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Why dB?

人耳所可以聽到的最大與最小聲

壓相差一千萬倍，如果使用

Pascal 作為聲壓的表示量，所

需要的數字相當的龐大，對於計

算以及標示都非常的麻煩。

人耳對聲壓的感覺並不是絕對物

理量，而是非線性的，實驗發現

我們對聲壓的感覺比較像是對數

值的變化。因此，我們有必要使

用另外一種以對數值為表示方法

的單位來表示聲壓值，就是分貝

(Decibel)。


噪音 (Noise)

噪音指的是不想聽的聲音，或者是令人不愉

快的聲音。判斷聲音是否為噪音具有相當的

主觀性。

噪音與聲音的分別很難清楚的定義，最主要

是接受者對聲音的感受和心理有關。

我國噪音管制法內定義「發生之聲音超過噪

音管制標準稱為噪音」

勞工安全衛生設施規則內亦有如下的定義：

「勞工工作場所因機械設備所發生之聲音超

過90分貝時，雇主應採取工程控制、減少勞

工噪音暴露時間」。

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噪音形成三要素

• 噪音源

• 傳送路徑

• 受音者


噪音防治三層次

• 減低噪音源

• 阻隔傳送路徑

• 保護受音者

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空氣音 ( Air Bone)

• 隔音措施

• 隔吸音措施

固體音 ( Structure Bone)

• 設備隔振

• 管線隔振

噪音防治對策


噪音防治對策種類與內容

場所

對策

噪音源傳送路徑受音者

隔音隔音室隔音壁、隔音屏耳罩、隔音室

吸音音源室的吸音風管之內部吸音

天花板之吸音

室內吸音設計

隔振機器之隔振

浮動地板

風管、管路之隔振精密機器之隔振

浮動地板

吸振機器加裝阻尼材料管路外殼加阻尼

其他 *音源對策風管之主動控制噪音管制法令

*音源對策: 更換或搬移機器設備, 變更操作方式, 縮短機器運轉時間

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吸隔音材料介紹

• 隔音－將聲音阻隔在音源及受音者之間減少受音側的噪音。

• 吸音－避免隔音材料將聲音反射回音源側而增加音源側的噪音。


吸音材料

• 吸音係數 α：不反射聲能與入射聲能之比值

它是一個百分比值，代表著有百分之多少的聲音沒有被反射回來， 0 < α < 1。

Ei：入射聲能

Er：反射聲能

Ea ：吸收聲能

Et ：穿透聲能

Ei = Er+Ea+Et

i

ta

i

ri

E

EE

E

EEα

Ea 吸收聲能

Ei 入射聲能

Er 反射聲能

Et 穿透聲能

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隔音材料

• 穿透係數：穿透聲能與入射聲能之比值

一般以穿透損失TL ( Transmission Loss )代表隔音的性能。

TL = 10 log ( ) Ei

Et

dB

Ei = 入射聲能

Et = 穿透聲能

= Et

Ei

Ea 吸收聲能

Ei 入射聲能

Er 反射聲能

Et 穿透聲能


吸音材料的種類

種類代表性材料

多孔質材料岩棉、玻璃棉、溶渣棉、發泡塑膠、毛氈、海棉、棉、

毛、麻等纖維織物

開孔板材料開孔石膏板、開孔石棉水泥板、開孔合板、開孔硬板、

開孔鋁板、開孔鐵板

板狀材料合板、硬板、石膏板、石棉水泥板、塑膠板、金屬板

膜狀材料塑膠布、帆布、玻璃布

吸音材料之開發

成形吸音體一般用多孔質材料做成不同形狀的吸音體

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各式吸音材


多孔質吸音材料

• 纖維類、毛類或如岩棉、PU等高分子發泡物，其氣泡互連之連續氣泡材料等均為多孔質吸音材料，是最廣用的代表性材料。

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多孔質材料吸音原理

• 間隙中的空氣反覆壓縮、膨脹，音能會變成熱能而消失

• 空氣間隙中之黏滯損失

• 材料纖維本身的摩擦損失


多孔質材料之吸音特性(一)

• 吸音率隨頻率增加而增加，即中、高頻吸音效果佳

• 隨材料厚度的增加，而提高即中、低頻吸音率

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多孔質材料之吸音特性(二)

• 材料背後之空氣層增厚, 增加低頻吸音效果


多孔質材料1/4波長效應

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多孔質吸音材料表面處理

• 以金屬網、玻璃布、薄膜來保護多孔質材料可增加低頻吸音率, 但會降低高頻的吸音效果


開孔板材料吸音構造(一)

• 在金屬合板、石膏板、… 等各種板類開貫通孔，並於其背後設空氣層，稱為開孔板材料

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開孔板材料吸音構造(二)

Ldt

Pcf

8.020

c：音速

t：板厚

d：孔的直徑

L：空氣層厚度

P：開孔率

2

2

4D

dP


開孔板材料吸音特性(一)

• 以共頻原理吸音，因此越接近共振頻率ƒ0 吸音效果愈好。

• 適用於某特定頻率的吸音。

• 經驗上，開孔率不得少於20%。

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開孔板材料吸音特性(二)

• 在背後空氣層中，填入多孔質材料可使吸音效果更佳，尤以中、高頻之吸音較顯著。


板狀吸音材料之構造

與剛壁之間隔著空氣層，安裝無通氣性的合板、石膏板…等，構造稱為板狀吸音構造。

MLf

600

M：板的質量

L：空氣層厚度

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板狀吸音材料之吸音特性

• 適用於低頻之吸音(中、高頻聲音易被反射)。

• 背後空氣層填入多孔質材料，可增加中、高頻之吸音效果。


膜狀材料之吸音特性

• 以不透氣之帆布、塑膠布…等材料作為吸音用，大部份鋪在多孔質材料表面，吸音特性須考慮所鋪上材料之特性。

• 單獨使用時，其膜振動之共振頻率約在200 Hz~1000 Hz，最大吸音率約為0.3~0.4左右，主要用在中頻音域的吸音。

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成形吸音體

吸音特性與材料本身及幾何形狀有關

• 材料吸音特性→ 玻璃棉、 PU發泡

• 幾何形狀吸音特性→利用多重反射逐漸吸音


單層壁之穿透損失

• 質量定律 ( Mass Law ) : TLn , TL

TLn = 20 log ( M * f ) - 47

TL = 18 log ( M * f ) - 44

TLn : 垂直方向穿透損失

TL : 隨機方向穿透損失

M : 單層壁面密度 kg/m2

f : 入射音頻率 Hz

M * f 每增加一倍 ,

穿透損失 TL 增加 6 dB

0

10

20

60

50

40

30

70

103 106 105 104

TL = 18Log(M*f) - 44

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多層壁之穿透損失

20 dB 20 dB

40 dB > 20 dB + 20 dB = ? > 20 dB + 6 dB

理想雙層壁實際雙層壁單層壁厚度加倍


吸隔音材料性能討論

• 吸音材料質地鬆散，容易讓聲音穿透，通常是很差的隔音材料。

• 隔音材料質地堅實，容易將聲音反射回去，其吸音係數都很低，通常 α < 10 %。

• 要藉吸音吸收10 dB的音量，吸音係數α需要高達 90 %

以上 – 高性能吸音材。

• 要藉隔音隔掉10 dB的音量，穿透損失 TL 需要10 dB 以上– 一般厚實或質地堅硬的材料都可以輕鬆的達到。

• 以防音材料特性來看，隔音比較能達到較高的減音量，故防制的方法一般以隔音為主，吸音為輔的改善設計。

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吸音率之頻率特性(一)

吸音材料對於不同頻率(波長)

的聲音會有不同的吸音效果

一般表示方法有三

• 列表

• NRC

• 作圖


吸音率之頻率特性(二)

• 取材料在125、250、500、1000、2000、4000 六個頻率之吸音率列表比較

材料

正向入射吸音率

(octave bands)

125 250 500 1000 2000 4000

發泡橡膠 0.09 0.17 0.46 0.37 0.42 0.46

泊油泡棉 0.06 0.04 0.11 0.27 0.62 0.93

聚合泡棉 0.06 0.04 0.10 0.18 0.33 0.62

成型再生棉 0.08 0.09 0.19 0.51 0.85 0.99

岩棉 0.27 0.65 0.93 0.95 0.96 0.96

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吸音率之頻率特性(三)

• 降噪係數(Noise Reduction Coefficient， NRC)

定義為材料在 250、500、1000、2000 四個頻率之吸音率平均值，並取最接近 0.05 之整數倍

Frequency，Hz

Absorption coefficient

Material 1 Material 2

250 0.23 0.91

500 0.48 0.99

1000 0.83 0.97

2000 0.88 0.94

Average 0.605 0.953

NRC 0.60 0.95


吸音率之頻率特性(四)

• 取材料在 125至 4000 Hz 間之16個 1/3 Octave 頻率之吸音率作圖表示

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

12

5

16

0

20

0

25

0

31

5

40

0

50

0

63

0

80

0

10

00

12

50

16

00

20

00

25

00

31

50

40

00

Ab

so

rptio

n c

oe

ffic

ient

Frequency (Hz)

sample1sample2sample3average

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吸音率的種類(一)

1. 正向入射吸音率 n (小規模試料，精確度良好)

2. 斜入射吸音率 (學理性的，不實用)

3. 隨機入射吸音率 sab (有10 %誤差，但值較實用)


吸音率的種類(二)

隨機(Random)入射吸音率，α sab 正向(Normal)入射吸音率，α n

音場擴散音場平面波音場

量測方法於迴響室(殘響室)內，量測有/無

吸音材料時的殘響時間變化

(Sabin 公式) Sabin 吸音率

於阻抗管內，量測管內駐波

(standing wave)的音壓位準極

值或訊號

數值特性吸音能力好的材料，於高頻範圍

α sab>1

吸音表面有限，引起繞射

α n通常小於α sab

應用實用之音響設計及噪音防治資

料，材料安裝及音場較符合使用

狀況

吸音率之比較測定(重現性高)

吸音材料之開發(線場品管)

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吸音率量測規範

一迴響室法(Reverberation Room Measurements)

1. CNS 9056, JIS A1409

2. ASTM C423

3. ISO 354

二阻抗管法(Impedance Tube Measurements)

(一) 駐波比法(Standing Wave Ratio Method)

1. ASTM C384

2. JIS A1405

(二) 轉換函數法(Transfer Function Method)

ASTM E1050

CNS 13208 15218


迴響室法

• 迴響室法吸音率：量測迴響室內放入吸音材料與未放入時之殘響時間，並依下列公式計算取得吸音率：

)Te

1

Ts

1(

CS

V3.55

S : 試料(吸音材料)面積(m2)

V : 迴響室容積(m3)

Ts :迴響室內有吸音材料之殘響時間 Te :迴響室內無吸音材料之殘響時間 C : 空氣中之音速(m/s) C = 331.5+0.61t t : 溫度(c)

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迴響室法吸音率量測裝置

放大器訊號分析儀濾波器

訊號產生器

濾波器放大器

揚聲器

吸音材料

麥克風


殘響時間量測

• 於封閉空間內，產生一特定頻率或頻寬之音源，待音場音壓穩定後，突然將音源停止，量測此時之音壓位準衰減至 60

dB 所需的時間稱為殘響時間

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殘響時間與頻率

音源頻率的不同，所量測得的殘響時間亦不同

一般而言，頻率越高殘響時間越短


駐波比法吸音率量測裝置

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阻抗管中之音場分佈


駐波比法吸音率量測

2

22

n

ir

ir

ri

ri

min

max

20/)LL(

min

max

)1n(

n4)

1n

1n(1R1

1n

1nR

R1

R1

P/P1

P/P1

PP

PP

P

Pn

10P

Pn minmax

n : 駐波比 Lmax : 最大音壓位準 Lmin : 最小音壓位準 Pi : 入射音壓 Pr : 反射音壓 R : 反射率

量測阻抗管內的最大音壓 Pmax與最小音壓Pmin之比值，即所謂駐波比(standing wave ratio) ，依下式計算正向入射吸音率n

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駐波比法之特色

• ASTM C384 及 JIS A1405 測試標準

• 量測程序直接可靠

• 量測方法相當費時

– 駐波極值之大小不易讀取

– 只能單頻量測

• 低頻量測時, 所須管長較長


轉換函數法吸音率量測裝置

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轉換函數法吸音率量測

2/1

2

2

2

))cos(21

)cos(21(

1

ksHH

ksHHR

Rn

n :正向入射吸音率 R : 反射係數 H : 雙麥克風訊號間之轉換函數，G12/G11 G12：雙麥克風訊號間之交相關頻譜(cross spectrum) G11：麥克風1之自相關頻譜(autospectrum) : 轉換函數H的相角 k : 波數(wave number) ， 2ƒ/c s : 雙麥克風之中心間距，s<c/2fm

fm : 可量測之最高頻率


轉換函數法之特色

• ASTM E1050 測試標準

• 頻譜分析儀增加量測之簡便與速度

• 寬頻量測

• 低頻量測時, 無須較長的管長

• 雙麥克風間距限制量測頻率範圍

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