空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果影響之研究
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(3) 目次. 目次 目次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧I 表次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅲ 圖次‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅴ 摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ⅩⅢ. 第一章 序論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1 第一節 研究緣起與背景‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1 第二節 研究目的‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1 第三節 研究方法及步驟‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2 第二章 吸音板國家標準與實際應用情形‧‧‧‧‧‧ 4 第一節 吸音板之國家標準‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 4 第二節 性能中心 R6 實驗室吸音係數檢測成果分析‧‧5. 第三章 吸音板理論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13 第一節 聲波入射、反射及阻抗遞移‧‧‧‧‧‧‧‧13 第二節 吸音板吸音係數與空氣層厚度‧‧‧‧‧‧‧18. 第四章 實驗計劃與成果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21 第一節 因子選定與實驗計劃簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧21. 第二節 實驗設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23 I.
(4) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 第三節 量測設備介紹及儀器配置‧‧‧‧‧‧‧‧24 第四節 玻纖板實驗成果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧25 第五節 岩綿板實驗成果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧41 第六節 吸音板材料流阻值結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧56 第五章 結論與建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧66 第一節. 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 66. 第二節 建議‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧67 第六章 參考文獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧68 附錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 69. II.
(5) 表次. 表次 表 2.1 音響實驗室歷年吸音檢測類別統計‧‧‧‧‧‧5 表 2.2 音響實驗室歷年吸音檢測統計（岩綿類吸音板； CNS10994）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6 表 2.3 音響實驗室歷年吸音檢測統計（岩綿及玻纖類； ISO354） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7 表 2.4 音響實驗室歷年吸音檢測統計（沖孔金屬板 類）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7 表 4.1 單、雙層配置空氣層厚度變化量實驗組表‧‧‧ 24 表 4.2 實驗組 A 空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 （玻纖板）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30 表 4.3 實驗組 B 空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 （玻纖板）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧35 表 4.4 實驗組 C 空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 （玻纖板）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧40. III.
(6) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 表 4.5 實驗組 A 空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 （岩綿板）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧45 表 4.6 實驗組 B 空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 （岩綿板）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧50 表 4.7 實驗組 C 空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 （岩綿板）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧55 表 4.8 單層玻纖板不同空氣層厚度流阻表‧‧‧‧‧‧ 56 表 4.9 單層岩綿板不同空氣層厚度流阻表‧‧‧‧‧‧ 61. IV.
(7) 圖次. 圖次 圖 1.1. 研究方法流程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3. 圖 2.1 試件 1 至 1-A 吸音係數頻譜圖‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧9 圖 2.2 試件 1 至 1-A 各頻帶吸音率變化（以 100Hz 為基 準）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9 2. 圖 2.3 相同密度（4 kg / m ）試件各頻帶吸音率變化（以 100Hz 為基準） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧10 2. 圖 2.4 相同密度（6 kg / m ）試件各頻帶吸音率變化（以 100Hz 為基準） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧10 圖 2.5 相同厚度（10mm）/空氣層厚（290mm）試件各頻帶吸 音率變化（以 100Hz 為基準） ‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧11 圖 2.6 相同厚度（15mm）/空氣層厚（285mm）試件各頻帶吸 音率變化（以 100Hz 為基準） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧12 圖 3.1 聲波正向入射示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧15 圖 3.2 聲波斜向入射示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16 圖 3.3 三層介質聲波入射示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17 圖 3.4 吸音材後有空氣層模式聲波入射示意圖‧‧‧‧‧18 圖 3.5 吸音板材料流阻值計算流程圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧20 V.
(8) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 圖 4.1 研究實驗計畫流程圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧22 圖 4.2 單層配置式吸音板空氣層變化實驗配置圖 ‧‧‧‧23 圖 4.3 雙層配置式吸音板空氣層變化實驗配置圖‧‧‧‧‧23 圖 4.4 R6 音響實驗室實驗配置圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧25 圖 4.5 單層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（分組 A）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧26 圖 4.6 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 100Hz、125Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧26 圖 4.7 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 160Hz、200Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧27 圖 4.8 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 250Hz、315Hz） ‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧‧‧27 圖 4.9 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 400Hz、500Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧27 圖 4.10 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 630Hz、800Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧28 圖 4.11 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 1000Hz、1250Hz）‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧‧28 圖 4.12 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 VI.
(9) 圖次. 1600Hz、2000Hz）‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧‧28 圖 4.13 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 2500Hz、3150Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧29 圖 4.14 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 4000Hz、5000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧29 圖 4.15 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（玻纖板 分組 B）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧31 圖 4.16 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 100Hz、125Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧31 圖 4.17 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 160Hz、200Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32 圖 4.18 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 250Hz、315Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32 圖 4.19 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 400Hz、500Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧32 圖 4.20 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 630Hz、800Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33 圖 4.21 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 1000Hz、1250Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33 VII.
(10) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 圖 4.22 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 1600Hz、2000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33 圖 4.23 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 2500Hz、3150Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧34 圖 4.24 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 4000Hz、5000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧34 圖 4.25 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（玻纖板 分組 C）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧36 圖 4.26 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 100Hz、125Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧36 圖 4.27 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 160Hz、200Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧37 圖 4.28 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 250Hz、315Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧37 圖 4.29 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 400Hz、500Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧37 圖 4.30 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 630Hz、800Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧38 VIII.
(11) 圖次. 圖 4.31 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 1000Hz、1250Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧38 圖 4.32 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 1600Hz、2000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧38 圖 4.33 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 2500Hz、3150Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧39 圖 4.34 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（玻纖板 4000Hz、5000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧39 圖 4.35 單層配置式玻璃岩綿吸音板吸音係數變化圖（分組 A）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧41 圖 4.36 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 100Hz、125Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42 圖 4.37 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 160Hz、200Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42 圖 4.38 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 250Hz、315Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42 圖 4.39 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 400Hz、500Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43 IX.
(12) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 圖 4.40 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 630Hz、800Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43 圖 4.41 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 1000Hz、1250Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43 圖 4.42 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 1600Hz、2000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44 圖 4.43 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 2500Hz、3150Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44 圖 4.44 實驗分組 A 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 4000Hz、5000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧44 圖 4.45 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（岩綿板 分組 B）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧46 圖 4.46 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 100Hz、125Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧46 圖 4.47 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 160Hz、200Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧47 圖 4.48 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 250Hz、315Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧47 圖 4.49 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 X.
(13) 圖次. 400Hz、500Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧47 圖 4.50 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 630Hz、800Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧48 圖 4.51 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 1000Hz、1250Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧48 圖 4.52 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 1600Hz、2000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧48 圖 4.53 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 2500Hz、3150Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49 圖 4.54 實驗分組 B 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 4000Hz、5000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49 圖 4.55 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（岩綿板 分組 C）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧51 圖 4.56 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 100Hz、125Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51 圖 4.57 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 160Hz、200Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 圖 4.58 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 250Hz、315Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 XI.
(14) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 圖 4.59 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 400Hz、500Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52 圖 4.60 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 630Hz、800Hz） ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53 圖 4.61 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 1000Hz、1250Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53 圖 4.62 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 1600Hz、2000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53 圖 4.63 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 2500Hz、3150Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧54 圖 4.64 實驗分組 C 吸音係數－空氣層厚度變化圖（岩綿板 4000Hz、5000Hz）‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧54 圖 4.65 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 0cm‧‧‧‧57 圖 4.66 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 5cm‧‧‧‧57 圖 4.67 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 10cm‧‧‧‧58 圖 4.68 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 15cm‧‧‧‧58 圖 4.69 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 20cm‧‧‧‧59 圖 4.70 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 25cm‧‧‧‧59. XII.
(15) 圖次. 圖 4.71 玻纖板吸音係數比較圖－空氣層厚度 30cm‧‧‧‧59 圖 4.72 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 0cm ‧‧‧‧61 圖 4.73 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 5cm ‧‧‧‧62 圖 4.74 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 10cm ‧‧ ‧62 圖 4.75 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 15cm ‧‧ ‧63 圖 4.76 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 20cm ‧‧ ‧63 圖 4.77 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 25cm ‧‧ ‧64 圖 4.78 岩綿板吸音係數比較圖－空氣層厚度 30cm ‧‧ ‧64. XIII.
(16) 摘要. 摘要 關鍵詞：吸音板、吸音係數、空氣層厚度 一、研究緣起 隨著經濟發展人口密集及都市化程度提高，人類對居住環境之品質及舒適 度之要求標準也越來越嚴格，同時因工業化社會人口密集化現象擴大，個人 之生活空間無可避免的容易互相干擾，因而針對吸音材料性能之需求也逐漸 顯現，如何發展及提升材料之吸音性能為建築產業之重要課題。目前廣為建 築及工業界使用之吸音材料多半屬多纖維及孔隙性之材料，其中以人造之玻 璃纖維材料及天然之礦纖材料為大宗，本研究以此兩種廣為使用之吸音板材 料為對象，探討實務上易出現之吸音板空氣層厚度變化量對此兩種板材吸音 係數之影響量，藉由設計相關實驗由符合 ISO 與 CNS 標準之實驗結果進行分 析，以獲得空氣層厚度對玻纖與礦纖吸音板材之真實影響結果。 二、研究方法及過程 本研究主要利用本所性能實驗中心 R6 吸音材吸音係數檢測實驗室進行， 除進行相關研究文獻及蒐集吸音材國家標準與材料吸音係數理論外，並依分 別採用常用之岩綿類與玻璃纖維類之兩種吸音板為研究對象，利用現有實驗 室測試升降平台設計各種不同空氣層厚度之板材吸音係數檢測實驗，經由檢 測之實驗結果來分析空氣層厚度對吸音材吸音性能之影響。 三、重要發現 經由採用 15cm 玻璃纖維及岩綿吸音板之實驗組分析後，玻纖板部分之特 性為空氣層厚度變化對於吸音板頻率 1600Hz 以下吸音係數影響效果較大，隨 著空氣層厚度增大其吸音係數值也有增加之情形，尤以 630Hz 以下更為明顯， 而於 2500Hz 以上較高頻之區域空氣層厚度對吸音係數影響量則較小，而以 ISO11645 宣告之吸音係數單一數值，空氣層厚度以 25cm 配置於吸音板後為 效果最好。 岩綿類吸音板於 250Hz 或 315Hz 以下之頻率範圍內，空氣層厚度增大對 岩綿吸音板之吸音係數較有增大之效果，另外於 315Hz 以上至 1000Hz 之頻率 範圍則影響量不大，頻率高於 1250Hz 以上則具有相反之結果，以 ISO11645 宣告之吸音係數單一數值則空氣層厚度變化對岩綿吸音板吸音係數之影響極 小。 吸音板實驗與理論吸音係數比較結果部份，在岩綿吸音板部分結果較 好，而玻纖吸音板部分則差距較大，但於理論所求得之吸音係數則並無如實 XIV.
(17) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 驗吸音係數有呈現各頻帶分佈不同之特性，因目前採用之比較方法為假設流 阻值再帶入理論公式中求解吸音係數，並於得到係數差值後利用差值來調整 流阻值，故結果準確度仍有限，未來可針對理論誤差迴歸部份應再作修正以 提高精確度。. 四、主要建議事項 1. 空氣層厚度之改變對於玻璃纖維吸音板之影響較大，以 ISO11654 之吸音係數 單 一數值來看，經比較各組實驗數據後 15cm 厚玻纖板以空氣層厚度 20cm 為 吸音性能最佳，同時空氣層配置方式則以空氣層位於板後之配置方式為較佳， 岩綿吸音板之吸音係數較無法採用空氣層變化來增強其性能。 2. 不同之空氣層厚對玻纖吸音板之單一數值吸音係數影響程度大，此特性可應用 於吸音材之佈置，利用同樣材料不同空氣層厚度之吸音效果不同，可於室內吸 音效果設計上進行變化，利用空間內各部位吸音材之空氣層不同以達到我們想 要的精確設定效果。. XV.
(18) 摘要. ABSTRACT Keywords：sound absorption；sound absorption coefficient；air layer. Sound absorption panel is the most wildly used element for the purpose of sound absorption in construction industrial. The performance of sound absorption panel is affected by many factors. In this research we will choose mineral wool and fiberglass sound absorption panel as test objects and for the research on how the air layer affect the sound absorption performance, we use the R6 chamber of Architecture and Building Research Institute Ministry of the Interior and design test method of varying air layer thickness. According to the test result, we found that in fiberglass sound absorption panel the best result will happen when it has air layer thickness of 25cm. The thicker we extend the air layer behind testing panel, the higher the sound absorption coefficient will acquire behind the frequency of 1600Hz. In mineral wool sound absorption panel, the air layer thickness will cause little effect on sound absorption coefficient.. XVI.
(19) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 098301070000G2033. 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音 效果影響之研究. 研 究 人 員：林招焯副研究員. 內政部建築研究所自 行 研 究 報 告 中華民國 98 年 12 月.
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(21) 第一章 序論. 第一章 緒論 第一節 研究緣起與背景 隨著台灣經濟發展與都市人口密集，一般大眾對自己日常生活周邊存在的噪 音或各式各樣使人困擾不適的音源越來越重視，如何能使生活環境更為舒適可以 說是現今生活中重要課題，但相當諷刺的是我們現今處在一個是內外噪音源和噪 音強度不斷增加的環境中，故不得不透過相當之工程技術手法來降低各種噪音， 且而許多需重視音效或音質之處所如廳堂、視聽劇院、音樂廳、教室⋯ 等環境也 亟需改善其聽覺條件和音響性質以符合各種功能及需求，使得建築音響學成為環 境科學裡一門重要的學科。 為了減低噪音干擾及保留我們所要的音響效果，近年來各產官學界皆投入不 少經費及人力在各種吸音、隔音材料之應用及開發，其中在吸音材料中更有不少 結構各異之材料被研發出來，其實在自然界中也不乏有趣之現象與吸音原理有 關，例如人常會感覺下雪的夜晚特別寧靜，這是因為雪花不是堅固的固體，其構 造中包含有許多小孔隙，此小孔隙構造可以使聲波在空隙中來回反射消散，其效 果跟吸音板之原理相同。 近年來各式吸音材料已廣泛應用於各領域與產業中，如家電、半導體廠家、 大眾捷運、汽車業及結構建築物中，而研發質輕、耐震性佳、施工快速、厚度薄、 吸音效果佳、現場污染少之高性能吸音材更為各界所努力之目標。然而，要增進 吸音材之吸音性能除了由材料本身材質著手外，其背後空氣層對其吸音性能之影 響量也不可忽略，如何藉由空氣層來提昇吸音材之吸音性能，將是具有發展性之 研究課題。. 第二節 研究目的 影響吸音材料吸音性能之因素相當多，包含吸音板厚、聲音頻率、材料密度、 表面孔隙率及空氣層厚度等眾多因素，其中大部分因素與材質本身有相當大的關 係，而在各項因素中僅空氣層厚度最容易改變，可相當簡易的藉由改變空氣層厚 度量來改善或增進吸音材料之性能。 本所音響實驗室自 95 年起開始接受廠商有關吸音、隔音牆、隔音門、隔音窗、 1.
(22) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 樓地板衝擊音及消音箱等各項委託試驗，其中吸音材部份已累積不少檢測成果， 因實驗設備依 ISO 國際標準建置檢測成果具有相當參考價值，由實際檢測經驗中， 國內業者對吸音板後空氣層厚度之影響並不特別重視，產品施工準則也較少訂出 明確空氣層厚規定要求，大部分著眼於美觀及平整，若能透過改變空氣層厚度來 增進吸音性能，則無須改變吸音材料本身構造，具有相當之應用效率並節省成本， 故本研究擬對空氣層厚度對吸音效果之影響量進行相關研究。 本研究將收集業界常用之吸音材料特性及空氣層厚度，並分析本所音響實驗 室所做之吸音板試驗資料，找出吸音板目前較常見的厚度、材質及空氣層厚度， 選定出具代表性之吸音板實驗組。並設計單、雙層配置式吸音板性能一系列實驗 計畫，以找出不同空氣層厚度及位置對吸音板性能之影響，接下來並利用吸音材 料流阻值之理論，假設流阻值 R1 進行吸音板吸音係數理論值計算，利用實驗資料 與理論運算結果進行比較，採用迭代運算以誤差最小方式求出吸音板實際之流阻 R1 值，以提供業界未來應用吸音板設計之參考。. 第三節 研究方法及步驟 本研究主要利用本所音響 R6 實驗室試驗設備，進行實驗探討空氣層厚度變化 對吸音板性能之影響，其中所採用之研究方法包括以下項目，研究流程如圖 1.1。 1.文獻回顧 2.實驗方法設計及實驗進行 3.假設吸音板流阻 R1 值進行吸音板吸音係數理論值計算，推求出吸音板材之 流阻值. 2.
(23) 第一章 序論. 資料及相關文獻收集. 實驗與研究方法設計. 進行空氣層變化吸音係數實. 實驗結果整理. 利用假設流阻 R1 值推算 理論隨機入射吸音係數. 比對吸音係數理論值與 實驗值，利用最小誤差方 法推得吸音板真實流阻 值. 分析空氣層厚度及位置 對實驗結果分析之影響. 結論與建議. 圖 1-1、研究方法流程. 3.
(24) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 第二章 吸音板國家標準與實際應用之情形 吸音板常用於建築內部天花板或相關牆面吸音、大型廳堂或演講廳室內部之 吸音及迴響時間控制等多種用途，對使用者之音環境品質具有相當之影響，目前 國內常使用的板材包含岩綿吸音板、玻璃綿吸音板、金屬沖孔板等，材質類型大 部份屬於多孔隙材料，而構造方面則多採用輕質鋼架作為骨架組合連接而成，板 材鋪設於骨架上，利用材質本身之多孔隙特性來消耗聲波能量吸收聲音之功效。. 第一節 吸音板之國家標準 一、. 吸音板、吸音材料相關之國家標準【6】【7】 目前國家標準中吸音相關標準大致可分為檢驗方法及材料標準，關 於吸音板之標準共有 CNS10994 等 5 項，吸音材料之標準有 CNS9057 等 2 項，而關於吸音材料檢驗法有 CNS9058 等 3 項，單獨針對吸音係 數之檢測實驗方法則有 CNS9056 等 3 項，詳列如下： （一）吸音板材類： 本類共有 5 項分別為 CNS10994 岩綿裝飾吸音板、CNS4965 吸音用開 孔石膏板、CNS9957 吸音用開孔鋁板、CNS10211 吸音用開孔石棉水 泥板、CNS10468 吸音用輕質纖維板。 （二）吸音材料類： 本類共有 2 項分別為 CNS9057 玻璃棉吸音材料、CNS9659 岩棉吸音 材料。 （三）吸音材料檢驗法類： 本類共有 3 項分別為 CNS9058 玻璃棉吸音材料檢驗法、CNS10995 岩 棉裝飾吸音板檢驗法、CNS9660 岩棉吸音材料檢驗法。 （四）吸音係數檢驗實驗法類： 本類共有 3 項分別為 CNS15218 聲學－建築物使用之吸音材－吸音量 評定、CNS9056 迴響室法吸音係數測定法、CNS13208 管內法建築材 料垂直射入吸音係數測定法。. 二、. 吸音板之分類 吸音板雖於國內廣泛運用，但並無明確之分類，目前依據 CNS 國 家標準中可大致依其材質、構造類型等 2 大類型進行分類，現說明如 下： （一）以材質系統分類 依 CNS 國家標準中有玻璃棉、岩棉等兩種吸音材料與輕質纖維板， 至於板材類型的則有開孔石膏板、開孔鋁板、開孔石棉水泥板及輕質 纖維板。 （二）以構造類型來分類. 4.
(25) 第二章 吸音板國家標準與實際應用之情形. 以構造類型來看於國家標準中之吸音材料約可簡單以多孔隙材料及 開孔材料兩大類區分 1. 多孔隙材料部分為玻璃棉、岩棉及岩綿裝飾吸音板等。 2. 而開孔材料則為表面開孔類如吸音用開孔石膏板、吸音用開孔石棉水 泥板、吸音用輕質纖維板。 三、 吸音板實務應用情形 經以蒐集目前市面上吸音板材製造型錄及利用問卷調查方式，目前吸 音材料以玻璃綿及岩綿兩大類為主，最常使用之吸音板厚度為 15mm，施工 上預留之空氣層厚度一般為 30cm 為主。 吸音板實務應用上仍以天花板或牆面為主，材料使用上吸音綿 K 數玻 璃綿類吸音板以 100K 為主，岩綿類吸音板則以 350K、380K 為主. 第二節 性能中心 R6 實驗室吸音係數檢測成果分析 一、性能實驗中心音響實驗室歷年檢測案例 (一)歷年檢測吸音材料類型分析 依據性能實驗中心音響實驗室歷年來 R6 實驗室所進行之吸音材料實驗資 料，共計統計有 20 件，其中屬於岩綿類之吸音板共 11 件，玻璃纖維吸音板 1 件，金屬沖孔吸音板為 7 件，相關資料如表 2.1~2.3 表2.1 音響實驗室歷年吸音檢測類別統計 種類. 件數. 岩棉類吸音板. 11. 玻璃綿類吸音板. 1. 沖孔金屬類吸音板. 7. 其他形式吸音板. 1. 5.
(26) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 表 2.2 音響實驗室歷年吸音檢測統計（岩綿類吸音板） 編號 試件名稱. 板厚（mm）材質. 空氣層厚 單位重 測試結果吸音 測試結果吸 音係 αW （mm） kg/m2 係數 （CNS10994） （CNS9056、 ISO11654）. 1. 礦纖岩綿板. 15.0. 岩綿. 285. 5.07. 0.47（原 CNS9659 化為 10994）. 2. NITTOBO 礦纖 18.9. 岩綿. 281.1. 6.22. 0.4. 0.5. 岩綿. 292. 3.96. 0.49. 0.45（H）. 14.8. 岩綿. 285.2. 2.04. 0.5. 0.5. TBO 礦纖岩綿 10.0. 岩綿. 290. 4.12. 0.45. 0.8. 15.0. 岩綿. 285. 5.73. 0.58. 0.5（H）. 15.4. 岩綿. 284.6. 3.17. 0.57. 0.8. 10.0. 岩綿. 290. 4. 0.58. 15.4. 岩綿. 284.6. 6.39. 0.53. 10.0. 岩綿. 290. 3.94. 0.55. 板. 3. STONE 岩綿裝 8.0 飾吸音板. 4. 輕質岩綿天 花板. 5. 裝飾吸音板. 6. Eagle 岩棉 礦纖天花板. 7. 阿姆斯壯礦 纖天花板. 8. 岩棉裝飾吸 音板(展毅). 9. 岩棉裝飾吸 音板(璽多). 10. 岩棉裝飾吸 音板(麥頓). 0.9.
(27) 第二章 吸音板國家標準與實際應用之情形 6. 表 2.3 音響實驗室歷年吸音檢測統計（岩綿及玻纖類；ISO354）. 編號 試件名稱. 板厚（mm）材質. 空氣層厚 單位重 （mm） kg/m2. 測試結果 αW（ISO354）. 280.5. 1.92. 0.8. 1.03. 0.75. 1-A 洛克風岩綿裝飾 19.5 吸音天花板. 岩綿. 1-B ECOPHONE 玻纖 吸音板. 玻璃纖 288 維. 12. 表 2.4 音響實驗室歷年吸音檢測統計（沖孔金屬板類） 編號 試件名稱. 1. 板厚（mm） 材質. 青鋼微孔吸音板 1. 金屬. 空氣層厚 （mm）. 測試結果吸 音係數. 199. αw =0.65 （ISO354）. 2. 青鋼微孔吸音板 1. 鋼板及木材 199 骨架. NRC=0.65 （ASTM C423）. 3. 吸音板. 130. 鍍鋅開孔鋼 0 板及吸音綿. NRC=0.95 （ASTM C423）. 4. 陶瓷過濾網. 25. 陶瓷. 0. αw =0.15 （ISO354）. 5. 高性能沖孔吸音 118 板. 鍍鋅開孔鋼 0 板及吸音綿. αw =0.95 （ISO354）. 7.
(28) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 6. 7. 8. 沖孔吸音板. 鍍鋅開孔鋼 0 板及吸音綿. αw =0.6. 高性能沖孔吸音 51 板（IDF-S-1000 型）. 鍍鋅開孔鋼 0 板及吸音綿. αw =0.65. 高性能沖孔吸音 75 板（IDF-S 型）. 鍍鋅開孔鋼 0 板及吸音綿. αw =0.95. 76. （ISO354）. （ISO354）. （ISO354）. 針對本研究所要探討之主題為岩棉材質吸音材，且金屬沖孔類吸音板之行為 機制另有不同，故在此僅就表 2.2 及 2.3 之案例進行分析。 (二)音響館 R6 實驗室歷年吸音材實驗結果分析 本所音響館 R6 實驗室為符合 ISO 國際標準之實驗室，其量測可符合 ISO、 ASTM、JIS 及 CNS 等標準之規定，歷年來累積相當之檢測資料成果，資料用 於吸音材料性能比較具有相當之參考價值，下面將就相關成果進行簡要之分 析。 因表 2.2 及 2.3 中之各吸音係數值為經以測試規範單一數值化之結果，故無 法對其各頻帶吸音係數進行觀察，為避免此一缺點首先將各頻帶吸音係數測試 值依各頻率分別繪出，如圖 2.1 所示. 8.
(29) 第二章 吸音板國家標準與實際應用之情形 1.2. 1 試件1 試件2 試件3. 吸音係數值. 0.8. 試件4 試件5 試件6. 0.6. 試件7 試件8 試件9. 0.4. 試件10 試件1-A 試件1-B. 0.2. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. 頻率Hz. 圖 2.1 試件 1 至 1-A 吸音係數頻譜圖 由圖 2.1 中觀察可得知除了試件七之曲線外，其他各試件之變化有類似之情 形，尤其在 125Hz、630Hz 兩處大部分之試件吸音係數皆有明顯之下降，而同 時也可觀察到各試件幾乎皆於 800Hz 處開始吸音係數就呈現緩步上升的情 形，一直到 2150Hz 後開始呈現緩步下降，另外若將表 2.2 及 2.3 案例將其 100Hz 之吸音係數當起始值，繪出各相鄰頻帶之吸音係數變化量如圖 2.2 所示 吸音率變化量 1.2. 1 試件一 0.8. 試件二 試件三 試件四. 0.6 吸音率. 試件五 試件六. 0.4. 試件七 試件八. 0.2. 試件九 試件十 試件1-A. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 試件1-B. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. -0.2. -0.4 hz. 圖 2.2 試件 1 至 1-A 各頻帶吸音係數變化（以 100Hz 為基準） 由圖 2.2 同樣可觀察到於 125Hz 及 630Hz 處各試件吸音係數皆呈現明顯下降 9.
(30) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 之 趨勢，而於 800Hz 開始有緩步之上昇後，1250Hz 至 5000Hz 範圍則並無明顯 之變化而呈現平坦之曲線。 另外由表 2.2 及 2.3 案例中觀察可得知就試件密度而言可分成 4 kg / m 2 （試件三、五、八、十）及 6 kg / m 2 （試件二、九）等兩組，現在就分別將 其繪成圖如下 相同密度係數變化. 0.5. 0.4. 0.2 試件三 試件五. 0.1. 試件八 試件十. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. -0.1. -0.2. -0.3 HZ. 圖 2.3 相同密度（4 kg / m 2 ）試件各頻帶吸音係數變化（以 100Hz 為基準） 同密度係數變化圖 0.4. 0.3. 0.2 吸音係數變化. 吸音係數變化量. 0.3. 試件二. 0.1. 試件九. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. -0.1. -0.2 hz. 圖 2.4 相同密度（6 kg / m 2 ）試件各頻帶吸音係數變化（以 100Hz 為基準）.
(31) 第二章 吸音板國家標準與實際應用之情形. 觀察圖 2.3 及 2.4 可以發現一個有趣的現象，亦即相同面密度之吸音板其 吸音係數頻譜於各頻率之變化曲線具有相當之一致性，各條曲線間差異幾近類 10 似定值平移之差距，故由此現象可知吸音板之面密度若相同，則其於各頻率之 材料吸音係數變化會具有相類似之情形。 另外關於吸音板厚度部份也可分類為 10cm 厚（試件五、八及十）與 15cm 厚（試件一、四、六、七及九）等兩大類，若將其繪製成圖 試件類似厚(5,8,10) 0.5. 0.4. 吸音係數變化量. 0.3. 0.2 試件五 0.1. 試件八 試件十. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. -0.1. -0.2. -0.3 HZ. 圖 2.5 相同厚度（10mm）/空氣層厚（290mm）試件各頻帶吸音係數變化（以 100Hz 為基準）. 11.
(32) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究 同厚(試件1,6,7,9) 1.2. 1. 吸音係數變化量. 0.8. 0.6. 試件一 試件六. 0.4. 試件七. 0.2. 試件九 試件四. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. -0.2. -0.4 HZ. 圖 2.6 相同厚度（15mm）/空氣層厚（285mm）試件各頻帶吸音係數變 化（以 100Hz 為基準） 由圖 2.5 觀察可知在 10cm 板厚這一組（試件五、八、七及九）仍呈現相當 類似之吸音係數變化曲線，與前面所述同密度時各曲線間差異幾近類似定值平移 之差距特性相同，另外觀察圖 2.7 部分 15cm 板厚這一組，試件一、六、九及四 曲線也呈現相當類似之變化情形，於 800Hz 開始吸音係數往上增加，至 1250Hz 後則約略維持水平變化不大，另於 2500Hz 及 3150Hz 後則開始下降，僅試件七 曲線變化不同。 經由前面之試件統計及觀察圖 2.1 至圖 2.6 之實驗資料，可以歸納相同密度 及相同板厚之吸音板試件，其於各頻帶之吸音係數變化曲線具有類似之行為。若 由吸音係數變化頻譜圖中可觀察到其較低頻率 315Hz 至 630Hz 區間，及較高頻率 3150Hz 至 5000Hz 兩區間內之吸音係數皆為負斜率之下降曲線，故此兩區域為目 前吸音板材之性能弱點。 二、吸音板實務應用情形 經以蒐集目前市面上吸音板材製造型錄及利用問卷調查方式，目前吸 音材料以玻璃綿及岩綿兩大類為主，最常使用之吸音板厚度為 15mm，施工 上預留之空氣層厚度一般為 30cm 為主。吸音板實務應用上仍以天花板或牆 面為主，材料使用上吸音綿 K 數玻璃綿類吸音板以 100K 為主，岩綿類吸音 板則以 350K、380K 為主。. 12.
(33) 第三章 吸音板理論機制. 第三章 吸音板理論機制 聲波在空氣或其他各種介質中傳播因其經過之介質之不同，而發生入射、反 射與透射等行為之物理現象，而由此種物理現象可引申出材料吸音行為理論，在 本章將針對牽涉到材料吸音之相關理論做簡要之介紹。. 第一節 聲波入射、反射及阻抗遞移 一、聲壓、聲強及聲功率與聲波波傳方程式 針對聲音之量測目前所採用之量測單位為分貝（dB） ，但因為人耳所能 聽到之範圍較趨近於對數範圍，故實務上採用聲壓位準（Sound Pressure Level）SPL之觀念，即 SPL = 20 log. ⎛ Pe ⎜ ⎜ Pref ⎝. ⎞ ⎟ ⎟ ⎠. 10. （3.1）. 上式中 p ref 為聲壓位準參考值， p ref = 2 x10 −5 Pa，訂定為此值之原因為 此聲壓為在1kHz時人耳聽覺之極限值。 所謂聲強常以符號I代表，其為聲壓與空氣或傳播界質之粒子速度 u之乘積，以式子I=pu表示，其中p為聲壓而u為介質中粒子速度，物理 意義則表示單位面積所通過的聲波功率，其單位為 W. m2. ，而聲功率W. 則為聲強I乘以作用之面積A，可寫為W=IA。 聲音在空間中之傳播行為可由聲壓與密度間關係之狀態方程式 p = p ( ρ ) = Kρ γ. （3.2）. 及質量守恆概念之連續性方程式 ∂ρ = ∇(ρu ) = 0 ∂t. （3.3）. 與物體運動定律之動量方程式. ρ. Du = −∇p Dt. （3.4）. 13.
(34) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 等三方程式來推導出聲波之控制方程式【3】，【4】由合併前述三方程 式後經推導過程最後可得到聲波之波動方程式（Wave Equation）為 1 ∂2 p = ∇2 p 2 2 c ∂t. （3.5）. 在實際情況中我們常量測之聲場環境為距離聲源較遠之遠場，此 聲場類似點聲源球面波之聲場，此時使用空間中之球座標且因各角度 皆相同不具方向性，故聲波波動方程式為 ∂ 2 p 2 ∂p 1 ∂ 2 p = + ∂r r ∂r c 2 ∂t 2. （3.6）. 上式之解最後可得到 p (r , t ) =. A j ( wt − kr ) e r. （3.7）. 並且利用前面介紹過之動量方程式可以得到簡諧球面波之聲場粒子速 度u為. j⎞ p ⎛ u r = ⎜1 − ⎟ ⎝ kr ⎠ ρ 0 c. （3.8）. 及可得到特定聲學阻抗（specific acoustic impedance） ~z 值為 p kr + j ~ = ρ 0 ckr 2 2 = ρ 0 c cos e iθ （3.9） z = ur k r +1 及球面波之聲強I I=. P. 2. （3.10）. 2ρ 0 c. 及聲功率W. ~2 2π A W=. ρ0c. （3.11）. 二、反射係數與透射係數 當聲波行進經過不同之兩介質時，將會有部份聲波繼續行進透射而 過，而另一部份聲波則會造成反射現象，此即為聲波之基本物理現象，首先 介紹簡單之單層介質之情形，如圖3.1. 14.
(35) 第三章 吸音板理論機制. 介質一 pi. 介質二. pt. pr. r1 = ρ1c1. r2 = ρ 2 c 2. 圖3.1聲波正向入射示意圖 ~ 可定義聲壓透射係數 T 為. p ~ ~ T = ~t pi. （3.12）. ~ 聲壓反射係數 R 為. p ~ ~ R = ~r pi. （3.13）. 聲強透射係數 TI 2 ~ pt / 2r2 r1 ~ 2 It TI = = = T 2 ~ Ii pi / 2r1 r2. （3.14）. 其中 ri = ρ i ci , i = 1,2 為特徵阻抗 聲強反射係數 2 ~ pr / 2r1 ~ 2 Ir RI = = = R 2 ~ Ii pi / 2r1. （3.15）. 而聲功率部份之透射與反射定義則為聲功率透射係數 TW At I t At At r1 ~ 2 = = = T T T W I 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究 Ai I i Ai Ai r2. 而聲功率反射係數 RW. （3.16）. 15.
(36) RW =. Ar I r ~2 = RI = R Ai I i. （3.17）. 根據能量守恆定理則可得到 RW + TW = 1. （3.18）. 三、聲波入射反射行為與吸音係數 前面所述之情形為聲波相對於介質為正向入射時之情形，接下來要說 明當聲波之入射與介質有夾角為斜向入射時，如圖3.2. 介質一. 介質二. 反射波pr 透射波pt. θr. x. θi. 入射波pi x=0. 圖3.2聲波斜向入射示意圖 此時由界面上之阻抗連續條件如下 ~ pi + ~ pr ~ zn = ~ ~ ui cos θ i + u r cos θ r ~ 及阻抗 z = r + jx 可得到吸音係數通式 n. n. （3.19）. n. α θ = TW =. 4r1 rn cos θ i. (rn cos θ i + r1 )2 + (xn cos θ i )2. （3.20）. 而經由各角度值做平均可得隨機入射吸音係數 π 2. α r = 8∫ 0. 16. r1 rn cos 2 θ i dθ i. (rn cos θ i + r1 )2 + xn2 cos θ i. （3.21） 第三章 吸音板理論機制.
(37) 四、阻抗遞移定理與吸音係數 1.阻抗遞移定理 當傳播介質為兩層以上有多個界面時，界質間之阻抗具有關係式，當為 三層介質如圖3.3所示之情形時. 介質一. 介質二. pi. pa. pr. pb. 介質三. pt. x=0. x=l. 圖3.3 三層介質聲波入射示意圖 假設為簡諧聲場此時入射波可寫為 ~ p = pa e − jk 2 x + pb e jk 2 x. （3.20）. p p u~ = a e − jk 2 x − b e jk 2 x r2 r2. （3.21）. 則利用上述式子可將 x = 0 及 x = l 處之聲壓與速度可寫為下列式子 cos k 2 l p (0 )⎫ ⎡⎢ ⎧~ j ⎨~ ⎬ = ⎩u (0 )⎭ ⎢ r sin k 2 l ⎣ 2. jr2 sin k 2 l ⎤ ~ ⎥ ⎧⎨ p (l )⎫⎬ cos k 2 l ⎥ ⎩u~ (l )⎭ ⎦. 經由上下兩式相除,可得 ~ p (0 ) cos k 2l ⋅ ~ p (l ) + jr2 sin k 2l ⋅ u~ (l ) = j u~ (0 ) sin k 2l ⋅ ~ p (l ) + cos k 2l ⋅ u~ (l ) r2 z (0) 為 由上式可得阻抗 ~. ~ p (0) ~ = z (0) = r2 ~ u (0). （3.23）. ~ z (l ) cos k 2 l + jr2 sin k 2 l j~ z (l )sin k l + r cos k l 2. 2. （3.22）. （3.24）. 2. 此即為阻抗遞移定理，意即在 x = 0 處界面之阻抗值可由 x = l 處阻抗值來 推算，兩界面之阻抗值間有相互關係，可由最右端界面阻抗逐一迭代而 得到最左端之界面阻抗。 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 第二節吸音板吸音係數與空氣層厚度 17.
(38) 一、空氣層與吸音係數理論 當所要模擬之對象為吸音材背後有空氣層之情形時，如圖3.4之情形. 空氣. 吸音材. 空氣 測試平台(剛壁). L1. 界面 1. L2. 界面 2. 圖3.4 吸音材後有空氣層模式聲波入射示意圖 因本研究所探討之吸音板材質為岩綿類，其材料為多孔性材料，故依 Beranek及Ver之研究可估計聲場波數 ~ k = k − jα. （3.25）. 上式中 ⎛ρ f k = 1.0978⎜⎜ 0 k0 ⎝ R1 ⎛ρ f = 0.189⎜⎜ 0 k0 ⎝ R1. α. 其中 R1 =. ⎞ ⎟⎟ ⎠. −0.7. （3.26）. −0.595. （3.27）. ΔP 為流阻，另外特定聲學阻抗 Z = R + jX 以下面方式估算 du ⎛ρ f Xn = −0.087⎜⎜ 0 ρ 0c ⎝ R1. 18. ⎞ ⎟⎟ ⎠. ⎞ ⎟⎟ ⎠. −0.754. （3.28）.
(39) 第三章 吸音板理論機制. ⎛ρ f Rn = 1 + 0.571⎜⎜ 0 ρ0c ⎝ R1. ⎞ ⎟⎟ ⎠. −0.754. （3.29）. 利用阻抗遞移定理的關係可得到界面2阻抗. ~ ~ Z 2 = − jρ 0 cot k l2. （3.30）. 再使用一次阻抗遞移定理後可得界面1阻抗值. ~ ~ ~ − jρ 0 c cot k l2 cos k l1 + jr2 sin k l1 ~ Z1 = r2 ~ ~ ρ 0 c cot l2 sin k l1 + r2 cos k l1 最後可得到反射係數為 ~ ~ Z − ρ 0c R = ~1 Z1 + ρ 0 c. （3.31）. （3.32）. 所以正向吸音係數為. ~2. α0 = 1− R. （3.33）. 二、吸音板流阻值計算 利用前面之吸音板相關理論及阻抗遞移定理，可假設流阻值R1後利用 Berenark對多孔隙材料之理論決定波數k值，最後可推出隨機入射吸音係 數，而利用理論與實驗值之誤差比較及遞迴運算最後可得到吸音板各頻 率之流阻值，相關流程參考圖3.5. 19.
(40) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 圖3.5 吸音板材料流阻值計算流程圖. 20.
(41) 第四章 實驗計畫及成果. 第四章實驗計畫及成果 第一節 因子選定與實驗計畫簡介 吸音板之吸音性能可由前面之理論機制得知其板後空氣層於模擬中角色亦如 另一層傳播介質，故其厚度將會影響吸音板之性能表現，同時吸音板材料本身之 流阻亦對吸音性能具有影響，為探討此空氣層厚度、位置等對吸音效能之影響程 度，本研究實驗計畫可分為下列三個階段：. （1）以實驗方法探討空氣層厚度變化對吸音板吸音效果之影響。 （2）以實驗方法比較空氣層不同位置對吸音板吸音效果之影響(採雙層配置式,空 氣層分別位於雙層板中與位於板後。 （3）由假設吸音板流阻R1值，進行吸音板吸音係數理論值計算，並利用實驗資料 與理論運算結果進行比較，採用迭代運算方式以誤差最小方式求出吸音板實 際之流阻R值。實驗計畫進行流程如圖4.1所示. 21.
(42) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 資料及相關文獻收集. 研究與實驗方法設計. 進行空氣層變化吸音 係數實驗. 實驗結果整理. 分析空氣層厚度及位 置對實驗結果之影響. 利用假設流阻 R 值推 算理論隨機入射吸音 係數值. 比對吸音係數理論值 與實驗值，利用最小 誤差方法推得吸音板 真實流阻值. 結論與建議. 圖 4.1 研究實驗計畫流程圖 22.
(43) 第四章 實驗計畫及成果. 第二節 實驗方法簡介 本研究實驗計畫可分為二部分之實驗，分別為單層配置式吸音板空氣層變化 實驗、及雙層配置式吸音板空氣層變化實驗兩類，首先說明單層配置式吸音板空 氣層變化實驗： （1） 單層配置式吸音板空氣層變化實驗： 將於性能實驗中心 R6 音響實驗室進行，利用測試平台為可升降之功能，採用 一般國內常用之岩棉或玻璃棉類吸音板（603×603）配置於測試平台上，測試 平台最多可下降 30cm，故扣除吸音板厚度後即為其空氣層厚度，預訂將厚度 以每 5cm 變化量來進行實驗，相關配置如圖 4.2 所示. 吸音板. 空氣層 測試平台. 圖 4.2 單層配置式吸音板空氣層變化實驗配置圖 （2） 雙層配置式吸音板空氣層變化實驗： 為模擬空氣層位於兩吸音板間之情形，利用測試平台為可升降之功能，於測 試平台上下皆配置吸音板中間留空氣層，測試平台升降時即可變化兩板中空 氣層厚度，預訂將厚度以每 5cm 變化量來進行實驗，相關配置如圖 4.3 所示 吸音板. 空氣層 測試平台. 圖4.3雙層配置式吸音板空氣層變化實驗配置圖 23.
(44) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 本實驗預定將分別選用岩綿及玻璃綿吸音板來進行實驗，採每5cm變化空氣層厚度 方式，實驗分組如表4.1 表4.1 單、雙層配置空氣層厚度變化量實驗組表 編號. 實驗組 A 實驗組 B 實驗組 C 空氣層 （空氣層置於板下）（空氣層置於板下）（空氣層介於板中）厚度 （cm）. 1. 單層配置. 雙層配置. 雙層配置. 30. 2. 單層配置. 雙層配置. 雙層配置. 25. 3. 單層配置. 雙層配置. 雙層配置. 20. 4. 單層配置. 雙層配置. 雙層配置. 15. 5. 單層配置. 雙層配置. 雙層配置. 10. 6. 單層配置. 雙層配置. 雙層配置. 5. 7. 單層配置. 雙層配置. －. 0. 為增加實驗之可靠度本實驗將採用每實驗組皆進行兩次重複實驗方式來進行，並 分別選用玻璃綿及岩綿兩種吸音板材料來進行實驗。. 第三節 量測設備介紹及儀器配置 本所建築音響實驗館是國內首座符合ISO標準之音響實驗室【1】 【2】 ，館內共 有九間實驗室，分別為6間餘響室以及3間全(半)無響室，其中R6實驗室功能為材料 之吸音性能量測，所有測試均遵循ISO-354設計、待測件尺寸以4m*3m為基準，吸 音係數等級宣告以ISO-11654之αw為基準。實驗室可根據JIS-A-6301、CNS 9057、 ISO-11654及ASTM-C-423等規範進行吸音係數測試及宣告。測試原理為採用沙賓 之迴響時間量測方法，首先測量R6實驗室無測試件時迴響時間數據，然後將待測 24.
(45) 第四章 實驗計畫及成果. 件放置進R6實驗室內，再次測量迴響時間，利用沙賓公式來得到吸音材料之吸音 係數。實驗室配置圖如圖4.4. R6. 1. 全頻帶聲源. 2. 吋隨機麥克風. 試件安裝位置 測試平台. 圖4.4 R6音響實驗室實驗配置圖 R6實驗室內容積為350m3，截止頻率為80Hz，量測頻寬範圍為100Hz~5000Hz，可供 吸音材測試平臺尺寸為3960mm×2960mm，平台最大可下降30cm，背景噪音為R6/ NR-5 。儀器採用5支B&K 4943隨機音場麥克風搭配Pulse-3560E頻譜分析儀進行音場量 測，音源則為JBL, SR-X series指向性音源及Crown CTs-1200聲源功率放大器. 第四節 玻纖板實驗成果 本研究預定選擇目前常用之岩綿與玻璃纖維綿材質之吸音板材進行實驗，目 前進行玻璃纖維綿材質部分，經由調查後選用目前常用之板厚 15cm 玻璃纖維綿吸 音板進行實驗，依照表 4.1 之實驗分組進行實驗組 A 至 C 之實驗。 （一）實驗組 A－ 實驗組 A 是採用單層配置之 15cm 厚玻璃纖維綿吸音板，置放於 R6 實驗室測 試平台上以每 5cm 變化量依 ISO354（CNS9056） 、ISO11654（CNS15218） 【11】 【12】 分別進行板後空氣層 30cm 至 0cm 之實驗及宣告，為了實驗可靠度每實驗組皆進 行相同之 2 次實驗取平均值，綜合最後各組實驗吸音係數結果如圖 4.5 25.
(46) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 單層配置吸音係數圖 1.2. 1. 0.8. 空氣層ocm. 吸音係數. 空氣層5cm 空氣層10cm 空氣層15cm. 0.6. 空氣層20cm 空氣層25cm 0.4. 空氣層30cm. 0.2. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. 頻率(Hz). 圖4.5 單層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（分組A） 若分別將頻譜圖中各頻率吸音係數分別繪製吸音係數變化圖，如圖4.6至圖4.12. 125hZ吸音係數變化圖. 100Hz吸音係數變化圖 0.40. 0.45. 0.35. 0.40 0.35. 0.30. 0.30 吸音係數. 吸音係數. 0.25 0.20. 0.25 0.20. 0.15. 0.15 0.10. 0.10. 0.05. 0.05. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 圖4.6實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（100Hz、125Hz）. 26. 25. 30.
(47) 第四章 實驗計畫及成果. 160Hz吸音係數變化圖. 200Hz吸音係數變化圖. 0.70. 0.80. 0.60. 0.70 0.60. 0.50. 吸音係數. 吸音係數. 0.50. 0.40. 0.30. 0.40 0.30. 0.20. 0.20. 0.10. 0.10 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 0. 30. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 25. 30. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 空氣層厚度(cm). 圖4.7實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（160Hz、200Hz） 315Hz吸音係數變化圖. 250Hz吸音係數變化圖. 0.90. 0.70. 0.80. 0.60. 0.70 0.50. 吸音係數. 吸音係數. 0.60 0.40. 0.30. 0.50 0.40 0.30. 0.20. 0.20 0.10. 0.10. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 空氣層厚度(CM). 15. 20. 空氣層厚度(cm). 圖4.8實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（250Hz、315Hz） 400Hz吸音係數變化圖. 500Hz吸音係數變化圖 1.00. 1.20. 0.90 1.00. 0.80 0.70. 0.80 吸音係數. 吸音係數. 0.60 0.60. 0.50 0.40. 0.40. 0.30 0.20. 0.20. 0.10 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度(cm). 圖4.9實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（400Hz、500Hz）. 27.
(48) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 800Hz吸音係數變化圖. 1.00. 1.00. 0.90. 0.90. 0.80. 0.80. 0.70. 0.70. 0.60. 0.60 吸音係數. 吸音係數. 630Hz吸音係數圖. 0.50. 0.50. 0.40. 0.40. 0.30. 0.30. 0.20. 0.20. 0.10. 0.10. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 空氣層厚度. 圖4.10實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（630Hz、800Hz）. 1250Hz吸音係數圖 1000Hz吸音係數變化圖 1.00 1.00. 0.90. 0.90. 0.80. 0.80. 0.70. 0.70 吸音係數. 0.60. 0.50. 0.50 0.40. 0.40. 0.30. 0.30. 0.20. 0.20. 0.10. 0.10. 0.00 0. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 30. 空氣層厚度. 圖4.11實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（1000Hz、1250Hz） 1600Hz吸音係數圖. 2000Hz吸音係數圖 0.87. 1.00 0.90. 0.86. 0.80 0.85 0.70 0.84 吸音係數. 0.60 吸音係數. 吸音係數. 0.60. 0.50 0.40. 0.83 0.82. 0.30 0.81 0.20 0.80. 0.10 0.00. 0.79 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 空氣層厚度(cm). 圖4.12實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（1600Hz、2000Hz） 28. 30.
(49) 第四章 實驗計畫及成果. 3150Hz吸音係數圖 2500Hz吸音係數圖 0.92 0.89 0.90 0.88 0.88 吸音係數. 吸音係數. 0.87. 0.86. 0.85. 0.86. 0.84. 0.84 0.82 0.83 0.80 0. 0.82 0. 5. 10. 15. 20. 25. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度. 30. 空氣層厚度. 圖4.13實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（2500Hz、3150Hz）. 5000Hz吸音係數圖 0.96. 0.94. 0.94. 0.92. 0.92. 0.90. 0.90. 吸音係數. 吸音係數. 4000Hz吸音係數圖 0.96. 0.88. 0.88. 0.86. 0.86. 0.84. 0.84. 0.82. 0.82 0. 5. 10. 15 空氣層厚度. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 圖4.14實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（4000Hz、5000Hz） 由圖4.5觀察可得知實驗組A中於2000Hz以下之吸音係數會隨著空氣層變化而 影響其值，而隨著空氣層由0cm增加到10cm，頻率630Hz以下區域範圍之吸音係數 也隨之增大而有正比之關係，630Hz至2000Hz區域內之吸音係數也具有前述隨著空 氣層厚度增加而有增加之趨勢，但此區域內以空氣層5cm及10cm時吸音效果較好， 而其餘係數則大約分佈在0.6至0.8間，另外分別將各頻帶之吸音係數變化值繪製 成圖如圖4.6至4.12所示，同樣可看出630Hz以下係數變化與空氣層厚度成正比關 係，630Hz吸音係數則以空氣層厚20cm時為最大，1000Hz至2000Hz則以空氣層厚5cm 時為最佳值，但2500Hz至5000Hz較高頻區域則空氣層厚度增大對吸音係數之增大 效應不明顯，且隨著空氣層變化而吸音係數變化行為不規則，但以一般常用之空 氣層厚度30cm之配置則恰為吸音係數較小值而不利吸音效果。 於2000Hz以上區間則空氣層變化對吸音係數之影響不大，若以ISO11654進行 29. 25. 30.
(50) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 各次實驗單一數值宣告，其結果如表4.2，由此表可明顯得到隨著空氣層增加吸音 板之吸音係數單一數值 α W 也隨之增大，此結論與前面之討論相似，但以空氣層為 25cm時為吸音係數最大值。. 表4.2 實驗組A空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 吸音係數 α W （ISO11654） 編號 空氣層厚度（cm）. 1. 0. 0.3. 2. 5. 0.5. 3. 10. 0.7. 4. 15. 0.8. 5. 20. 0.75. 6. 25. 0.85. 7. 30. 0.8. （二）實驗組B－ 本實驗是採用與分組A相同之玻璃纖維吸音板，但為模擬吸音板厚度增厚之效 應，採雙層配置厚度為15cm+15cm（30cm）厚置放於R6實驗室測試平台上，以每 5cm變化量依ISO354（CNS9056） 、ISO11654（CNS15218）分別進行板後空氣層30cm 至0cm之實驗及宣告，為了實驗可靠度每實驗組皆進行相同之2次實驗取平均值， 綜合最後各組實驗吸音係數結果如圖4.13. 30.
(51) 第四章 實驗計畫及成果. 單層配置吸音係數圖 1.2. 1. 0.8. 空氣層ocm. 吸音係數. 空氣層5cm 空氣層10cm 空氣層15cm. 0.6. 空氣層20cm 空氣層25cm 0.4. 空氣層30cm. 0.2. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. 頻率(Hz). 圖4.15 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（分組B） 若分別將頻譜圖中各頻率吸音係數分別繪製吸音係數變化圖，如圖4.13至圖4.22. 100Hz吸音係數變化圖. 125hZ吸音係數變化圖. 0.40. 0.70. 0.35. 0.60. 0.30. 0.50. 吸音係數. 吸音係數. 0.25 0.20. 0.40. 0.30. 0.15 0.20. 0.10. 0.10. 0.05 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 圖4.16實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（100Hz、125Hz）. 31. 25. 30.
(52) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 160Hz吸音係數變化圖. 200Hz吸音係數變化圖 0.90. 0.70. 0.80. 0.60. 0.70 0.50. 吸音係數. 0.30. 0.50 0.40 0.30. 0.20 0.20 0.10. 0.10. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 0. 30. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 空氣層厚度(cm). 圖4.17實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（160Hz、200Hz）. 250Hz吸音係數變化圖. 315Hz吸音係數變化圖. 0.80. 0.90. 0.70. 0.80 0.70. 0.60. 0.60 吸音係數. 吸音係數. 0.50 0.40. 0.50 0.40. 0.30 0.30 0.20. 0.20. 0.10. 0.10. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 0. 30. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 空氣層厚度(CM). 圖4.18實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（250Hz、315Hz） 400Hz吸音係數變化圖. 500Hz吸音係數變化圖. 1.20. 1.20. 1.00. 1.00. 0.80. 0.80 吸音係數. 吸音係數. 吸音係數. 0.60 0.40. 0.60. 0.60. 0.40. 0.40. 0.20. 0.20. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 圖4.19實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（400Hz、500Hz） 32. 20.
(53) 第四章 實驗計畫及成果. 800Hz吸音係數變化圖 1.20. 1.00. 1.00. 0.80. 0.80 吸音係數. 1.20. 0.60. 0.60. 0.40. 0.40. 0.20. 0.20. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 空氣層厚度. 圖4.20實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（630Hz、800Hz）. 1250Hz吸音係數圖 1.02. 0.99. 1.00. 0.97. 0.98. 0.95. 0.96 吸音係數. 1.01. 0.93. 0.94. 0.91. 0.92. 0.89. 0.90. 0.87. 0.88. 0.85. 0.86 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 空氣層厚度. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 圖4.21實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（1000Hz、1250Hz）. 1600Hz吸音係數圖. 2000Hz吸音係數圖. 1.02. 1.01. 1.00. 1.00. 0.98. 0.99. 吸音係數. 吸音係數. 1000Hz吸音係數變化圖. 吸音係數. 吸音係數. 630Hz吸音係數圖. 0.96. 0.98. 0.97. 0.94 0.96 0.92 0.95 0.90 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0.94 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度(cm). 圖4.22實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（1600Hz、2000Hz）. 33. 25. 30.
(54) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究 2500Hz吸音係數圖. 3150Hz吸音係數圖 1.01. 1.01. 1.00 1.00 1.00 0.99 吸音係數. 吸音係數. 1.00. 0.99. 0.99 0.98 0.98. 0.99. 0.97 0.98 0.97 0.98. 0.96 0. 5. 10. 15. 20. 25. 0. 30. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 25. 30. 空氣層厚度. 空氣層厚度. 圖4.23實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（2500Hz、3150Hz） 5000Hz吸音係數圖 4000Hz吸音係數圖 1.01 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 0.98 吸音係數. 吸音係數. 1.00 0.99. 0.97. 0.99. 0.96. 0.99. 0.95. 0.99. 0.94. 0.99 0.93 0. 0.98 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 空氣層厚度. 圖4.24實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（4000Hz、5000Hz） 由圖4.13可得知於採雙層配置厚度為15cm+15cm（30cm）厚之吸音板模擬厚度加 厚時，其吸音係數變化趨勢仍有隨著空氣層厚度增加而增大之情形，但於1600Hz 以上之頻率則空氣層厚度之影響逐漸減小，並與單層配置時相同於630Hz以下時空 氣層厚度由0cm至10cm區間之變化對吸音係數之影響較大，但與單層配置時不同 處為630Hz至1600Hz區間不同空氣層厚度之吸音係數值變化量較單層時小，數值也 較為集中。另外觀察圖4.14至圖4.22之各頻率吸音係數變化圖可得到100Hz至315Hz 間吸音係數隨著空氣層厚度增大而有漸增之效果，而400Hz至800Hz區間則影響較 小，變化曲線呈現水平方式而以空氣層厚度10cm與15cm吸音係數為最佳，1000Hz 至2000Hz區域則隨著空氣層增加吸音係數呈現較大之起伏變化現象，2500Hz至 4000Hz區域則曲線呈現平原區段，表示此較高頻率區域因聲波吸音效果較好，空 氣層變化對此區域吸音效果之影響量不大，空氣層變化量對吸音係數變化行為影 響約可簡略劃分為上述4區塊。 若以ISO11654（CNS15218）進行各次實驗單一數值宣告，其結果如表4.3， 34.
(55) 第四章 實驗計畫及成果. 由表4.3可得知 表4.3 實驗組B空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 吸音係數 α W （ISO11654） 編號 空氣層厚度（cm）. 1. 0. 0.5. 2. 5. 0.7. 3. 10. 0.95. 4. 15. 0.95. 5. 20. 0.95. 6. 25. 0.95. 7. 30. 0.9. 吸音板厚度加厚後之吸音效果明顯較單層配置時增加，於空氣層厚度調整至10cm 時由ISO11654規範宣告所到之吸音係數單一數值 α W 可到0.95，同時空氣層厚度變 化仍對吸音板之吸音效果具相當影響，當空氣層厚度為0時 α W 為0.5，僅為10cm時 之一半，另外也可觀察到當板後空氣層為25cm時較30cm之 α W 好，故並非空氣層越 大對吸音效果會越好，同時若比較表4.2與4.3可得到當單層吸音板若空氣層為 25cm時 α W 為0.85，較雙層時但空氣層厚度0至5cm時要優良，故並非一味加厚板材 就可得到更好之吸音效果，而是需要同時考量板後空氣層厚度之影響效應。. （三）實驗組C－ 本實驗是採用與分組B相同之玻璃纖維吸音板，但為模擬空氣層位於吸音板中 間時之吸音係數變化效應，採用與實驗組B相同之雙層配置厚度為15cm+15cm （30cm）厚之吸音板，分兩層置放於R6實驗室測試平台上與上方測試架，以每5cm 變化量依ISO354（CNS9056）、ISO11654（CNS15218）分別進行板後空氣層30cm至 0cm之實驗及宣告，為了實驗可靠度每實驗組皆進行相同之2次實驗取平均值，綜 合最後各組實驗吸音係數結果如圖4.23. 35.
(56) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 雙層配置吸音係數圖 1.2. 1. 0.8. 空氣層ocm. 吸音係數. 空氣層5cm 空氣層10cm 空氣層15cm. 0.6. 空氣層20cm 空氣層25cm 0.4. 空氣層30cm. 0.2. 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. 頻率(Hz). 圖4.25 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（分組C） 若分別將頻譜圖中各頻率吸音係數分別繪製吸音係數變化圖，如圖4.24至圖4.32. 100Hz吸音係數變化圖. 125hZ吸音係數變化圖 0.45. 0.35. 0.40. 0.30. 0.35 0.25. 吸音係數. 吸音係數. 0.30 0.20. 0.15. 0.25 0.20 0.15. 0.10 0.10 0.05. 0.05. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 圖4.26 實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（100Hz、125Hz）. 36. 25. 30.
(57) 第四章 實驗計畫及成果. 160Hz吸音係數變化圖. 200Hz吸音係數變化圖. 0.70. 0.80. 0.60. 0.70 0.60. 0.50. 吸音係數. 吸音係數. 0.50 0.40. 0.30. 0.40 0.30. 0.20. 0.20. 0.10. 0.10. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 圖4.27實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（160Hz、200Hz）. 315Hz吸音係數變化圖 250Hz吸音係數變化圖 0.90 0.80 0.80 0.70. 0.70. 0.60 吸音係數. 0.60. 吸音係數. 0.50 0.40. 0.50 0.40 0.30. 0.30. 0.20 0.20 0.10 0.10 0.00 0. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 30. 空氣層厚度(CM). 圖4.28實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（250Hz、315Hz） 500Hz吸音係數變化圖 1.20. 1.00. 1.00. 0.80. 0.80 吸音係數. 吸音係數. 400Hz吸音係數變化圖 1.20. 0.60. 0.60. 0.40. 0.40. 0.20. 0.20. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度(cm). 圖4.29實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（400Hz、500Hz）. 37. 25. 30.
(58) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究 800Hz吸音係數變化圖 630Hz吸音係數圖. 1.20 1.20. 1.00 1.00. 0.80 吸音係數. 吸音係數. 0.80. 0.60. 0.60. 0.40. 0.40. 0.20. 0.20. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 0. 30. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度. 空氣層厚度(cm). 圖4.30實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（630Hz、800Hz） 1250Hz吸音係數圖 1.05. 1.00. 1.00. 0.80. 0.95 吸音係數. 吸音係數. 1000Hz吸音係數變化圖 1.20. 0.60. 0.90. 0.40. 0.85. 0.20. 0.80. 0.00. 0.75 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 空氣層厚度. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 圖4.31實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（1000Hz、1250Hz） 1600Hz吸音係數圖. 2000Hz吸音係數圖. 1.02. 1.00. 1.00. 0.99 0.98. 0.98. 0.97. 0.96 吸音係數. 吸音係數. 0.96 0.94 0.92. 0.95 0.94. 0.90. 0.93. 0.88. 0.92. 0.86. 0.91. 0.84. 0.90 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度(cm). 圖4.32實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（1600Hz、2000Hz）. 38. 25. 30.
(59) 第四章 實驗計畫及成果. 3150Hz吸音係數圖. 1.00. 1.00. 0.99. 0.99. 0.98. 0.98. 0.97. 0.97 吸音係數. 吸音係數. 2500Hz吸音係數圖. 0.96 0.95. 0.96 0.95. 0.94. 0.94. 0.93. 0.93. 0.92. 0.92. 0.91. 0.91 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 空氣層厚度. 15. 20. 25. 30. 25. 30. 空氣層厚度. 圖4.33實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（2500Hz、3150Hz） 4000Hz吸音係數圖. 5000Hz吸音係數圖. 1.01. 1.01. 1.00. 1.00. 1.00. 0.99. 0.99 吸音係數. 吸音係數. 0.98 0.99 0.98. 0.97 0.96. 0.98 0.95. 0.97. 0.94. 0.97 0.96. 0.93 0. 5. 10. 15 空氣層厚度. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 圖4.34實驗分組C吸音係數－空氣層厚度變化圖（4000Hz、5000Hz） 本實驗分組C為採用雙層配置式吸音板，但與實驗分組B不同處為空氣層改置於兩 層吸音板之中間，亦即兩吸音板中有一空氣夾層，實驗設計則與實驗分組A、B相 同空氣層由0cm至30cm變化，觀察圖4.23可得知空氣層變化量對吸音板之吸音係數 值有顯著影響，由曲線變化方式可將空氣層0cm、5cm及10cm歸納為一組具有類似 之變化情形，而空氣層厚度15cm、20cm、25cm及30cm可歸納為另一組，而當空氣 層為0cm至10cm區段其吸音係數隨著空氣層厚度增加，於1600Hz以下吸音效果呈現 明顯增大現象，而於1600Hz以上則空氣層厚度變化對其吸音效果影響不大，而空 氣層厚度15cm至 30cm這一組則由圖4.23之曲線變化可以得知空氣層變化對於吸 音板1600Hz以下吸音效果影響並不顯著，但本組於630Hz至800Hz處吸音係數有明 顯之下降。 另外由圖4.24至圖4.32可得到630Hz至1000Hz時空氣層厚度對吸音係數之影 響量幾較小，但1250Hz至2500Hz之範圍則隨著空氣層厚度增加吸音係數值有減小 之趨勢，而於2500Hz至5000Hz之範圍則吸音係數上下跳動無一致之變化趨勢。. 39.
(60) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 若以ISO11654（CNS15218）進行各次實驗單一數值宣告，其結果如表4.4 表4.4 實驗組C空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 吸音係數 α W （ISO11654） 編號 空氣層厚度（cm）. 1. 0. 0.5. 2. 5. 0.7. 3. 10. 0.85. 4. 15. 0.85. 5. 20. 0.85. 6. 25. 0.9. 7. 30. 0.85. 由表4.4之ISO11654宣告所得之吸音係數 α W 值可得知以空氣層厚度25cm時所得到 之單一數值吸音係數為最好0.9，同時比較實驗組B與實驗組C之實驗結果可得知雖 兩者皆為雙層配置式，但單一數值吸音係數仍以實驗組B之結果較佳，當空氣層為 0cm至5cm時兩者結果相同，但空氣層厚度為10cm至30cm之區段實驗組之結果普遍 較實驗組C為佳。. 40.
(61) 第四章 實驗計畫及成果. 第五節 岩綿板實驗成果 本研究岩綿板部分選用目前常用之板厚 15cm 岩綿吸音板進行實驗，依照表 4.1 之實驗分組進行實驗組 A 至 C 之實驗。 （一）實驗組 A－ 實驗組 A 是採用單層配置之 15cm 厚岩綿吸音板，置放於 R6 實驗室測試平台 上以每 5cm 變化量依 ISO354（CNS9056） 、ISO11654（CNS15218）分別進行板後空 氣層 30cm 至 0cm 之實驗及宣告，為了實驗可靠度每實驗組皆進行相同之 2 次實 驗取平均值，綜合最後各組實驗吸音係數結果如圖 4.35 單層配置吸音係數圖 0.8 0.7 0.6 空氣層ocm 吸音係數. 0.5. 空氣層5cm 空氣層10cm. 0.4. 空氣層15cm 空氣層20cm 空氣層25cm. 0.3. 空氣層30cm 0.2 0.1 0. 圖4.35 單. 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. 頻率(Hz). 層配. 置式岩綿吸音板吸音係數變化圖（分組A）. 若分別將頻譜圖中各頻率吸音係數分別繪製吸音係數變化圖，如圖4.36至圖4.44.
(62) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究 41. 125hZ吸音係數變化圖 100Hz吸音係數變化圖 0.60 0.50 0.50. 0.45 0.40. 0.40 吸音係數. 0.35. 吸音係數. 0.30 0.25. 0.30. 0.20. 0.20 0.15. 0.10. 0.10 0.05. 0.00 0. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度. 30. 空氣層厚度(cm). 圖4.36實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（100Hz、125Hz）. 200Hz吸音係數變化圖. 0.60. 0.60. 0.50. 0.50. 0.40. 0.40 吸音係數. 吸音係數. 160Hz吸音係數變化圖. 0.30. 0.30. 0.20. 0.20. 0.10. 0.10. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 空氣層厚度(cm). 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 圖4.37實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（160Hz、200Hz） 315Hz吸音係數變化圖. 250Hz吸音係數變化圖. 0.60. 0.45 0.40. 0.50 0.35 0.30 吸音係數. 吸音係數. 0.40. 0.30. 0.20. 0.25 0.20 0.15 0.10. 0.10 0.05 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度(CM). 圖4.38實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（250Hz、315Hz） 42. 25. 30.
(63) 第四章 實驗計畫及成果 500Hz吸音係數變化圖. 0.70. 0.70. 0.60. 0.60. 0.50. 0.50. 吸音係數. 吸音係數. 400Hz吸音係數變化圖. 0.40. 0.30. 0.40. 0.30. 0.20. 0.20. 0.10. 0.10. 0.00. 0.00. 0. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 5. 10. 30. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 空氣層厚度(cm). 圖4.39實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（400Hz、500Hz）. 800Hz吸音係數變化圖 0.80. 0.60. 0.70. 0.50. 0.60 0.50. 0.40. 吸音係數. 吸音係數. 630Hz吸音係數圖 0.70. 0.30. 0.40 0.30. 0.20. 0.20 0.10. 0.10 0.00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0.00. 空氣層厚度(cm). 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度. 圖4.40實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（630Hz、800Hz） 1250Hz吸音係數圖. 0.80. 0.66. 0.70. 0.64. 0.60. 0.62. 0.50. 0.60 吸音係數. 吸音係數. 1000Hz吸音係數變化圖. 0.40. 0.58. 0.30. 0.56. 0.20. 0.54. 0.10. 0.52. 0.00. 0.50 0. 5. 10. 15 空氣層厚度. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 空氣層厚度(cm). 圖4.41實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（1000Hz、1250Hz）. 43. 30.
(64) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究. 1600Hz吸音係數圖. 2000Hz吸音係數圖. 0.62. 0.56. 0.60. 0.54. 0.58. 吸音係數. 吸音係數. 0.52 0.56. 0.54. 0.50. 0.48 0.52 0.46. 0.50. 0.48. 0.44 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 空氣層厚度(cm). 圖4.42實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（1600Hz、2000Hz） 3150Hz吸音係數圖 2500Hz吸音係數圖 0.48 0.52 0.51. 0.47. 0.50 0.49 吸音係數. 吸音係數. 0.46. 0.45. 0.48 0.47. 0.44. 0.46 0.43 0.45 0.42 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 0.44 0. 空氣層厚度. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 空氣層厚度. 圖4.43實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（2500Hz、3150Hz） 5000Hz吸音係數圖. 4000Hz吸音係數圖 0.37. 0.46. 0.36. 0.45 0.35. 0.44. 0.34. 吸音係數. 吸音係數. 0.33. 0.43. 0.42. 0.32 0.31 0.30. 0.41 0.29. 0.40. 0.28 0.27. 0.39 0. 5. 10. 15 空氣層厚度. 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 空氣層厚度. 圖4.44實驗分組A吸音係數－空氣層厚度變化圖（4000Hz、5000Hz） 44. 30.
(65) 第四章 實驗計畫及成果. 由圖4.35觀察可得知實驗組A中於800Hz以下之吸音係數會隨著空氣層變化而 變化其值，而隨著空氣層由0cm增加到30cm，吸音係數也隨之起伏變大且大致上有 隨著空氣層厚度增大而有正比之關係，另觀察圖4.36至圖4.44可知在岩綿板在低 頻部份如100Hz至315Hz時，空氣層厚度增加對吸音係數之增大有顯著之效果，另 400Hz至1000Hz區間則可觀察到吸音係數變化則小，空氣層變化對其影響不大，另 外1250Hz至5000Hz則恰有相反之情形，空氣層越厚則吸音係數反而減小。 若以ISO11654（CNS15218）進行各次實驗單一數值宣告，其結果如表4.5，由 此表可得到隨著空氣層增加吸音板之吸音係數單一數值 α W 皆為0.5並無變化，此與 玻纖版之結果不同。. 表4.5 實驗組A空氣層厚度變化量－吸音係數單一數值表 吸音係數 α W （ISO11654） 編號 空氣層厚度（cm）. 1. 0. 0.5. 2. 5. 0.5. 3. 10. 0.5. 4. 15. 0.5. 5. 20. 0.5. 6. 25. 0.5. 7. 30. 0.5. （二）實驗組B－ 本實驗是採用與分組A相同之岩綿吸音板，但為模擬吸音板厚度增厚之效應，採 雙層配置厚度為15cm+15cm（30cm）厚置放於R6實驗室測試平台上，以每5cm變 化量依ISO354（CNS9056） 、ISO11654（CNS15218）分別進行板後空氣層30cm至0cm 之實驗及宣告，為了實驗可靠度每實驗組皆進行相同之2次實驗取平均值，綜合最 後各組實驗吸音係數結果如圖4.45. 45.
(66) 空氣層厚度變化量對單、雙層配置式吸音板吸音效果之研究 單層配置吸音係數圖 0.8 0.7 0.6. 吸音係數. 空氣層ocm 0.5. 空氣層5cm. 0.4. 空氣層10cm 空氣層15cm 空氣層20cm 空氣層25cm. 0.3. 空氣層30cm 0.2 0.1 0 100. 125. 160. 200. 250. 315. 400. 500. 630. 800. 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000. 頻率(Hz). 圖4.45 雙層配置式玻璃纖維吸音板吸音係數變化圖（分組B） 若分別將頻譜圖中各頻率吸音係數分別繪製吸音係數變化圖，如圖4.13至圖4.22. 100Hz吸音係數變化圖. 125hZ吸音係數變化圖 0.35. 0.60. 0.30. 0.50. 0.25. 吸音係數. 吸音係數. 0.40. 0.30. 0.20. 0.15. 0.20 0.10 0.10. 0.05. 0.00. 0.00 0. 5. 10. 15 空氣層厚度(cm). 20. 25. 30. 0. 5. 10. 15. 20. 空氣層厚度. 圖4.46實驗分組B吸音係數－空氣層厚度變化圖（100Hz、125Hz）. 46. 25. 30.
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