多孔性吸聲材料的分類和性能

2017-7-28 10:58:52 諾聲聲學(xué)

今天，與諾聲聲學(xué)一起來了解一下多孔性吸聲材料的分類和性能吧：

1、什么是多孔性吸聲材料
從構(gòu)造特征上來說，多孔性吸聲材料從外到內(nèi)應(yīng)具有大量互相貫通的微孔，也即具有適當(dāng)?shù)耐笟庑裕唧w要求如下：
（1）材料內(nèi)部應(yīng)有大量的微孔和間隙，不僅材料中空氣體積與材料總體積之比（即孔隙率）要高，而且這些孔隙應(yīng)盡可能細(xì)小，并在材料內(nèi)部均勻分布，這樣材料內(nèi)部筋絡(luò)總表面積大，有利于聲能吸收。
（2）材料內(nèi)部的微孔應(yīng)該是互相貫通的，而不應(yīng)是密閉的，單獨(dú)的氣泡和密閉間隙不起吸聲作用。
（3）微孔向外敞開，使聲波易于進(jìn)入微孔內(nèi)，不具有敞開微孔，僅有凹凸表面的材料不會(huì)有好的吸聲性能。
凡符合多孔材料構(gòu)造特征的，都可以作為多孔性吸聲材料加以利用。

2、多孔性吸聲材料的吸聲原理主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
一是當(dāng)聲波入射到多孔材料表面時(shí)激發(fā)起微孔內(nèi)的空氣振動(dòng)，空氣與固體筋絡(luò)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于空氣的黏滯性，在微孔內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的黏滯阻力，使振動(dòng)空氣的動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲能衰減。
二是在空氣絕熱壓縮時(shí)，空氣與孔壁間不斷發(fā)生熱交換，由于熱傳導(dǎo)的作用，也會(huì)使聲能轉(zhuǎn)化為熱能。

多孔性吸聲材料的吸聲特性曲線總的變化趨勢(shì)是吸聲系數(shù)隨頻率的增加而增大，曲線由低頻向高頻逐步升高，在高頻段出現(xiàn)不同程度的起伏，隨著頻率的升高，起伏逐步縮小，趨向一個(gè)緩慢變化的數(shù)值。

纖維類多孔性吸聲材料在工程中應(yīng)用最為廣泛，其具有如下吸聲特性：
（1）隨頻率增加，吸聲系數(shù)增大，呈現(xiàn)多孔材料的吸聲特性。
（2）在低、中頻范圍內(nèi)，厚度有最大的影響，厚度增加，吸聲系數(shù)隨之增加。當(dāng)增加背后空氣層厚度時(shí)，低頻吸聲系數(shù)隨之增加。
（3）增加材料的體積密度，在中、低頻吸聲系數(shù)有增大趨勢(shì)，但由于纖維粗細(xì)的影響，體積密度并不和吸聲系數(shù)相對(duì)應(yīng)。
（4）飾面材料往往降低高頻吸聲系數(shù)。
（5）纖維粗細(xì)對(duì)材料吸聲系數(shù)有一定的影響。在體積密度相同時(shí)，材料吸聲系數(shù)隨纖維直徑的增大而迅速降低，纖維直徑越小，平均吸聲系數(shù)越大。

泡沫類多孔性吸聲材料，由于內(nèi)部微孔貫通程度不一，吸聲系數(shù)偏低，使用較少。

顆粒類多孔性吸聲材料，其耐潮、防火、耐腐蝕、強(qiáng)度較高，適用于具有調(diào)整氣流的強(qiáng)噪聲排氣消聲結(jié)構(gòu)，工程上常用粒料加黏結(jié)劑和部分填料制成吸聲砌塊或吸聲板材使用，工程實(shí)際應(yīng)用中其吸聲性能優(yōu)于泡沫類材料，但不如纖維類材料。

3、影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素
從材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)看，影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素主要是流阻、孔隙率和結(jié)構(gòu)因數(shù)。但從工程實(shí)用角度，主要涉及材料厚度、材料容重、空氣層、護(hù)面層等因素。

（1）材料的厚度
多孔性吸聲材料的低頻吸聲系數(shù)一般較低，當(dāng)材料厚度增加時(shí)，低頻吸聲系數(shù)增加很快，而對(duì)高頻吸聲系數(shù)的影響很小。
對(duì)同種材料而言，材料厚度加倍，吸聲系數(shù)最大的頻率向低頻方向移動(dòng)一個(gè)倍頻程。
若吸聲材料層背后為剛性壁面，則最佳吸聲頻率聲波波長(zhǎng)的1/4等于材料厚度。
對(duì)于容重為20kg/m3的不同厚度超細(xì)玻璃棉的典型吸聲特性曲線。厚度增大低頻吸聲系數(shù)增加很快。

（2）材料的容重
在材料厚度一定的情況下，當(dāng)容重增加時(shí)，較大吸聲系數(shù)值將向低頻方向移動(dòng)。
在實(shí)用范圍內(nèi)，材料的容重比材料的厚度所引起的吸聲系數(shù)變化要小。同時(shí)，容重過大，吸聲系數(shù)降低。
因此各種吸聲材料有其最佳容重，如目前工程使用較多的離心玻璃棉以24~48kg/m3為佳。
針對(duì)生產(chǎn)的5cm厚度，容重不同的超細(xì)玻璃棉的典型吸聲特性曲線。容重增大，低頻吸聲系數(shù)增加較快。

（3）空氣層
為了改善吸聲材料的低頻吸聲性能，可在材料層與剛性壁面之間留有一定厚度的空腔，這相當(dāng)于增加材料層的有效厚度，而且還比單純?cè)黾硬牧虾穸然蛉葜馗鼮榻?jīng)濟(jì)。
當(dāng)空氣層厚度接近1/4入射聲波波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，對(duì)該聲波的吸聲系數(shù)最大；
當(dāng)空氣層厚度接近1/2入射聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，吸聲系數(shù)最小。
實(shí)用時(shí)，后面空氣層過厚不切實(shí)際，太薄對(duì)低頻作用不大，因此，在墻上的空氣層以5~10cm較為適當(dāng)。對(duì)于平頂，則視實(shí)際需要以及空間尺寸選取更大的距離。

（4）護(hù)面層
多孔性吸聲材料一般很疏松，直接用于室內(nèi)既無法固定，又不美觀，因而需要在其表面覆蓋護(hù)面層，常用構(gòu)造如下：
一、護(hù)面穿孔板
以金屬薄板、硬質(zhì)纖維板、膠合板、塑料薄片等最多，但在板面上必須鉆圓孔，開槽縫或做其他花紋。
面板的穿孔率（穿孔總面積與未穿孔總面積之比）在不影響板材結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度條件下盡可能選大些，一般宜不小于20%。只有在特殊情況下，才可取較小的穿孔率。穿孔率越大，對(duì)中、高頻的吸聲性能越好；穿孔率越小，則對(duì)中、高頻吸聲性能較差，而對(duì)低頻則吸聲性能較好。
若穿孔板的穿孔率小于20%，由于高頻聲波的繞射作用較弱，因此高頻吸聲效果會(huì)受到影響。對(duì)于圓孔而言，以孔徑取3~6mm居多。
二、織物和網(wǎng)紗
為了防止多孔性吸聲材料從小孔中鉆出，通常可用玻璃纖維布、紗布、塑料網(wǎng)紗、金屬絲網(wǎng)、拉網(wǎng)鋼板等將多孔材料表面予以覆蓋。這些護(hù)面材料因穿孔率高，幾乎不影響多孔材料的吸聲性能。有時(shí)還可將織物預(yù)制成袋狀，在袋內(nèi)填入多孔材料，施工時(shí)十分方便。裝飾要求不高的環(huán)境，為了節(jié)省投資，也可省略穿孔護(hù)面層。

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