吸聲材料有哪些

吸聲板具有較強(qiáng)的吸收聲能、減低噪聲性能的材料。吸聲材料按吸聲機(jī)理分為：①靠從表面至內(nèi)部許多細(xì)小的敞開孔道使聲波衰減的多孔材料，以吸收中高頻聲波為主，有纖維狀聚集組織的各種有機(jī)或無機(jī)纖維及其制品以及多孔結(jié)構(gòu)的開孔型泡沫塑料和膨脹珍珠巖制品。②靠共振作用吸聲的柔性材料（如閉孔型泡沫塑料，吸收中頻）、膜狀材料（如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中頻）、板狀材料（如膠合板、硬質(zhì)纖維板、石棉水泥板和石膏板，吸收低頻）和穿孔板(各種板狀材料或金屬板上打孔而制得，吸收中頻)。以上材料復(fù)合使用，可擴(kuò)大吸聲范圍，提高吸聲系數(shù)。用裝飾吸聲板貼壁或吊頂，多孔材料和穿孔板或膜狀材料組合裝于墻面，甚至采用浮云式懸掛，都可改善室內(nèi)音質(zhì)，控制噪聲。多孔材料除吸收空氣聲外，還能減弱固體聲和空室氣聲所引起的振動。將多孔材料填入各種板狀材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)，可提高隔聲能力并減輕結(jié)構(gòu)重量。

對入射聲能有吸收作用的材料。吸聲材料主要用于控制和調(diào)整室內(nèi)的混響時間，消除回聲，以改善室內(nèi)的聽聞條件；用于降低喧鬧場所的噪聲，以改善生活環(huán)境和勞動條件（見吸聲降噪）；還廣泛用于降低通風(fēng)空調(diào)管道的噪聲。吸聲材料按其物理性能和吸聲方式可分為多孔性吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)兩大類。后者包括單個共振器、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)、薄板吸聲結(jié)構(gòu)和柔順材料等。

選用吸聲材料，首先應(yīng)從吸聲特性方面來確定合乎要求的材料，同時還要結(jié)合防火、防潮、防蛀、強(qiáng)度、外觀、建筑內(nèi)部裝修等要求，綜合考慮進(jìn)行選擇。

吸聲系數(shù) 

材料的吸聲性能常用吸聲系數(shù) 妶表示。入射到材料表面的聲波,一部分被反射,一部分透入材料內(nèi)部而被吸收。被材料吸收的聲能與入射聲能的比值,稱為吸聲系數(shù)。對于全反射面，妶=0；對于全吸收面，妶=1；一般材料的吸聲系數(shù)在0～1之間。材料吸聲系數(shù)的大小與聲波的入射角有關(guān)，隨入射聲波的頻率而異。以頻率為橫坐標(biāo)，吸聲系數(shù)為縱坐標(biāo)繪出的曲線，稱為材料吸聲頻譜。它反映了材料對不同頻率聲波的吸收特性。測定吸聲系數(shù)通常采用混響室法和駐波管法?；祉懯曳y得的為聲波無規(guī)則入射時的吸聲系數(shù)，它的測量條件比較接近實際聲場，因此常用此法測得的數(shù)據(jù)作為實際設(shè)計的依據(jù)。駐波管法測得的是聲波垂直入射時的吸聲系數(shù)，通常用于產(chǎn)品質(zhì)量控制、檢驗和吸聲材料的研制分析?；祉懯曳y得的吸聲系數(shù)，一般高于駐波管法。

多孔性吸聲材料

這類材料的物理結(jié)構(gòu)特征是材料內(nèi)部有大量的、互相貫通的、向外敞開的微孔，即材料具有一定的透氣性。工程上廣泛使用的有纖維材料和灰泥材料兩大類。前者包括玻璃棉和礦渣棉或以此類材料為主要原料制成的各種吸聲板材或吸聲構(gòu)件等；后者包括微孔磚和顆粒性礦渣吸聲磚等。

吸聲機(jī)理和頻譜特性 多孔吸聲材料的吸聲機(jī)理是當(dāng)聲波入射到多孔材料時，引起孔隙中的空氣振動。由于摩擦和空氣的粘滯阻力,使一部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能;此外，孔隙中的空氣與孔壁、纖維之間的熱傳導(dǎo)，也會引起熱損失，使聲能衰減。

多孔材料的吸聲系數(shù)隨聲頻率的增高而增大，吸聲頻譜曲線由低頻向高頻逐步升高，并出現(xiàn)不同程度的起伏，隨著頻率的升高，起伏幅度逐步縮小，趨向一個緩慢變化的數(shù)值。

影響多孔材料吸聲性能的因素 影響多孔材料吸聲性能的參數(shù)主要有：①流阻，它是在穩(wěn)定的氣流狀態(tài)下，吸聲材料中的壓力梯度與氣流線速度之比。當(dāng)厚度不大時，低流阻材料的低頻吸聲系數(shù)很小,在中、高頻段,吸聲頻譜曲線以比較大的斜率上升，高頻的吸聲性能比較好。增大材料的流阻，中、低頻吸聲系數(shù)有所提高；繼續(xù)加大材料的流阻，材料從高頻段到中頻段的吸聲系數(shù)將明顯下降，此時，吸聲性能變劣。所以，對一定厚度的多孔材料，有一個相應(yīng)適宜的流阻值，過高和過低的流阻值，都無法使材料具有良好的吸聲性能。②孔隙率，指材料中連通的孔隙體積與材料總體積之比，多孔吸聲材料的孔隙率一般在70％以上，多數(shù)達(dá)90％。③結(jié)構(gòu)因數(shù)，材料中間隙的排列是雜亂無章的，但在理論上往往采用毛細(xì)管沿厚度方向縱向排列的模型，所以，對具體的多孔材料必須引進(jìn)結(jié)構(gòu)因數(shù)加以修正。多孔材料結(jié)構(gòu)因數(shù),一般在2～10之間，也有高達(dá)20～25的。在低頻范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)因數(shù)基本不起作用，這是因為在這個范圍內(nèi)，空氣慣性的影響很小，而彈性起主要作用。當(dāng)材料流阻比較小時，若增大結(jié)構(gòu)因數(shù)，在高、中頻范圍內(nèi)，可以看到吸聲系數(shù)的周期性變化。

在吸聲理論中，用流阻、孔隙率、結(jié)構(gòu)因數(shù)來確定材料的吸聲特性，而在實際應(yīng)用上，通常是以材料厚度、容重（重量／體積）來反映其結(jié)構(gòu)狀態(tài)和確定其吸聲特性。增加材料的厚度，可提高低、中頻吸聲系數(shù)，但對高頻吸收的影響很小。如果在吸聲材料和剛性墻面之間留出空間，可以增加材料的有效厚度，提高對低頻的吸聲能力。由于材料流阻和容重往往存在著對應(yīng)關(guān)系，因此在工程應(yīng)用上往往通過調(diào)整材料的容重以控制材料的流阻。容重對材料吸聲性能的影響是復(fù)雜的，但是厚度的變化比起容重的變化對材料吸聲性能的影響要大，也就是厚度的影響是第一位的，而容重的影響則是第二位的。

此外，材料的表面處理、安裝和布置方式以及溫度、濕度等對材料吸聲性能也有影響。

共振吸聲結(jié)構(gòu)

由于多孔性材料的低頻吸聲性能差，為解決中、低頻吸聲問題，往往采用共振吸聲結(jié)構(gòu)，其吸聲頻譜以共振頻率為中心出現(xiàn)吸收峰，當(dāng)遠(yuǎn)離共振頻率時，吸聲系數(shù)就很低。在實際應(yīng)用上，共振吸聲結(jié)構(gòu)有以下幾種基本類型：

單個共振器 是一個有頸口的密閉容器，相當(dāng)于一個彈簧振子系統(tǒng)，容器內(nèi)空氣相當(dāng)于彈簧，而進(jìn)口空氣相當(dāng)于和彈簧連結(jié)的物體。當(dāng)入射聲波的頻率和這個系統(tǒng)的固有頻率一致時，共振器孔頸處的空氣柱就激烈振動，孔頸部分的空氣與頸壁摩擦阻尼，將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，它的共振頻率f0（赫）可由下式求得：

式中V為共振器空腔體積(米);L為頸的實際長度（米）；r為頸口半徑（米）；c為聲速（米／秒）。

穿孔板吸聲結(jié)構(gòu) 在打孔的薄板后面設(shè)置一定深度的密閉空腔，組成穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，這是經(jīng)常使用的一種吸聲結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于單個共振器的并聯(lián)組合。當(dāng)入射聲波頻率和這一系統(tǒng)的固有頻率一致時，穿孔部分的空氣就激烈振動，加強(qiáng)了吸收效應(yīng)，出現(xiàn)吸收峰，使聲能衰減。穿孔板的共振頻率f0（赫）為：

式中c為聲速（米／秒）；L為穿孔板的厚度（米）;r為孔半徑（米）；h為板后空氣層厚度（米）；P為穿孔率（孔面積與總面積之比）。通常穿孔率超過20％，穿孔板將不起共振吸聲作用。

穿孔板共振吸聲頻帶比較窄，在穿孔板后面加上一層多孔材料或紡織品，可以加寬吸收峰的寬度；同時使用幾種共振峰互相銜接的穿孔板，也可以得到較寬的吸聲頻帶。如果將孔徑縮小到1毫米以下，板厚在1毫米以下，穿孔率1～3％，則穿孔板與板后空腔可組成微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。由于它比穿孔板聲阻大，質(zhì)量小，因而在吸聲系數(shù)和吸聲帶寬方面都高于穿孔板。

薄板吸聲結(jié)構(gòu) 

在薄板后設(shè)置空氣層，就成為薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。當(dāng)聲波入射時，激發(fā)系統(tǒng)的振動，由于板的內(nèi)部摩擦，使振動能量轉(zhuǎn)化為熱能。當(dāng)入射聲波頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時，即產(chǎn)生共振，在共振頻率處出現(xiàn)吸收峰。其共振頻率f0（赫）為：

式中m為板單位面密度（千克／米）;h為板后空氣層厚度（米）；ρ為空氣密度(千克／米);c為聲速(米／秒)。從式內(nèi)可以看出,增加板的單位面密度或空腔深度時,吸聲峰就移向低頻。在空腔內(nèi)沿龍骨處設(shè)置多孔吸聲材料，在薄板邊緣與龍骨連接處放置毛氈或海綿條，以增加結(jié)構(gòu)的阻尼特性，可以提高吸聲系數(shù)和加寬吸聲頻帶。

柔順材料 是內(nèi)部有許多微小的、互不貫通的獨立氣泡，沒有通氣性能，在一定程度上具有彈性的吸聲材料。當(dāng)聲波入射到材料上時，激發(fā)材料作整體振動，為克服材料內(nèi)部的摩擦而消耗了聲能。它的吸聲頻率特性是高頻聲吸收系數(shù)很低，中、低頻的吸聲系數(shù)類似共振吸收，但無顯著的共振吸收峰而呈復(fù)雜的起伏狀態(tài)。