多孔吸声材料的吸声原理及其分类

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1、多孔吸声材料的吸声原理及其分类　　一、　多孔材料的吸声原理　　惠更斯原理:声源的振动引起波动,波动的传播是由于介质中质点间的相互作用。在连续介质中,任何一点的振动,都将直接引起邻近质点的振动。声波在空气中的传播满足其原理。　　多孔吸声材料具有许多微小的间隙和连续的气泡,因而具有一定的通气性。当声波入射到多孔材料表面时,主要是两种机理引起声波的衰减:首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动,造成和孔壁的摩擦,紧靠孔壁和纤维表面的空气受孔壁的影响不易动起来,由于摩擦和粘滞力的作用,使相当一部分声能转化为热能,从而使声波衰减,反射声减弱达到吸声的目的

2、;其次,小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失,也使声能衰减。另外,高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快,空气与孔壁的热交换也加快。这就使多孔材料具有良好的高频吸声性能。　　二、　多孔吸声材料的分类多孔吸声材料按其选材的柔顺程度分为柔顺性和非柔顺性材料,其中柔顺性吸声材料主要是通过骨架内部摩擦、空气摩擦和热交换来达到吸声的效果;非柔顺性材料主要靠空气的粘滞性来达到吸声的功能。多孔吸声材料按其选材的物理特性和外观主要分为有机纤维材料,无机纤维材料,吸声金属材料和泡沫材料四大类。　　1　有机纤维材料　　早期使用的吸声材料主要为植物纤维制品,如棉

3、麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板、水泥木丝板以及稻草板等有机天然纤维材料。有机合成纤维材料主要是化学纤维,如晴纶棉、涤纶棉等。这些材料在中、高频范围内具有良好的吸声性能,但防火、防腐、防潮等性能较差。除此之外,文献还对纺织类纤维超高频声波的吸声性能进行了研究,证实在超高频声波场中,这种纤维材料基本上没有任何吸声作用。　　2　无机纤维材料　　无机纤维材料不断问世,如玻璃棉、矿渣棉和岩棉等。这类材料不仅具有良好的吸声性能,而且具有质轻、不燃、不腐、不易老化、价格低廉等特性,从而替代了天然纤维的吸声材料,在声学工程中获得广泛的应用。但无机纤维吸声材料存在性

4、脆易断、受潮后吸声性能急剧下降、质地松软需外加复杂的保护材料等缺点。　　3　金属吸声材料　　金属吸声材料是一种新型实用工程材料,于七十年代后期出现于发达工业国家。如今比较典型的金属材料是铝纤维吸声板和变截面金属纤维材料。其中铝纤维吸声板具有如下特点:　　(1)超薄轻质,吸声性能优异。　　(2)强度高,加工及安装方便。由于全部采用铝质材料,故可耐受气流冲击和震动,适用于气流速度较大或震动剧烈的场所。铝的柔韧性较好,故钻孔、弯曲和裁切加工都很容易。材料也不会飞散污染环境和刺激皮肤。　　(3)耐候、耐高温性能良好。铝纤维难以吸水,浸水后取出水分立即流失,且易于

5、干燥,干燥后吸声性能可以完全恢复。含水结冰时材料不受损坏,因而对冷热环境都适用。　　(4)不含有机粘结剂,可回收利用。既不会形成大量的废弃垃圾,也节省了资源,称得上是绿色环保型材料,具有电磁屏蔽效果和良好的导热性能,可用于特殊要求的场所。铝质纤维吸声材料在国外的使用已很普遍,较多使用在音乐厅、展览馆、教室、高架公路底面的吸声材料,高速公路或冷却塔的声屏障,地铁、隧道等地下潮湿环境的吸声材料。由于特殊的耐侯性能,特别适宜在室外露天使用。铝质纤维吸声材料的不足之处就是生产成本高。目前仅日本能够生产这种铝纤维,上海已经有了生产铝质纤维吸声材料的企业,但原材料必

6、须依赖进口。由于铝质纤维吸声材料的突出优点,今后其将在我国声环境的改善和噪声控制中发挥作用。　　变截面金属纤维材料近年来已逐渐在国外汽车上开始使用,国内奥迪、桑塔纳汽车也开始使用这种材料作为消声器芯的汽车消声器。马健敏等人对变截面不锈钢纤维材料的吸声特性进行了较全面的实验研究,分析了材料厚度、材料容重、材料含水量及材料背后加空气层对吸声性能的影响;张燕等人还进一步对不锈钢纤维加穿孔板复合结构的吸声特性进行了研究[10]。综合以上的研究发现,金属纤维材料具有如下特点:　　(1)单一材料吸收高频噪声的性能优异,在配合微穿孔板或增加空气层后,金属纤维材料的低频

7、吸声性能得到明显改善;　　(2)抗恶劣工作环境的能力强,在高温、油污、水汽等条件下,仍可以作为理想的吸声材料。　　4　泡沫材料　　根据泡沫孔形式的不同,可分为开孔型泡沫材料和闭孔型泡沫材料。前者的泡沫孔是相互连通的,属于吸声泡沫材料,如吸声泡沫塑料、吸声泡沫玻璃、吸声陶瓷、吸声泡沫混凝土等。后者的泡沫孔是封闭的,泡沫孔之间是互不相通的,其吸声性能很差,属于保温隔热材料。如聚苯乙烯泡沫、隔热泡沫玻璃、普通泡沫混凝土等。图1以泡沫铝为例给出了开孔和闭孔泡沫铝材料的结构示意图。　　　　图1　泡沫铝的形貌　　以上各类多孔吸声材料均有优缺点和各自的适用范围,然而随

8、着研究工作的进一步开展,各类材料的新产品数量不断增多,它们的一些缺点得到克服,其