多孔性吸聲材料的分類和性能

2017-7-28 10:58:52 諾聲聲學

今天，與諾聲聲學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
從構造特征上來說，多孔性吸聲材料從外到內應具有大量互相貫通的微孔，也即具有適當的透氣性，具體要求如下：
（1）材料內部應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，而且這些孔隙應盡可能細小，并在材料內部均勻分布，這樣材料內部筋絡總表面積大，有利于聲能吸收。
（2）材料內部的微孔應該是互相貫通的，而不應是密閉的，單獨的氣泡和密閉間隙不起吸聲作用。
（3）微孔向外敞開，使聲波易于進入微孔內，不具有敞開微孔，僅有凹凸表面的材料不會有好的吸聲性能。
凡符合多孔材料構造特征的，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在兩個方面：
一是當聲波入射到多孔材料表面時激發起微孔內的空氣振動，空氣與固體筋絡間產生相對運動，由于空氣的黏滯性，在微孔內產生相應的黏滯阻力，使振動空氣的動能不斷轉化為熱能，從而使聲能衰減。
二是在空氣絕熱壓縮時，空氣與孔壁間不斷發生熱交換，由于熱傳導的作用，也會使聲能轉化為熱能。

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

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

泡沫類多孔性吸聲材料，由于內部微孔貫通程度不一，吸聲系數偏低，使用較少。

顆粒類多孔性吸聲材料，其耐潮、防火、耐腐蝕、強度較高，適用于具有調整氣流的強噪聲排氣消聲結構，工程上常用粒料加黏結劑和部分填料制成吸聲砌塊或吸聲板材使用，工程實際應用中其吸聲性能優于泡沫類材料，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
從材料的結構參數看，影響多孔性吸聲材料吸聲性能的因素主要是流阻、孔隙率和結構因數。但從工程實用角度，主要涉及材料厚度、材料容重、空氣層、護面層等因素。

（1）材料的厚度
多孔性吸聲材料的低頻吸聲系數一般較低，當材料厚度增加時，低頻吸聲系數增加很快，而對高頻吸聲系數的影響很小。
對同種材料而言，材料厚度加倍，吸聲系數最大的頻率向低頻方向移動一個倍頻程。
若吸聲材料層背后為剛性壁面，則最佳吸聲頻率聲波波長的1/4等于材料厚度。
對于容重為20kg/m3的不同厚度超細玻璃棉的典型吸聲特性曲線。厚度增大低頻吸聲系數增加很快。

（2）材料的容重
在材料厚度一定的情況下，當容重增加時，較大吸聲系數值將向低頻方向移動。
在實用范圍內，材料的容重比材料的厚度所引起的吸聲系數變化要小。同時，容重過大，吸聲系數降低。
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。
針對生產的5cm厚度，容重不同的超細玻璃棉的典型吸聲特性曲線。容重增大，低頻吸聲系數增加較快。

（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，這相當于增加材料層的有效厚度，而且還比單純增加材料厚度或容重更為經濟。
當空氣層厚度接近1/4入射聲波波長的奇數倍時，對該聲波的吸聲系數最大；
當空氣層厚度接近1/2入射聲波波長的整數倍時，吸聲系數最小。
實用時，后面空氣層過厚不切實際，太薄對低頻作用不大，因此，在墻上的空氣層以5~10cm較為適當。對于平頂，則視實際需要以及空間尺寸選取更大的距離。

（4）護面層
多孔性吸聲材料一般很疏松，直接用于室內既無法固定，又不美觀，因而需要在其表面覆蓋護面層，常用構造如下：
一、護面穿孔板
以金屬薄板、硬質纖維板、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）在不影響板材結構機械強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，對中、高頻的吸聲性能越好；穿孔率越小，則對中、高頻吸聲性能較差，而對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受到影響。對于圓孔而言，以孔徑取3~6mm居多。
二、織物和網紗
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、塑料網紗、金屬絲網、拉網鋼板等將多孔材料表面予以覆蓋。這些護面材料因穿孔率高，幾乎不影響多孔材料的吸聲性能。有時還可將織物預制成袋狀，在袋內填入多孔材料，施工時十分方便。裝飾要求不高的環境，為了節省投資，也可省略穿孔護面層。

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