多孔吸聲材料的吸聲原理及其分類(lèi)

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1、多孔吸聲材料的吸聲原理及其分類(lèi)　　一、　多孔材料的吸聲原理　　惠更斯原理:聲源的振動(dòng)引起波動(dòng),波動(dòng)的傳播是由于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。在連續(xù)介質(zhì)中,任何一點(diǎn)的振動(dòng),都將直接引起鄰近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)。聲波在空氣中的傳播滿足其原理。　　多孔吸聲材料具有許多微小的間隙和連續(xù)的氣泡,因而具有一定的通氣性。當(dāng)聲波入射到多孔材料表面時(shí),主要是兩種機(jī)理引起聲波的衰減:首先是由于聲波產(chǎn)生的振動(dòng)引起小孔或間隙內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng),造成和孔壁的摩擦,緊靠孔壁和纖維表面的空氣受孔壁的影響不易動(dòng)起來(lái),由于摩擦和粘滯力的作用,使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能,從而使聲波衰減,反射聲減弱達(dá)到吸聲的目的

2、;其次,小孔中的空氣和孔壁與纖維之間的熱交換引起的熱損失,也使聲能衰減。另外,高頻聲波可使空隙間空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度加快,空氣與孔壁的熱交換也加快。這就使多孔材料具有良好的高頻吸聲性能?！　《?、　多孔吸聲材料的分類(lèi)多孔吸聲材料按其選材的柔順程度分為柔順性和非柔順性材料,其中柔順性吸聲材料主要是通過(guò)骨架內(nèi)部摩擦、空氣摩擦和熱交換來(lái)達(dá)到吸聲的效果;非柔順性材料主要靠空氣的粘滯性來(lái)達(dá)到吸聲的功能。多孔吸聲材料按其選材的物理特性和外觀主要分為有機(jī)纖維材料,無(wú)機(jī)纖維材料,吸聲金屬材料和泡沫材料四大類(lèi)?！　?　有機(jī)纖維材料　　早期使用的吸聲材料主要為植物纖維制品,如棉

3、麻纖維、毛氈、甘蔗纖維板、木質(zhì)纖維板、水泥木絲板以及稻草板等有機(jī)天然纖維材料。有機(jī)合成纖維材料主要是化學(xué)纖維,如晴綸棉、滌綸棉等。這些材料在中、高頻范圍內(nèi)具有良好的吸聲性能,但防火、防腐、防潮等性能較差。除此之外,文獻(xiàn)還對(duì)紡織類(lèi)纖維超高頻聲波的吸聲性能進(jìn)行了研究,證實(shí)在超高頻聲波場(chǎng)中,這種纖維材料基本上沒(méi)有任何吸聲作用。　　2　無(wú)機(jī)纖維材料　　無(wú)機(jī)纖維材料不斷問(wèn)世,如玻璃棉、礦渣棉和巖棉等。這類(lèi)材料不僅具有良好的吸聲性能,而且具有質(zhì)輕、不燃、不腐、不易老化、價(jià)格低廉等特性,從而替代了天然纖維的吸聲材料,在聲學(xué)工程中獲得廣泛的應(yīng)用。但無(wú)機(jī)纖維吸聲材料存在性

4、脆易斷、受潮后吸聲性能急劇下降、質(zhì)地松軟需外加復(fù)雜的保護(hù)材料等缺點(diǎn)?！　?　金屬吸聲材料　　金屬吸聲材料是一種新型實(shí)用工程材料,于七十年代后期出現(xiàn)于發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家。如今比較典型的金屬材料是鋁纖維吸聲板和變截面金屬纖維材料。其中鋁纖維吸聲板具有如下特點(diǎn):　　(1)超薄輕質(zhì),吸聲性能優(yōu)異?！　?2)強(qiáng)度高,加工及安裝方便。由于全部采用鋁質(zhì)材料,故可耐受氣流沖擊和震動(dòng),適用于氣流速度較大或震動(dòng)劇烈的場(chǎng)所。鋁的柔韌性較好,故鉆孔、彎曲和裁切加工都很容易。材料也不會(huì)飛散污染環(huán)境和刺激皮膚?！　?3)耐候、耐高溫性能良好。鋁纖維難以吸水,浸水后取出水分立即流失,且易于

5、干燥,干燥后吸聲性能可以完全恢復(fù)。含水結(jié)冰時(shí)材料不受損壞,因而對(duì)冷熱環(huán)境都適用。　　(4)不含有機(jī)粘結(jié)劑,可回收利用。既不會(huì)形成大量的廢棄垃圾,也節(jié)省了資源,稱(chēng)得上是綠色環(huán)保型材料,具有電磁屏蔽效果和良好的導(dǎo)熱性能,可用于特殊要求的場(chǎng)所。鋁質(zhì)纖維吸聲材料在國(guó)外的使用已很普遍,較多使用在音樂(lè)廳、展覽館、教室、高架公路底面的吸聲材料,高速公路或冷卻塔的聲屏障,地鐵、隧道等地下潮濕環(huán)境的吸聲材料。由于特殊的耐侯性能,特別適宜在室外露天使用。鋁質(zhì)纖維吸聲材料的不足之處就是生產(chǎn)成本高。目前僅日本能夠生產(chǎn)這種鋁纖維,上海已經(jīng)有了生產(chǎn)鋁質(zhì)纖維吸聲材料的企業(yè),但原材料必

6、須依賴(lài)進(jìn)口。由于鋁質(zhì)纖維吸聲材料的突出優(yōu)點(diǎn),今后其將在我國(guó)聲環(huán)境的改善和噪聲控制中發(fā)揮作用?！　∽兘孛娼饘倮w維材料近年來(lái)已逐漸在國(guó)外汽車(chē)上開(kāi)始使用,國(guó)內(nèi)奧迪、桑塔納汽車(chē)也開(kāi)始使用這種材料作為消聲器芯的汽車(chē)消聲器。馬健敏等人對(duì)變截面不銹鋼纖維材料的吸聲特性進(jìn)行了較全面的實(shí)驗(yàn)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氣層對(duì)吸聲性能的影響;張燕等人還進(jìn)一步對(duì)不銹鋼纖維加穿孔板復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸聲特性進(jìn)行了研究[10]。綜合以上的研究發(fā)現(xiàn),金屬纖維材料具有如下特點(diǎn):　　(1)單一材料吸收高頻噪聲的性能優(yōu)異,在配合微穿孔板或增加空氣層后,金屬纖維材料的低頻

7、吸聲性能得到明顯改善;　　(2)抗惡劣工作環(huán)境的能力強(qiáng),在高溫、油污、水汽等條件下,仍可以作為理想的吸聲材料?！　?　泡沫材料　　根據(jù)泡沫孔形式的不同,可分為開(kāi)孔型泡沫材料和閉孔型泡沫材料。前者的泡沫孔是相互連通的,屬于吸聲泡沫材料,如吸聲泡沫塑料、吸聲泡沫玻璃、吸聲陶瓷、吸聲泡沫混凝土等。后者的泡沫孔是封閉的,泡沫孔之間是互不相通的,其吸聲性能很差,屬于保溫隔熱材料。如聚苯乙烯泡沫、隔熱泡沫玻璃、普通泡沫混凝土等。圖1以泡沫鋁為例給出了開(kāi)孔和閉孔泡沫鋁材料的結(jié)構(gòu)示意圖。　　　　圖1　泡沫鋁的形貌　　以上各類(lèi)多孔吸聲材料均有優(yōu)缺點(diǎn)和各自的適用范圍,然而隨

8、著研究工作的進(jìn)一步開(kāi)展,各類(lèi)材料的新產(chǎn)品數(shù)量不斷增多,它們的一些缺點(diǎn)得到克服,其