多孔性吸声材料的分类和性能
2017-7-28 10:58:52
诺声声学
今天，与诺声声学一起来了解一下多孔性吸声材料的分类和性能吧：
从构造特征上来说，多孔性吸声材料从外到内应具有大量互相贯通的微孔，也即具有适当的透气性，具体要求如下：
（1）材料内部应有大量的微孔和间隙，不仅材料中空气体积与材料总体积之比（即孔隙率）要高，而且这些孔隙应尽可能细小，并在材料内部均匀分布，这样材料内部筋络总表面积大，有利于声能吸收。
（2）材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不应是密闭的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声作用。
（3）微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内，不具有敞开微孔，仅有凹凸表面的材料不会有好的吸声性能。
凡符合多孔材料构造特征的，都可以作为多孔性吸声材料加以利用。
2、多孔性吸声材料的吸声原理主要体现在两个方面：
一是当声波入射到多孔材料表面时激发起微孔内的空气振动，空气与固体筋络间产生相对运动，由于空气的黏滞性，在微孔内产生相应的黏滞阻力，使振动空气的动能不断转化为热能，从而使声能衰减。
二是在空气绝热压缩时，空气与孔壁间不断发生热交换，由于热传导的作用，也会使声能转化为热能。
多孔性吸声材料的吸声特性曲线总的变化趋势是吸声系数随频率的增加而增大，曲线由低频向高频逐步升高，在高频段出现不同程度的起伏，随着频率的升高，起伏逐步缩小，趋向一个缓慢变化的数值。
纤维类多孔性吸声材料在工程中应用最为广泛，其具有如下吸声特性：
（1）随频率增加，吸声系数增大，呈现多孔材料的吸声特性。
（2）在低、中频范围内，厚度有最大的影响，厚度增加，吸声系数随之增加。当增加背后空气层厚度时，低频吸声系数随之增加。
（3）增加材料的体积密度，在中、低频吸声系数有增大趋势，但由于纤维粗细的影响，体积密度并不和吸声系数相对应。
（4）饰面材料往往降低高频吸声系数。
（5）纤维粗细对材料吸声系数有一定的影响。在体积密度相同时，材料吸声系数随纤维直径的增大而迅速降低，纤维直径越小，平均吸声系数越大。
泡沫类多孔性吸声材料，由于内部微孔贯通程度不一，吸声系数偏低，使用较少。
颗粒类多孔性吸声材料，其耐潮、防火、耐腐蚀、强度较高，适用于具有调整气流的强噪声排气消声结构，工程上常用粒料加黏结剂和部分填料制成吸声砌块或吸声板材使用，工程实际应用中其吸声性能优于泡沫类材料，但不如纤维类材料。
3、影响多孔性吸声材料吸声性能的因素
从材料的结构参数看，影响多孔性吸声材料吸声性能的因素主要是流阻、孔隙率和结构因数。但从工程实用角度，主要涉及材料厚度、材料容重、空气层、护面层等因素。
（1）材料的厚度
多孔性吸声材料的低频吸声系数一般较低，当材料厚度增加时，低频吸声系数增加很快，而对高频吸声系数的影响很小。
对同种材料而言，材料厚度加倍，吸声系数最大的频率向低频方向移动一个倍频程。
若吸声材料层背后为刚性壁面，则最佳吸声频率声波波长的1/4等于材料厚度。
对于容重为20kg/m3的不同厚度超细玻璃棉的典型吸声特性曲线。厚度增大低频吸声系数增加很快。
（2）材料的容重
在材料厚度一定的情况下，当容重增加时，较大吸声系数值将向低频方向移动。
在实用范围内，材料的容重比材料的厚度所引起的吸声系数变化要小。同时，容重过大，吸声系数降低。
因此各种吸声材料有其最佳容重，如目前工程使用较多的离心玻璃棉以24~48kg/m³为佳。
针对生产的5cm厚度，容重不同的超细玻璃棉的典型吸声特性曲线。容重增大，低频吸声系数增加较快。
（3）空气层
为了改善吸声材料的低频吸声性能，可在材料层与刚性壁面之间留有一定厚度的空腔，这相当于增加材料层的有效厚度，而且还比单纯增加材料厚度或容重更为经济。
当空气层厚度接近1/4入射声波波长的奇数倍时，对该声波的吸声系数最大；
当空气层厚度接近1/2入射声波波长的整数倍时，吸声系数最小。
实用时，后面空气层过厚不切实际，太薄对低频作用不大，因此，在墙上的空气层以5~10cm较为适当。对于平顶，则视实际需要以及空间尺寸选取更大的距离。
（4）护面层
多孔性吸声材料一般很疏松，直接用于室内既无法固定，又不美观，因而需要在其表面覆盖护面层，常用构造如下：
一、护面穿孔板
以金属薄板、硬质纤维板、胶合板、塑料薄片等最多，但在板面上必须钻圆孔，开槽缝或做其他花纹。
面板的穿孔率（穿孔总面积与未穿孔总面积之比）在不影响板材结构机械强度条件下尽可能选大些，一般宜不小于20%。只有在特殊情况下，才可取较小的穿孔率。穿孔率越大，对中、高频的吸声性能越好；穿孔率越小，则对中、高频吸声性能较差，而对低频则吸声性能较好。
若穿孔板的穿孔率小于20%，由于高频声波的绕射作用较弱，因此高频吸声效果会受到影响。对于圆孔而言，以孔径取3~6mm居多。
二、织物和网纱
为了防止多孔性吸声材料从小孔中钻出，通常可用玻璃纤维布、纱布、塑料网纱、金属丝网、拉网钢板等将多孔材料表面予以覆盖。这些护面材料因穿孔率高，几乎不影响多孔材料的吸声性能。有时还可将织物预制成袋状，在袋内填入多孔材料，施工时十分方便。装饰要求不高的环境，为了节省投资，也可省略穿孔护面层。
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