吸聲材料的吸聲性能檢測(cè)

何為吸聲？

聲波通過(guò)媒質(zhì)或入射到媒質(zhì)分解面上時(shí)，聲能的減少過(guò)程稱為吸聲或聲吸收。某種材料或結(jié)構(gòu)的吸聲能力大小通常用吸聲系數(shù)來(lái)表示，即入射聲能和反射聲能的差值與入射聲的比值，記為α，吸聲系數(shù)α取值在0~1之間。材料的吸聲著眼于聲源一側(cè)反射聲能的大小，目標(biāo)是反射聲能要小。

 

一般地，α在0.2以上的材料被稱為吸聲材料，α在0.5以上的材料就是理想的吸聲材料。當(dāng)α=0時(shí)，表示聲能全部反射，材料不吸聲；α=1時(shí)表示材料吸收全部聲能，沒(méi)有反射。吸聲系數(shù)α的值越大，表明材料（或結(jié)構(gòu)）的吸聲性能越好。吸聲系數(shù)α與入射聲波的頻率有關(guān)，同一材料在不同頻率下的吸聲系數(shù)是不同的。

 

 

吸聲原理

吸聲的原理是聲能轉(zhuǎn)換為熱能，比如吸音棉的吸音原理是由于聲音在吸音棉的中空纖維結(jié)構(gòu)中不斷消耗轉(zhuǎn)換為熱能導(dǎo)致。在吸聲降噪過(guò)程中，常采用空腔共振吸聲、多孔吸聲材料、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)和微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)減噪目的。這些技術(shù)方法都能達(dá)到不同程度的減噪目標(biāo)，并且各有特點(diǎn)，其吸聲原理不盡相同。

 

多孔吸聲材料中具有許許多多貫通的微小間隙，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)，可以進(jìn)入細(xì)孔中去，引起孔隙內(nèi)的空氣和材料本身振動(dòng)，空氣的摩擦和黏滯作用使振動(dòng)能（聲能）不斷轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲能衰減，消耗一部分聲能，即使有一部分聲能透過(guò)材料到達(dá)壁面，也會(huì)在反射時(shí)再次經(jīng)過(guò)吸聲材料，聲能又一次被吸收。

 

 

穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)實(shí)際上是由許多單個(gè)共振器并聯(lián)而成的共振吸聲結(jié)構(gòu)，封閉空腔壁上開一個(gè)小孔與外部空氣相通；由于孔徑和孔長(zhǎng)度小于聲波波長(zhǎng)，孔中的空氣柱彈性形變很小，可以看成無(wú)形變的質(zhì)量塊；腔體中空氣隨聲波做彈性振動(dòng)，相當(dāng)于彈簧。入射聲波激發(fā)孔頸中空氣柱（類似彈簧）往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與頸壁摩擦，部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗損，達(dá)到吸聲目的。當(dāng)入射聲波的頻率與共振器的固有頻率相同時(shí)，發(fā)生共振，空氣柱運(yùn)動(dòng)加劇，振幅和振速達(dá)最大，阻尼也最大，消耗聲能最多，吸聲性能最好。

 

不同頻率的聲波入射時(shí)，這種共振系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同的響應(yīng)。當(dāng)入射聲波的頻率接近系統(tǒng)固有的共振頻率時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)空氣的振動(dòng)很強(qiáng)烈，聲能大量損耗，即聲吸收最大。相反，當(dāng)入射聲波的頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有的共振頻率時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)空氣的振動(dòng)很弱，因此吸聲的作用很小。

 

 

影響因素

材料的吸聲性能不僅與材料本身的孔隙率或容重、密度、厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而且與入射聲波的頻率、環(huán)境的溫度、濕度和氣流等因素有關(guān)。當(dāng)濕度較大時(shí)，材料孔隙中含水量增大，孔隙被堵塞，吸聲材料中的空氣不再連通，空隙率下降，吸聲性能下降，吸聲頻率特性也將改變。當(dāng)溫度下降時(shí)，低頻吸聲性能增加；溫度上升時(shí)，低頻吸聲性能下降。

 

實(shí)驗(yàn)表明，吸聲材料（主要指多孔材料）對(duì)中、高頻聲吸收較好，而對(duì)低頻聲吸收性能較差，若采用共振吸聲結(jié)構(gòu)則可以改善低頻吸聲性能。

 

常見吸聲材料

吸聲材料中最常用的是多孔性吸聲材料，其次是柔性材料及膜狀材料等。工程中常將多孔性吸聲材料做成各種幾何體來(lái)使用。多孔材料一般有纖維類、泡沫類和顆粒類三大類型。

 

纖維類分無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維二類。無(wú)機(jī)纖維類主要有玻璃棉、玻璃絲、礦渣棉、巖棉及其制品等。有機(jī)纖維類的吸聲材料主要有棉麻下腳料、棉絮、稻草、海草、棕絲等，還有甘蔗渣、麻絲等經(jīng)過(guò)加工加壓而制成的各種軟質(zhì)纖維板。這類有機(jī)材料具有價(jià)廉、吸聲性能好的特點(diǎn)。

 

 

泡沫類吸聲材料主要有脲醛泡沫塑料、氨基甲酸酯泡沫塑料、海綿乳膠、泡沫橡膠等，目前應(yīng)用較多的是聚氨酯泡沫塑料。此類材料的特點(diǎn)是容積密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、質(zhì)地軟，但其同時(shí)也有易老化、耐火性差等缺點(diǎn)。

 

顆粒類主要有膨脹珍珠巖、多孔陶土磚、礦渣水泥、木屑石灰水泥等，具有保溫、防潮、不燃、耐熱、耐腐蝕、抗凍等優(yōu)點(diǎn)。

 

吸聲性能檢測(cè)

對(duì)于吸聲材料及產(chǎn)品的吸聲性能檢測(cè)，通常在專業(yè)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室混響室進(jìn)行，且早已有GB/T 20247-2006《聲學(xué) 混響室吸聲測(cè)量》等具體的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)。為了確保試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，混響室應(yīng)能夠保證室內(nèi)聲場(chǎng)的擴(kuò)散狀態(tài)，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)擴(kuò)散聲場(chǎng)的要求。