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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;
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。
二、 多孔吸音材料的分類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。 1 有機(jī)纖維材料 早期使用的吸音材料主要為植物纖維制品,如棉麻纖維、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。這類材料不僅具有良好的吸音性能,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音材料,在聲學(xué)工程中獲得廣泛的應(yīng)用。但無(wú)機(jī)纖維吸音材料存脆弱易斷性、受潮后吸音性能急劇下降、質(zhì)地松軟需外加復(fù)雜的保護(hù)材料等缺點(diǎn)。 3 金屬吸音材料 金屬吸音材料是一種新型實(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音板和變截面金屬纖維材料。
4.鋁纖維吸音材料 (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,且易于干燥,干燥后吸音性能可以完全恢復(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)纖維吸音材料在國(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)境的吸音材料。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),但原材料必須依賴進(jìn)口。由于鋁質(zhì)纖維吸音材料的突出優(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。
變截面金屬纖維材料近年來(lái)已逐漸在國(guó)外汽車上開(kāi)始使用,國(guó)內(nèi)奧迪、桑塔納汽車也開(kāi)始使用這種材料作為消聲器芯的汽車消聲器。馬健敏等聲學(xué)研究人員對(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;張燕聲學(xué)教授等人還進(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。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吸音性能得到明顯改善; (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音材料。 |
