聲學(xué)知識(shí)第一期——吸音材料你懂多少

1.黏滯流動(dòng)損失：有效之吸音材料結(jié)構(gòu)系含有很多互相連接的孔隙，音波傳入孔隙內(nèi)時(shí)，音波之空氣分子速度與孔隙內(nèi)之吸音材料造成相對(duì)速度，因此在孔隙內(nèi)吸音材料表面產(chǎn)生邊界層損失（Boundary LayerLosses）。

2.內(nèi)部摩擦：部分吸音材料具有彈性的纖維狀結(jié)構(gòu)或彈性的多孔性結(jié)構(gòu)，由于音波的傳入而造成纖維狀結(jié)構(gòu)被壓縮、彈回，或造成多孔性結(jié)構(gòu)的伸縮、松緊，因此在這些結(jié)構(gòu)內(nèi)，能量的損失除了黏滯流動(dòng)損失外，尚含有吸音材料本身內(nèi)部摩擦損失。吸音材料之特性廣泛決定于孔隙的大小、孔隙互相連接程度、材料厚度等。

吸音能力大的材料則稱為吸音材料（Absorptive Material）。

吸音系數(shù)α的定義：吸音材料之作用多為將聲音能量予以吸收，減少其反射、折射，故一般吸音材料為多孔(Porous)性物質(zhì)(孔隙度大)，主要乃利用其表面多孔之特性，使音波(Sound Wave)進(jìn)入后，能在各孔隙內(nèi)形成較多次的折射、反射將能量相互抵消，以減少離開(kāi)材質(zhì)表面的能量，而達(dá)降音之效果。聲波在傳播過(guò)程中遇到各種材料時(shí)，一部份音能被反射，一部份音能進(jìn)入到材料內(nèi)部被吸收，還有很少一部分音能透射到材料另一側(cè)。我們常將Ii(w/m2)入射波強(qiáng)度，Ir(w/m2)反射波的強(qiáng)度之比值稱為吸音系數(shù)，記為α。

多孔性吸音材料之特性是以吸音α系數(shù)(率)來(lái)表示，α吸音系數(shù)愈大表示吸音效果愈好，吸音系數(shù)α的值在0~1之間。當(dāng)α= 0時(shí)，表示音能全部反射，材料不吸音；α= 1時(shí)表示材料吸收全部音能，沒(méi)有反射。吸音系數(shù)α的值愈大，表明材料(或結(jié)構(gòu))的吸音性能愈好。一般α在0.2以上的材料被稱為吸音材料，α在0.5以上的材料就是理想的吸音材料。

1多孔(Porous)吸音材料（Absorptive Material）的吸音原理

多孔材料一直是主要的吸音材料，有玻璃棉、礦渣棉、無(wú)機(jī)纖維、合成高分子材料等，把玻璃纖維等作成棉狀，成形為板狀的玻璃棉、巖棉等高分子物質(zhì)發(fā)泡物中，氣泡互連的連續(xù)氣泡材等稱為多孔質(zhì)吸音材料，在這些材料中，氣泡的狀態(tài)有兩種；一種是大部分氣泡成為單個(gè)閉合的孤立氣泡，沒(méi)有通氣性能；另一種氣泡相互連接成為連續(xù)氣泡，噪音控制(Noise Control)中所用的吸音材料，是指有連續(xù)氣泡的材料，而多孔質(zhì)吸音材料為最廣用的代表性吸音材料。

2開(kāi)孔板共振吸音(板模振動(dòng)吸音Membraneous)結(jié)構(gòu)的吸音原理

薄的板材如鋼板、鋁板、膠合板、塑料板、草紙棉線、石膏板等按一定的孔徑和穿孔率，在背后留下一定厚度的空氣層，就構(gòu)成開(kāi)孔板共振吸音(板模振動(dòng)吸音Membraneous)結(jié)構(gòu)。薄的板狀材料或膜狀材料，如合板、石膏板、甘蔗板、鉆泥板或帆布等，藉由音能量入射至材料，引起板或膜的振動(dòng)，消耗能量而吸音。其吸音特性以低頻音為主，對(duì)高頻音的吸音則必須仰賴與多孔質(zhì)型的材料合用才有效果。

3薄板（板狀）共振(共鳴Resonator)吸音結(jié)構(gòu)的吸音原理將薄的塑料板、金屬或膠合板等材料的周邊固定在框架(龍骨)上，并將框架與剛性板壁相結(jié)合，這種由薄板與板后的空氣層構(gòu)成的系統(tǒng)稱為薄板共振吸音結(jié)構(gòu)。

當(dāng)聲波入射到薄板上時(shí)，將激起板面振動(dòng)，使板發(fā)生彎曲變形，由于板和固定支點(diǎn)之間的摩擦，以及板本身的內(nèi)阻尼(Damping)，做一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能損耗，聲波得到衰減。此種構(gòu)造是板的質(zhì)量、背后空氣層、關(guān)連板剛性的彈簧組成振動(dòng)系，有共鳴周波數(shù)。此共鳴周波數(shù)也關(guān)連板的安裝方法，安裝部的構(gòu)造等，通常無(wú)法簡(jiǎn)單求得，若有周波數(shù)與此一致的音入射，板會(huì)引起共鳴振動(dòng)，其振動(dòng)顯著增大，此周波數(shù)附近的能量損失增大，亦即與開(kāi)孔板構(gòu)造同樣，藉共鳴吸收使音被吸收。當(dāng)入射聲波頻率與薄板共振(共鳴Resonator)吸音結(jié)構(gòu)的固有頻率一致時(shí)，產(chǎn)生共振(共鳴Resonator)，消耗聲能最大。

設(shè)計(jì)者在使用上，活用三種材料之特性，可達(dá)到理想的吸音目的；對(duì)于高頻音使用多孔質(zhì)型的材料，若對(duì)象頻率中某頻率特別突出，則使用共鳴吸音楔型材料或開(kāi)孔板，而低頻率的聲音應(yīng)使用板模振動(dòng)型材料。吸音材料最常用多孔(Porous)性吸音材料，有時(shí)也可選用柔性材料及膜狀材料等。在工程中，我們還常將多孔性吸音材枓做成各種幾何形狀來(lái)使用，吸音材料依吸音機(jī)構(gòu)分為若干種類，表14-3常用的吸音材料。

三、吸音設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)原則

應(yīng)盡量先對(duì)音源進(jìn)行隔音、消音等處理，當(dāng)噪聲源不宜采用隔音措施，或采用隔音措施后仍達(dá)不到噪音標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可用吸音處理做為輔助手段。只有當(dāng)房間內(nèi)平均吸音系數(shù)α很小時(shí)，吸音處理才能取得良好的效果，單獨(dú)的風(fēng)機(jī)房、控制室等房間面積較小，所需降低噪音量較高，宜對(duì)天花板、墻面同時(shí)作吸音處理；車間面積較大時(shí)，宜采用空間吸音體，平頂吸音處理；音源集中在局部區(qū)域時(shí)，宜采用局部吸音處理，并同時(shí)設(shè)置隔音墻障；噪聲源比較多而且較分散的生產(chǎn)車間宜做吸音處理。

1. 對(duì)于中、高頻噪音，可采用20~50mm厚的常規(guī)成型吸音板，當(dāng)吸音要求較高時(shí)可采用50~80mm厚的超細(xì)玻璃棉等多孔(Porous)吸音材料，并加適當(dāng)?shù)淖o(hù)面層；對(duì)于寬帶帶噪音，可在多孔材料后留50~100mm的空氣層，或采用80~150mm厚的吸音層；對(duì)于低頻帶噪音，可采用開(kāi)孔板共振吸音結(jié)構(gòu)，其板厚通?？扇?~5mm，孔徑可取3~6mm，穿孔率小于5％。

2. 對(duì)于濕度較高的環(huán)境，或有清潔要求的吸音設(shè)計(jì)，可采用薄膜復(fù)面的多孔材料或單、雙層微開(kāi)孔板共振吸音結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔板的板厚及孔徑均不大于1mm，穿孔率可取0.5％~3％，空氣層深度可取50~200mm。

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