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    多孔吸聲材料的吸聲原理及其分類

    一、　多孔材料的吸聲原理

    惠更斯原理:聲源的振動引起波動,波動的傳播是由于介質(zhì)中質(zhì)點間的相互作用。在連續(xù)介質(zhì)中,任何一點的振動,都將直接引起鄰近質(zhì)點的振動。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,主要是兩種機理引起聲波的衰減:首先是由于聲波產(chǎn)生的振動引起小孔或間隙內(nèi)的空氣運動,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起來,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)點的振動速度加快,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、　多孔吸聲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骨架內(nèi)部摩擦、空氣摩擦和熱交換來達(dá)到吸聲的效果;非柔順性材料主要靠空氣的粘滯性來達(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纖維材料,無機纖維材料,吸聲金屬材料和泡沫材料四大類。

    1　有機纖維材料

    早期使用的吸聲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天然纖維材料。有機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,文獻還對紡織類纖維超高頻聲波的吸聲性能進行了研究,證實在超高頻聲波場中,這種纖維材料基本上沒有任何吸聲作用。

    2　無機纖維材料

    無機纖維材料不斷問世,如玻璃棉、礦渣棉和巖棉等。這類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。但無機纖維吸聲材料存在性脆易斷、受潮后吸聲性能急劇下降、質(zhì)地松軟需外加復(fù)雜的保護材料等缺點。

    3　金屬吸聲材料

    金屬吸聲材料是一種新型實用工程材料,于七十年代后期出現(xiàn)于發(fā)達(dá)工業(yè)。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:

    (1)超薄輕質(zhì),吸聲性能優(yōu)異。

    (2)強度高,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,適用于氣流速度較大或震動劇烈的場所。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,干燥后吸聲性能可以完全恢復(fù)。含水結(jié)冰時材料不受損壞,因而對冷熱環(huán)境都適用。

    (4)不含有機粘結(jié)劑,可回收利用。既不會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所。鋁質(zhì)纖維吸聲材料在國外的使用已很普遍,較多使用在音樂廳、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),但原材料必須依賴進口。由于鋁質(zhì)纖維吸聲材料的突出優(yōu)點,今后其將在我國聲環(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已逐漸在國外汽車上開始使用,國內(nèi)奧迪、桑塔納汽車也開始使用這種材料作為消聲器芯的汽車消聲器。馬健敏等人對變截面不銹鋼纖維材料的吸聲特性進行了較全面的實驗研究,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吸聲性能的影響;張燕等人還進一步對不銹鋼纖維加穿孔板復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸聲特性進行了研究[10]。綜合以上的研究發(fā)現(xiàn),金屬纖維材料具有如下特點:

    (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聲性能得到明顯改善;

    (2)抗惡劣工作環(huán)境的能力強,在高溫、油污、水汽等條件下,仍可以作為理想的吸聲材料。

    4　泡沫材料

    根據(jù)泡沫孔形式的不同,可分為開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、