2018-12-19 10:24:56

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吸声材料,是具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的材料,超声学检查设备的元件之一。吸声材料要与周围的传声介质的声特性阻抗匹配,使声能无反射地进入吸声材料,并使入射声能绝大部分被吸收。

拼音:xi sheng cai liao

英文:sound-absorbing material

吸声材料在应用方式上,通常采用共振吸声结构或渐变过渡层结构。为了提高材料的内损耗,一般在材料中混入含有大量气泡的填料或增加金属微珠等。在换能器阵的各阵元之间的隔声去耦、换能器背面的吸声块、充液换能器腔室内壁和构件的消声覆盖处理、消声水槽的内壁吸声贴面等结构上,经常利用吸声材料改善其声学性能。

折叠 编辑本段 吸声机理

吸声材料按其物理性能和吸声方式可分为多孔性吸声材料和共振吸声结构两大类。后者包括单个共振器穿孔板共振吸声结构、薄板吸声结构和柔顺材料等。

吸声材料按吸声机理分为:

①靠从表面至内的吸声材料内部许多细小的敞开孔道使声波衰减的多孔材料,以吸收中高频声波为主,有纤维状聚集组织的各种有机或无机纤维及其制品以及多孔结构的开孔型泡沫塑料和膨胀珍珠岩制品。

②靠共振作用吸声的柔性材料(如闭孔型泡沫塑料,吸收中频)、膜状材料(如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革,吸收低中频)、板状材料(如胶合板、硬质纤维板、石棉水泥板和石膏板,吸收低频)和穿孔板(各种板状材料或金属板上打孔而制得,吸收中频)。以上材料复合使用,可扩大吸声范围,提高吸声系数。用装饰吸声板贴壁或吊顶,多孔材料和穿孔板或膜状材料组合装于墙面,甚至采用浮云式悬挂,都可改善室内音质,控制噪声。多孔材料除吸收空气声外,还能减弱固体声和空室气声所引起的振动。将多孔材料填入各种板状材料组成的复合结构内,可提高隔声能力并减轻结构重量。

对入射声能有吸收作用的材料。吸声材料主要用于控制和调整室内的混响时间

吸声材料可消除回声,以改善室内的听闻条件;或用于降低喧闹场所的噪声,以改善生活环境和劳动条件(见吸声降噪);还可广泛用于降低通风空调管道的噪声。

折叠 编辑本段 影响因素

1、材料的厚度

多孔材料对高频率声音吸声效果明显,即在高频区吸声系数较大;

多孔材料对低频率声音吸声效果差,即在低频区吸声系数较小;

随着材料厚度的增加,吸声最佳频率向低频方向移动;

厚度每增加1倍,最大吸收频率向低频方向移动一个倍频程;

材料厚度(最佳吸收频率下的波长)为λ/4为最佳;

当声音频率大于500Hz时,吸声系数与厚度无关。

材料的密度随着材料密度的增大,最大吸收系数向低频方向移动.

材料层于刚性面间的空气层当空气层厚度d=1/4λ时,吸声系数a最大;对于低频率声音来说,λ较大,空气层厚度也要加大,在工程上增加空气层厚度不太合适(对于房顶可适当增加空气层的厚度),一般5-10cm。

护面层(多应用于多孔疏松材料)多孔材料疏松,无法固定,不美观,需表面覆盖护面层,如护面穿孔板,织物或网纱等;穿孔率(P),即穿孔总面积与未穿孔总面积的比值,穿孔率越大,对中高频率声音吸收效果越好,穿孔率越小,对低频吸收效果越好。

5、空间吸声体(室内悬挂吸声体)

将吸声体悬挂在室内对声音进行多方位吸收;

吸声体投影面积与悬挂平面投影面积的比值约等于40%时,对声音的吸声效率最高;

该法节省吸声材料,对工厂、企业的吸声降噪比较适用。

折叠 编辑本段 材料选用

选用吸声材料,首先应从吸声特性方面来确定合乎要求的材料,同时还要结合重量、防火防潮、防蛀、强度、外观、建筑内部装修等要求,综合考虑进行选择。

折叠 编辑本段 吸声原理

声音源于物体的振动,它引起邻近空气的振动而形成声波,并在空气介质中向四周传播。

当声音传入构件材料表面时,声能一部分被反射,一部分穿透材料,还有一部由于构件材料的振动或声音在其中传播时与周围介质摩擦,由声能转化成热能,声能被损耗,即通常所说声音被材料吸收。

折叠 编辑本段 吸声系数

材料的吸声性能常用吸声系数妶表示。入射到材料表面的声波,一部分被反射,一部分透入材料内部而被吸收。被材料吸收的声能与入射声能的比值,称为吸声系数。对于全反射面,妶=0;对于全吸收面,妶=1;一般材料的吸声系数在0~1之间。材料吸声系数的大小与声波的入射角有关,随入射声波的频率而异。以频率为横坐标,吸声系数为纵坐标绘出的曲线,称为材料吸声频谱。它反

吸声材料

映了材料对不同频率声波的吸收特性。测定吸声系数通常采用混响室法和驻波管法。混响室法测得的为声波无规则入射时的吸声系数,它的测量条件比较接近实际声场,因此常用此法测得的数据作为实际设计的依据。驻波管法测得的是声波垂直入射时的吸声系数,通常用于产品质量控制、检验和吸声材料的研制分析。混响室法测得的吸声系数,一般高于驻波管法

折叠 编辑本段 注意问题

根据建筑材料的设计要求和吸声材料的特点,进行材质、造型等方面的选择和设计。建筑上常用的吸声材料有泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、工业毛毡、泡沫玻璃、玻璃棉矿渣棉沥青矿渣棉、水泥膨胀珍珠岩板、石膏砂浆(掺水泥和玻璃纤维)、水泥砂浆、砖(清水墙面)、软木板等,每一种吸声材料对其厚度、容重、各频率下的吸声系数及安装情况都有要求,应执行相应的规范。建筑上应用的吸声材料一定要考虑安装效果。

折叠 安装位置

在建筑物内安装吸声材料,应尽量装在最容易接触声波和反射次数多的表面上,也要考虑分布的均匀性,不必都集中在天棚和墙壁上。大多数吸声材料强度较低,除安装操作时要注意之外,还应考虑防水、防腐、防蛀等问题。尽可能使用吸声系数高的材料,以便使用较少的材料达到较好的效果。

折叠 材质的选择

用作吸声材料的材质应尽量选用不易燃、不易虫蛀发霉、耐污染、吸湿性低的材料。由于材料的多孔性容易吸湿、尺寸易发生变形,所以安装时要注意膨胀问题。

折叠 材料的装饰性

吸声材料都是装于建筑物的表面。因此,在设计造型与安装时均应考虑带它与建筑物的协调性和装饰性。使用装饰涂料时注意不要将细孔堵塞,以免降低吸声效果。

折叠 材料结构的特征

多孔性材料有的是用作吸声材料,页面的名称相同-多孔材料,但是在气孔特征上则完全不同。保温材料要求具有封闭的不相互连通的气孔,而吸声材料则要求具有相互开放连通的气孔,这种气孔越多吸声效果越好,与此相反,其保温隔热效果越差。另外,还要清楚吸声与隔声材料的区别。吸声材料由于质轻、多孔、疏松,而隔声性能不好,根据声学原理,材料的密度(kg/m³)越大,越不易振动,则隔声效果越好。所欲密实沉重的黏土砖、钢筋混凝土等材料的隔声效果比较好,但吸声效果不佳。

折叠 编辑本段 多孔材料

这类材料的物理结构特征是材料内部有大量的、互相贯通的、向外敞开的微孔,即材料具有一定的透气性。工程上广泛使用的有纤维材料和灰泥材料两大类。前者包括玻璃棉和矿渣棉或以此类材料为主要原料制成的各种吸声板材或吸声构件等;后者包括微孔砖和颗粒性矿渣吸声砖等。

吸声机理和频谱特性 多孔吸声材料的吸声机理是当声波入射到多孔材料时,引起孔隙中的空气振动。由于摩擦和空气的粘滞阻力,使一部分声能转变成热能;此外,孔隙中的空气与孔壁、纤维之间的热传导,也会引起热损失,使声能衰减。

多孔材料的吸声系数随声频率的增高而增大,吸声频谱曲线由低频向高频逐步升高,并出现不同程度的起伏,随着频率的升高,起伏幅度逐步缩小,趋向一个缓慢变化的数值。

影响多孔材料吸声性能的因素 影响多孔材料吸声性能的参数主要有:①流阻,它是在稳定的气流状态下,吸声材料中的压力梯度与气流线速度之比。当厚度不大时,低流阻材料的低频吸声系数很小,在中、高频段,吸声频谱曲线以比较大的斜率上升,高频的吸声性能比较好。增大材料的流阻,中、低频吸声系数有所提高;继续加大材料的流阻,材料从高频段到中频段的吸声系数将明显下降,此时,吸声性能变劣。所以,对一定厚度的多孔材料,有一个相应适宜的流阻值,过高和过低的流阻值,都无法使材料具有良好的吸声性能。②孔隙率,指材料中连通的孔隙体积与材料总体积之比,多孔吸声材料的孔隙率一般在70%以上,多数达90%。③结构因数,材料中间隙的排列是杂乱无章的,但在理论上往往采用毛细管沿厚度方向纵向排列的模型,所以,对具体的多孔材料必须引进结构因数加以修正。多孔材料结构因数,一般在2~10之间,也有高达20~25的。在低频范围内,结构因数基本不起作用,这是因为在这个

金字塔型吸声材料

范围内,空气惯性的影响很小,而弹性起主要作用。当材料流阻比较小时,若增大结构因数,在高、中频范围内,可以看到吸声系数的周期性变化。

在吸声理论中,用流阻孔隙率、结构因数来确定材料的吸声特性,而在实际应用上,通常是以材料厚度、容重(重量/体积)来反映其结构状态和确定其吸声特性。增加材料的厚度,可提高低、中频吸声系数,但对高频吸收的影响很小。如果在吸声材料和刚性墙面之间留出空间,可以增加材料的有效厚度,提高对低频的吸声能力。由于材料流阻和容重往往存在着对应关系,因此在工程应用上往往通过调整材料的容重以控制材料的流阻。容重对材料吸声性能的影响是复杂的,但是厚度的变化比起容重的变化对材料吸声性能的影响要大,也就是厚度的影响是第一位的,而容重的影响则是第二位的。

此外,材料的表面处理、安装和布置方式以及温度、湿度等对材料吸声性能也有影响。

折叠 编辑本段 共振吸声

由于多孔性材料的低频吸声性能差,为解决中、低频吸声问题,往往采用共振吸声结构,其吸声频谱共振频率为中心出现吸收峰,当远离共振频率时,吸声系数就很低。在实际应用上,共振吸声结构有以下几种基本类型:

折叠 编辑本段 单共振器

是一个有颈口的密闭容器,相当于一个弹簧振子系统,容器内空气相当于弹簧,而进口空气相当于和弹簧连结的物体。当入射声波的频率和这个系统的固有频率一致时,共振器孔颈处的空气柱就激烈振动,孔颈部分的空气与颈壁摩擦阻尼,将声能转变为热能,它的共振频率f0(赫)可由下式求得:

式中V为共振器空腔体积(米);L为颈的实际长度(米);r为颈口半径(米);c为声速(米/秒)。

穿孔板吸声结构 在打孔的薄板后面设置一定深度的密闭空腔,组成穿孔板吸声结构,这是经常使用的一种吸声结构,相当于单个共振器的并联组合。当入射声波频率和这一系统的固有频率一致时,穿孔部分的空气就激烈振动,加强了吸收效应,出现吸收峰,使声能衰减。穿孔板的共振频率f0(赫)为:

式中c为声速(米/秒);L为穿孔板的厚度(米);r为孔半径(米);h为板后空气层厚度(米);P为穿孔率(孔面积与总面积之比)。通常穿孔率超过20%,穿孔板将不起共振吸声作用。

穿孔板共振吸声频带比较窄,在穿孔板后面加上一层多孔材料或纺织品,可以加宽吸收峰的宽度;同时使用几种共振峰互相衔接的穿孔板,也可以得到较宽的吸声频带。如果将孔径缩小到1毫米以下,板厚在1毫米以下,穿孔率1~3%,则穿孔板与板后空腔可组成微穿孔板吸声结构。由于它比穿孔板声阻大,质量小,因而在吸声系数和吸声带宽方面都高于穿孔板。

薄板吸声结构 在薄板后设置空气层,就成为薄板共振吸声结构。当声波入射时,激发系统的振动,由于板的内部摩擦,使振动能量转化为热能。当入射声波频率与系统的固有频率一致时,即产生共振,在共振频率处出现吸收峰。其共振频率f0(赫)为:

式中m为板单位面密度(千克/米);h为板后空气层厚度(米);ρ空气密度(千克/米);c为声速(米/秒)。从式内可以看出,增加板的单位面密度或空腔深度时,吸声峰就移向低频。在空腔内沿龙骨处设置多孔吸声材料,在薄板边缘与龙骨连接处放置毛毡或海绵条,以增加结构的阻尼特性,可以提高吸声系数和加宽吸声频带。

折叠 编辑本段 柔顺材料

是内部有许多微小的、互不贯通的独立气泡,没有通气性能,在一定程度上具有弹性的吸声材料。当声波入射到材料上时,激发材料作整体振动,为克服材料内部的摩擦而消耗了声能。它的吸声频率特性是高频声吸收系数很低,中、低频的吸声系数类似共振吸收,但无显著的共振吸收峰而呈复杂的起伏状态。

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