吸聲材料的分類(lèi)和聲學(xué)特性
當(dāng)聲波入射到材料表面時(shí)，部分聲能將被材料吸收，使反射的聲能小于入射聲能，這即為材料的吸聲，材料吸聲能力的大小均用吸聲系數(shù)(α，﹪)來(lái)表征。嚴(yán)格講，任何材料都有一定程度的聲吸收，所謂吸聲材料是指那些具有相當(dāng)大的吸聲性能、專(zhuān)門(mén)用作吸聲處理的材料，一般把吸聲系數(shù)α大于0.3的材料稱(chēng)為吸聲材料。
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吸聲材料(或結(jié)構(gòu))通常按吸聲的頻率特性和本身的構(gòu)造分為兩大類(lèi)：
(1)按吸聲的頻率特性分類(lèi)：可分為低頻吸聲材料、中頻吸聲材料和高頻吸聲材料三類(lèi)；
(2)按材料本身的構(gòu)造分類(lèi)：可分為多孔性吸聲材料和共振吸聲材料兩類(lèi)。
一般來(lái)說(shuō)，多孔性吸聲材料以吸收中、高頻聲能為主，而共振吸聲結(jié)構(gòu)則主要吸收低頻聲能。以下分別對(duì)材料(或結(jié)構(gòu))的吸聲機(jī)理和吸聲特性作概要的介紹；
1 多孔性吸聲材料
(1)材料的構(gòu)造特性和吸聲機(jī)理
顧名思義，多孔吸聲材料就是有很多孔的材料，其主要構(gòu)造特征是材料從表面到內(nèi)部均有相互連通的微孔。吸聲材料的主要吸聲機(jī)理是當(dāng)聲波入射到多孔材料的表面時(shí)激發(fā)起微孔內(nèi)部的空氣振動(dòng)，空氣與固體筋絡(luò)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于空氣的粘滯性在微孔內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的粘滯阻力，使振動(dòng)空氣的動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化為熱能，使得聲能被衰減；另外在空氣絕熱壓縮時(shí)，空氣與孔壁之間不斷發(fā)生熱交換，也會(huì)使聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而被衰減。從上述的吸聲機(jī)理可以看出，多孔性吸聲材料必須具備以下幾個(gè)條件：
材料內(nèi)部應(yīng)有大量的微孔或間隙，而且孔隙應(yīng)盡量細(xì)小且分布均勻；
材料內(nèi)部的微孔必須是向外敞開(kāi)的，也就是說(shuō)必須通到材料的表面，使得聲波能夠從材料表面容易地進(jìn)入到材料的內(nèi)部；
材料內(nèi)部的微孔必須是相互連通的，而不能是封閉的。
(2)影響多孔性吸聲材料吸聲特性的因素
從多孔性吸聲材料本身的結(jié)構(gòu)可以看出，主要有以下幾個(gè)因素影響其吸聲特性：
流阻：流阻的定義是空氣質(zhì)點(diǎn)通過(guò)材料空隙中的阻力。流阻低的材料，低頻吸聲性能較差，而高頻吸聲性能較好；流阻較高的材料中、低頻吸聲性能有所提高，但高頻吸聲性能將明顯下降。對(duì)于一定厚度的多孔材料，應(yīng)有一個(gè)合理的流阻值，流阻過(guò)高或過(guò)低都不利于吸聲性能的提高。
孔隙率：孔隙率的定義是材料內(nèi)部空氣體積與材料總體積的比。對(duì)于吸聲材料來(lái)說(shuō)，應(yīng)有較大的孔隙率，一般應(yīng)在70%以上，多數(shù)達(dá)到90%左右。
厚度：材料的厚度對(duì)其吸聲性能有關(guān)鍵的影響：
①當(dāng)材料較薄時(shí)，增加厚度，材料的低頻吸聲性能將有較大的提高，但對(duì)于高頻的吸聲性能則影響較小。
②當(dāng)厚度增加到一定程度時(shí)，再增加材料的厚度，吸聲系數(shù)增加的斜率將逐步減小，見(jiàn)圖4-1。
③多孔材料的第一共振頻率近似與吸聲材料的厚度成反比。
厚度增加，低頻的吸聲性能提高，吸聲系數(shù)的峰值將向低頻移動(dòng)，厚度增加一倍，吸聲系數(shù)的峰值將向低頻移動(dòng)一個(gè)倍頻程。
容重：容重的定義是單位體積材料的質(zhì)量，一般用K來(lái)表示，例如40K玻璃棉板表示1m3的玻璃棉板重量為40kg。容重對(duì)材料吸聲性能的影響比較復(fù)雜，對(duì)于不同的材料，容重對(duì)其吸聲性能的影響不盡相同。一般對(duì)于同一種材料來(lái)說(shuō)，當(dāng)厚度不變時(shí)，增大容重可以提高中低頻的吸聲性能，但比增加厚度所引起的變化要小。對(duì)于每種不同的多孔性吸聲材料，一般都存在一個(gè)理想的容重范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)材料的吸聲性能較好，容重過(guò)低或過(guò)高都不利于提高材料的吸聲性能。在常用的多孔性吸聲材料中，超細(xì)棉的容重一般為10～20K，玻璃棉板的容重為40～60K，而巖棉的容重則在150～200K之間。
以上是材料本身特征對(duì)其吸聲性能的影響。除此之外，多孔性吸聲材料在實(shí)際聲學(xué)裝修工程中使用時(shí)一般都還需要進(jìn)行安裝，并進(jìn)行飾面處理，而安裝方法和飾面方式對(duì)材料的吸聲性能也有重要的影響。
2 共振吸聲材料(或結(jié)構(gòu))
共振吸聲材料主要吸收低頻的聲音，根據(jù)共振形式的不同，可分為腔體共振和薄板共振兩種，在實(shí)際工程中均有廣泛的應(yīng)用。
(2)穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)
穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)是單個(gè)亥姆霍茲共振器的并聯(lián)組合。它的吸聲特性取決于板厚、孔徑、板的穿孔率、板后的空腔厚度以及空腔內(nèi)填充的材料等因素。
為了增加吸聲頻帶寬度和吸聲系數(shù)，可以在穿孔板后的空腔內(nèi)填多孔性吸聲材料，但空腔內(nèi)多孔性吸聲材料的位置對(duì)結(jié)構(gòu)的吸聲性能有很大的影響。一般情況，多孔性吸聲材料應(yīng)緊貼穿孔板安裝。
在聲學(xué)裝修工程中穿孔板共振吸聲構(gòu)造是經(jīng)常使用的，以前多使用膠合板或硬質(zhì)纖維板現(xiàn)場(chǎng)穿孔或開(kāi)縫的工藝，但這種方法施工難度較大，進(jìn)度慢且不易保證質(zhì)量(孔徑和光滑度)。隨著裝修材料工廠化和機(jī)械化程度的提高，近年普遍采用金屬(鋼板、鋁板)沖孔(開(kāi)縫)，加工質(zhì)量好，施工簡(jiǎn)便，裝修效果好，防火性能也能滿足消防的要求，在聲學(xué)裝修工程中被大量使用。另外，目前常使用的還有高壓水泥板(FC板)沖孔 (開(kāi)縫)和澆筑穿孔石膏板，由于價(jià)格低廉，施工簡(jiǎn)單、防火性能好等優(yōu)點(diǎn)在一些造價(jià)較低、對(duì)裝修效果要求不高的工程中應(yīng)用廣泛。
薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)是薄板在聲波的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)由于板內(nèi)部在龍骨間出現(xiàn)磨擦損耗，使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)，最后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鸬轿曌饔。由于低頻聲波比高頻聲波容易激發(fā)起薄板振動(dòng)，因此其主要吸聲頻帶在低頻。
在聲學(xué)裝修工程中使用最為廣泛的薄板吸聲結(jié)構(gòu)是3～10mm厚的各種膠合板。大量應(yīng)用于影劇院、會(huì)議廳、報(bào)告廳等聲學(xué)建筑內(nèi)的低頻混響，而且裝修效果也比較美觀，其缺點(diǎn)是防火較差，在一些對(duì)防火要求較高的場(chǎng)合使用時(shí)可能會(huì)受到限制。但近年來(lái)在防火涂料防火設(shè)施的研制方面取得了較大的進(jìn)展，因此膠合板共振吸聲構(gòu)造的應(yīng)用范圍又有所增加。
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