吸聲性

吸聲性"是指吸聲的性能。

聲波通過某種介質(zhì)或射到某介質(zhì)表面時，聲能減少或轉(zhuǎn)換為其他能量的過程稱為吸聲。

吸聲，對同一個空間，改變室內(nèi)聲場的特性。

吸聲的主要作用: 是吸收室內(nèi)的混響聲,對直達(dá)聲不起作用,也就是說吸聲可提高音質(zhì),但對降噪能力效果不好;且吸聲材料是以多孔、疏散的材質(zhì)。

表征材料吸聲性能的參數(shù)是吸聲系數(shù)，即被材料吸收的聲能與入射聲能的比值。吸聲系數(shù)大于0.2的材料稱為吸聲材料。

常用的吸聲材料:有玻璃棉、礦渣棉、卡普隆纖維、棉麻等植物纖維、泡沫微孔吸聲磚等。雪也能吸聲。

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展催生了對吸聲材料的需求

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展帶來了日益嚴(yán)重的噪聲危害，為了降低各種機械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲污染，帶有多孔吸聲材料的消聲器得到了廣泛應(yīng)用。但是在航空航天及國防武器裝備等領(lǐng)域中，因其工作環(huán)境具有溫差大、強腐蝕等特點，大多數(shù)多孔吸聲材料將無法正常使用。

金屬橡膠是一種性能優(yōu)良的材料，能夠滿足一些惡劣條件下的吸聲降噪需要，但如何提高金屬橡膠的低頻吸聲性能是一個亟待解決的問題。

在本篇中，筆者將根據(jù)局域共振原理，設(shè)計一種金屬橡膠復(fù)合材料，并通過對比試驗分析討論金屬絲填充率、鉛珠尺寸、鉛珠填充率、背后空氣層厚度等因素對金屬橡膠復(fù)合材料低頻吸聲性能的影響。

試驗材料

1.試驗原料

表1 不同試樣的組成及相關(guān)參數(shù)

2.金屬橡膠復(fù)合材料

金屬橡膠復(fù)合材料是一種以金屬橡膠為骨架，酸性硅酮為基體，鉛珠為局域共振散射體的復(fù)合材料，其宏觀形貌見圖1。

根據(jù)局域共振的設(shè)計思想，金屬橡膠骨架的剛度需要保持在一個較低的水平，因此沖壓過程中的成型力較小，這就使得復(fù)合材料在脫模時產(chǎn)生較大回彈量，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)大量的孔隙。

圖1 金屬橡膠復(fù)合材料宏觀形貌

3.試驗方法

使用AWA6290+T型傳遞函數(shù)吸聲系數(shù)測量系統(tǒng)，根據(jù)GB/T 18696.1-2004《聲學(xué) 阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測量》進(jìn)行測試。

圖2 阻抗管結(jié)構(gòu)簡圖

在試驗過程中，將試樣裝在阻抗管的一側(cè)。管中的平面波由無規(guī)則噪聲聲源產(chǎn)生，阻抗管結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。在靠近試樣的兩個位置上測聲壓，求得兩個傳聲器信號的聲傳遞函數(shù)，并通過此函數(shù)計算相應(yīng)的法向吸聲系數(shù)和聲阻抗率。

試驗結(jié)果與討論

不同材料的低頻吸聲性能

由圖3可知：在50-1000Hz的測試范圍內(nèi)，金屬橡膠（試樣1）的吸聲系數(shù)隨聲波頻率的升高而緩慢增大，但始終在0.2以下；隨著聲波頻率的升高，金屬橡膠復(fù)合材料（試樣2）的吸聲系數(shù)先增大后減小，當(dāng)聲波頻率為500Hz時，吸聲系數(shù)就達(dá)到了0.5，聲波頻率為800Hz處達(dá)到吸聲峰值0.998，隨后吸聲系數(shù)降低。

圖3 不同試樣的吸聲系數(shù)曲線

可見，金屬橡膠復(fù)合材料在低頻范圍的吸聲性能大大高于普通金屬橡膠的。

金屬絲填充率對低頻吸聲性能的影響

由圖4可知：在50~100Hz范圍內(nèi)，試樣3，4，5的吸聲系數(shù)隨金屬絲填充率的增大而降低，且試樣3的吸聲曲線吸聲峰位于低頻區(qū)域，因此降低金屬絲的填充率可以提高材料的低頻吸聲性能。

圖4 不同金屬絲填充率下復(fù)合材料吸聲系數(shù)曲線

鉛珠直徑對低頻吸聲性能的影響

由圖5可知：在50~100Hz范圍內(nèi)，試樣3，6，7的吸聲系數(shù)隨鉛珠直徑的減小而降低，且試樣3的吸聲曲線吸聲峰位于低頻區(qū)域，因此增大鉛珠的直徑可以提高材料的低頻吸聲性能。

圖5 不同鉛珠直徑下復(fù)合材料的吸聲系數(shù)曲線

鉛珠填充率對低頻吸聲性能的影響

由圖6可知：在50~100Hz范圍內(nèi)，試樣3，8，9的吸聲系數(shù)隨鉛珠填充率的降低而降低，且試樣3的吸聲系數(shù)曲線的吸聲峰位于低頻區(qū)域。

圖6 不同鉛珠填充率下復(fù)合材料的吸聲系數(shù)曲線

背襯對低頻吸聲性能的影響

由圖7可知，隨著試樣背后空氣層厚度的增大，吸聲系數(shù)曲線的吸聲峰有明顯向低頻方向移動的趨勢。因此，增加背后空氣層的厚度有利于降低復(fù)合材料吸聲結(jié)構(gòu)的共振吸聲頻率。

圖7 不同背后空氣層厚度下復(fù)合材料的吸聲系數(shù)曲線

結(jié)論

（1）基于局域共振原理，設(shè)計了一種以金屬橡膠為骨架、酸性硅酮為基體、以鉛珠為聲散射體的金屬橡膠復(fù)合材料，實現(xiàn)了對金屬橡膠材料低頻（1000Hz以下）吸聲性能。

（2）通過降低金屬絲的填充率、增大鉛珠的直徑和增加鉛珠的填充率均能夠提高金屬橡膠復(fù)合材料的低頻吸聲性能。

（3）增加背后空氣層的厚度有利于降低復(fù)合材料吸聲結(jié)構(gòu)的共振吸聲頻率。

節(jié)選自：《機械工程材料》 Vol.41 2017.7

作 者：李拓，博士研究生，軍械工程學(xué)院

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