吸聲原理

測量材料吸聲系數的方法有兩種，一種是混響室法，一種是駐波管法?；祉懯曳y量聲音無規(guī)入射時的吸聲系數，即聲音由四面八方射入材料時能量損失的比例，而駐波管法測量聲音正入射時的吸聲系數，聲音入射角度僅為90度。兩種方法測量的吸聲系數是不同的，工程上最常使用的是混響室法測量的吸聲系數，因為建筑實際應用中聲音入射都是無規(guī)的。在某些測量報告中會出現吸聲系數大于1的情況，這是由于測量的實驗室條件等造成的，理論上任何材料吸收的聲能不可能大于入射聲能，吸聲系數永遠小于1。任何大于1的測量吸聲系數值在實際聲學工程計算中都不能按大于1使用，最多按1進行計算。

在房間中，聲音會很快充滿各個角落，因此，將吸聲材料放置在房間任何表面都有吸聲效果。吸聲材料吸聲系數越大，吸聲面積越多，吸聲效果越明顯?？梢岳梦曁旎?、吸聲墻板、空間吸聲體等進行吸聲降噪。

吸聲原理是給聲音留下個進入的通道（無數連錦在一起的微小孔洞組成的通道，或者由數不清的纖維交織混在一起而形成數不清的細小縫隙）但是聲音一旦進去就出不來了，由于通道太長，聲音在里面鉆來鉆去，左右沖撞 在這個過程中逐漸消耗掉能量，起到了吸音的作用。

不同頻率上會有不同的吸聲系數。人們使用吸聲系數頻率特性曲線描述材料在不同頻率上的吸聲性能。按照ISO標準和國家標準，吸聲測試報告中吸聲系數的頻率范圍是100-4KHz。將 100-4KHz的吸聲系數取平均得到的數值是平均吸聲系數，平均吸聲系數反映了材料總體的吸聲性能。在工程中常使用降噪系數NRC粗略地評價在語言頻率范圍內的吸聲性能，這一數值是材料在250、500、1K、2K四個頻率的吸聲系數的算術平均值，四舍五入取整到0.05。一般認為NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等于0.2的材料才被認為是吸聲材料。當需要吸收大量聲能降低室內混響及噪聲時，常常需要使用高吸聲系數的材料。如離心玻璃棉、巖棉等屬于高NRC吸聲材料，5cm厚的24kg/m3的離心玻璃棉的NRC可達到0.95。

纖維多孔吸聲材料，如離心玻璃棉、巖棉、礦棉、植物纖維噴涂等，吸聲機理是材料內部有大量微小的連通的孔隙，聲波沿著這些孔隙可以深入材料內部，與材料發(fā)生摩擦作用將聲能轉化為熱能。多孔吸聲材料的吸聲特性是隨著頻率的增高吸聲系數逐漸增大，這意味著低頻吸收沒有高頻吸收好。多孔材料吸聲的必要條件是 ：材料有大量空隙，空隙之間互相連通，孔隙深入材料內部。錯誤認識之一是認為表面粗糙的材料具有吸聲性能，其實不然，例如拉毛水泥、表面凸凹的石才基本不具有吸聲能力。錯誤認識之二是認為材料內部具有大量孔洞的材料，如聚苯、聚乙烯、閉孔聚氨脂等，具有良好的吸聲性能，事實上，這些材料由于內部孔洞沒有連通性，聲波不能深入材料內部振動摩擦，因此吸聲系數很小。

與墻面或天花存在空氣層的穿孔板，即使材料本身吸聲性能很差，這種結構也具有吸聲性能，如穿孔的石膏板、木板、金屬板、甚至是狹縫吸聲磚等。這類吸聲被稱為亥姆霍茲共振吸聲，吸聲原理類似于暖水瓶的聲共振，材料外部空間與內部腔體通過窄的瓶頸連接，聲波入射時，在共振頻率上，頸部的空氣和內部空間之間產生劇烈的共振作用損耗了聲能。亥姆霍茲共振吸收的特點是只有在共振頻率上具有較大的吸聲系數。

薄膜或薄板與墻體或頂棚存在空腔時也能吸聲，如木板、金屬板做成的天花板或墻板等，這種結構的吸聲機理是薄板共振吸聲。在共振頻率上，由于薄板劇烈振動而大量吸收聲能。薄板共振吸收大多在低頻具有較好的吸聲性能。

微粒吸聲板同時包含了多孔材料 吸聲原理和共振吸聲原理。一方面其內部有許多相互連通的形狀各異的微小細孔，當聲音入射到板材表面時，聲波會透入微粒板內部在細孔中傳播，此時，由于空氣運動產生的粘滯性和摩擦阻力作用，使聲能逐漸轉化為熱能而消耗，由此產生阻性吸聲作用，如圖1所示；另一方面在微粒吸聲板后設置空腔，微粒吸聲板和板后空腔形成了微孔共振吸聲結構，試驗表明，該結構具備了微穿孔板的共振吸聲特性，由此可利用成熟的微穿孔板吸聲理論指導微粒吸聲板共振吸聲結構的設計，如圖2所示。

共振吸聲結構的吸聲原理是：當聲波的頻率與共振吸聲結構的自振頻率一致時，發(fā)生共振，聲波激發(fā)共振吸聲結構產生振動，并使振幅達到最大，從而消耗聲能，達到吸聲的目的。

聲波在傳播過程中遇到各種固體材料時，一部分聲能被反射，一部分聲能進入到材料內部被吸收，還有很少一部分聲能透射到另一側。通常將入射聲能E_i和反射聲能E_r的差值與入射聲E_i之比值稱為吸聲系數，記為α，即

由于入射角度對吸聲系數有較大的影響，因此，規(guī)定了三種不同的吸聲系數。即：垂直入射吸聲系數 （駐波管法吸聲系數），用α0表示，它多用于材料性質的鑒定與研究；斜入射吸聲系數；無規(guī)入射吸聲系數αT 。

材料的吸聲性能不僅與材料本身的孔隙率、密度、厚度等結構參數有關，而且與入射聲波的頻率、環(huán)境的溫度、濕度和氣流等因素有關。實驗表明，吸聲材料 (主要指多孔材料)對中、高頻聲吸收較好，而對低頻聲吸收性能較差，若采用共振吸聲結構則可以改善低頻吸聲性能。

在吸聲降噪過程中，常采用多孔吸聲材料、薄板共振吸聲結構、穿孔板共振吸聲結構和微穿孔板共振吸聲結構等技術來實現減噪目的。雖然這些技術方法都能達到不同程度的減噪目標，并且各有特點，但其吸聲原理有的是不相同的。