吸聲原理吸聲原理

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(jī)理是材料內(nèi)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(nèi)部，與材料發(fā)生摩擦作用將聲能轉(zhuǎn)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(shù)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(nèi)部。錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)之一是認(rèn)為表面粗糙的材料具有吸聲性能，其實(shí)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(cuò)誤認(rèn)識(shí)之二是認(rèn)為材料內(nèi)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(shí)上，這些材料由于內(nèi)部孔洞沒有連通性，聲波不能深入材料內(nèi)部振動(dòng)摩擦，因此吸聲系數(shù)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(jié)構(gòu)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(nèi)部腔體通過窄的瓶頸連接，聲波入射時(shí)，在共振頻率上，頸部的空氣和內(nèi)部空間之間產(chǎn)生劇烈的共振作用損耗了聲能。亥姆霍茲共振吸收的特點(diǎn)是只有在共振頻率上具有較大的吸聲系數(shù)。

薄膜或薄板與墻體或頂棚存在空腔時(shí)也能吸聲，如木板、金屬板做成的天花板或墻板等，這種結(jié)構(gòu)的吸聲機(jī)理是薄板共振吸聲。在共振頻率上，由于薄板劇烈振動(dòng)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。

測(cè)量材料吸聲系數(shù)的方法有兩種，一種是混響室法，一種是駐波管法?；祉懯曳y(cè)量聲音無規(guī)入射時(shí)的吸聲系數(shù)，即聲音由四面八方射入材料時(shí)能量損失的比例，而駐波管法測(cè)量聲音正入射時(shí)的吸聲系數(shù)，聲音入射角度僅為90度。兩種方法測(cè)量的吸聲系數(shù)是不同的，工程上最常使用的是混響室法測(cè)量的吸聲系數(shù)，因?yàn)榻ㄖ?shí)際應(yīng)用中聲音入射都是無規(guī)的。在某些測(cè)量報(bào)告中會(huì)出現(xiàn)吸聲系數(shù)大于1的情況，這是由于測(cè)量的實(shí)驗(yàn)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(shù)永遠(yuǎn)小于1。任何大于1的測(cè)量吸聲系數(shù)值在實(shí)際聲學(xué)工程計(jì)算中都不能按大于1使用，最多按1進(jìn)行計(jì)算。

在房間中，聲音會(huì)很快充滿各個(gè)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(shù)越大，吸聲面積越多，吸聲效果越明顯。可以利用吸聲天花、吸聲墻板、空間吸聲體等進(jìn)行吸聲降噪。

不同頻率上會(huì)有不同的吸聲系數(shù)。人們使用吸聲系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，吸聲測(cè)試報(bào)告中吸聲系數(shù)的頻率范圍是100-4KHz。將 100-4KHz的吸聲系數(shù)取平均得到的數(shù)值是平均吸聲系數(shù)，平均吸聲系數(shù)反映了材料總體的吸聲性能。在工程中常使用降噪系數(shù)NRC粗略地評(píng)價(jià)在語言頻率范圍內(nèi)的吸聲性能，這一數(shù)值是材料在250、500、1K、2K四個(gè)頻率的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值，四舍五入取整到0.05。一般認(rèn)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(rèn)為是吸聲材料。當(dāng)需要吸收大量聲能降低室內(nèi)混響及噪聲時(shí)，常常需要使用高吸聲系數(shù)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(dá)到0.95。

吸聲原理是給聲音留下個(gè)進(jìn)入的通道（無數(shù)連錦在一起的微小孔洞組成的通道，或者由數(shù)不清的纖維交織混在一起而形成數(shù)不清的細(xì)小縫隙）但是聲音一旦進(jìn)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(gè)過程中逐漸消耗掉能量，起到了吸音的作用。

微粒吸聲板同時(shí)包含了多孔材料 吸聲原理和共振吸聲原理。一方面其內(nèi)部有許多相互連通的形狀各異的微小細(xì)孔，當(dāng)聲音入射到板材表面時(shí)，聲波會(huì)透入微粒板內(nèi)部在細(xì)孔中傳播，此時(shí)，由于空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的粘滯性和摩擦阻力作用，使聲能逐漸轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，由此產(chǎn)生阻性吸聲作用，如圖1所示；另一方面在微粒吸聲板后設(shè)置空腔，微粒吸聲板和板后空腔形成了微孔共振吸聲結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)表明，該結(jié)構(gòu)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(dǎo)微粒吸聲板共振吸聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如圖2所示。

共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲原理是：當(dāng)聲波的頻率與共振吸聲結(jié)構(gòu)的自振頻率一致時(shí)，發(fā)生共振，聲波激發(fā)共振吸聲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，并使振幅達(dá)到最大，從而消耗聲能，達(dá)到吸聲的目的。

聲波在傳播過程中遇到各種固體材料時(shí)，一部分聲能被反射，一部分聲能進(jìn)入到材料內(nèi)部被吸收，還有很少一部分聲能透射到另一側(cè)。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(shù)，記為α，即

由于入射角度對(duì)吸聲系數(shù)有較大的影響，因此，規(guī)定了三種不同的吸聲系數(shù)。即：垂直入射吸聲系數(shù) （駐波管法吸聲系數(shù)），用α0表示，它多用于材料性質(zhì)的鑒定與研究；斜入射吸聲系數(shù)；無規(guī)入射吸聲系數(shù)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(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，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(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，吸聲材料 (主要指多孔材料)對(duì)中、高頻聲吸收較好，而對(duì)低頻聲吸收性能較差，若采用共振吸聲結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)和微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)減噪目的。雖然這些技術(shù)方法都能達(dá)到不同程度的減噪目標(biāo)，并且各有特點(diǎn)，但其吸聲原理有的是不相同的。