什么是多孔吸聲材料？

吸聲材料吸聲是聲波通過材料的孔隙與固體骨骼相互摩擦而消耗其能量的。在吸聲材料中，聲波與固體接觸，要有能量交換，主要是黏滯性與熱傳導作用。

根據克?；舴虻难芯拷Y果，運動方程只受黏滯系數的影響，而連續性方程則只受熱傳導系數的影響，這種區分大大簡化推導工作，根據運動方程，計入粘滯系數，很容易地求出管內的聲阻抗及其吸聲特性。 通過微孔粘滯吸聲理論模型進行一些修改，可以更精確定量地分析多孔材料孔徑大小、厚度、孔隙率等參數對多孔材料吸聲性能的影響。 吸聲材料按吸聲機理可以分為共振吸聲結構材料和多孔吸聲結構材料。

共振吸聲結構材料

主要結構為亥姆霍茲共鳴器式結構，它是利用入射聲波在結構內產生共振，從而使大量能量耗逸。

多孔吸聲結構材料

多孔材料構成的吸聲材料，能使大部分聲波進入材料，從而具有很強的吸聲能力，使進入該材料的聲波在傳播過程中逐漸消耗殆盡。

共振吸聲結構材料利用了共振原理，因而吸聲的頻帶較窄，而多孔材料的吸聲頻帶則比較寬。本文主要介紹一下多孔吸聲材料。

目前，多孔吸聲材料在會議廳、音樂廳、大禮堂、等對聲音要求較高的建筑上，應用的很廣泛。

吸聲材料原理

材料內部具有大量互相連通的微孔或間隙，而且孔隙細小且在材料內部均勻分布。 其吸聲機理是當聲波入射到材料表面時，一部分在材料表面反射，另一部分則透人到材料內部向前傳播，在傳播過程中，引起孔隙中的空氣運動，與形成孔壁的固體孔筋或孔壁發生摩擦，由于粘滯性和熱傳導效應，將聲能轉變為熱能耗散掉。 聲波在剛性壁面反射后，經過材料回到表面時，一部分聲波透射到空氣中，一部分又反射回材料內部，聲波通過這種反復傳播，使能量不斷轉換耗散，如此反復，直到平衡，由此使材料吸收部分聲能。 目前采用的多孔吸聲材料可分泡沫類吸聲材料和纖維類吸聲材料。

多孔吸聲材料分類

纖維材料按其選材的物理特性和外觀主要分為有機纖維吸聲材料、無機纖維吸聲材料、金屬纖維吸聲材料等?，F在的研究中，更注重各種纖維材料在實際中的應用。

有機纖維材料

傳統的有機纖維吸聲材料在中、高頻范圍具有良好的吸聲性能，如棉麻纖維、毛氈、甘蔗纖維板、木質纖維板、水泥木絲板等有機天然纖維材料，以及丙烯腈纖維、聚酯纖維、三聚氰胺等化學纖維材料，但這類材料的防火、防腐、防潮等性能較差，應用時受環境條件的制約。

無機纖維材料

無機纖維材料主要有巖棉、玻璃棉、礦渣棉以及硅酸鋁纖維棉等，由于具有吸聲性能好、質輕、不蛀、不腐、不燃、不老化等特點，從而逐漸替代了傳統的天然纖維吸聲材料，在聲學工程中得到了廣泛應用。但是由于纖維性脆，易于折斷，產生的纖維粉末會在空中飛揚，形成的粉塵會刺癢皮膚，污染環境，影響呼吸，這是它在應用中的缺點。 過去的玻璃纖維和天然纖維與合成有機纖維相比不易老化的特性曾經是玻纖材料性能的一個優點，但是從環境保護的角度來看，材料的不易降解使其最終會成為固體廢棄物，對環境造成二次污染。

金屬纖維材料

金屬纖維材料具有強度高、耐沖擊、易加工、耐高溫、抗惡劣工作環境的能力強等優點，可用于高溫、承載、震動等特殊的吸聲場所，例如噴氣式飛機的發動機消聲裝置。 較常見的有鋁質纖維吸聲材料、變截面金屬纖維材料以及不銹鋼纖維吸聲材料等。鋁質纖維吸聲材料是由兩片鋁網板夾住中間的鋁纖維氈，利用其塑性通過壓機滾壓而成，加工工藝簡單，產品成本大大降低，易于彎折成型，甚至可做成圓筒形的空間吸聲體。由于具有強度高、抗風、不燃、耐水、導水、耐熱以及抗凍等優異的耐候性能，因此十分適合于戶外露天環境和地下建筑中使用。 對于燒結金屬纖維材料，當存在溫度梯度場作用時，應重視溫度梯度對多孔金屬材料總體吸聲性能的影響，在一定條件下，負溫度梯度可以提高材料的吸聲性能，而正溫度梯度可使材料吸聲性能趨于降低。

泡沫結構吸聲材料

根據泡沫材料孔形式的不同，可分為閉孔、開孔和半開孔3種。微孔間互相封閉的稱為閉孔型泡沫材料，互相連通的稱為開孔型泡沫材料，既有連通又有封閉的為半開孔型泡沫材料。

閉孔泡沫材料

閉孔結構的泡沫金屬材料，以閉孔泡沫鋁為代表，閉孔泡沫鋁的吸聲系數比較低，是由于聲波很難到達孔隙內部，與其內部相互作用，僅有一些裂縫和微孔，本身并不能作良好的吸聲材料。

開孔泡沫材料

可以通過控制顆粒的形狀尺寸，來控制孔隙率和孔形狀，能夠制得孔隙率為0.9的高孔率材料，由于開孔泡沫材料具有復雜的渠道結構以及表面粗糙的內部空隙，導致其具有較高流阻，所以開孔泡沫鋁的整體吸聲性能要比閉孔的好的多。

影響多孔吸聲材料的因素

空氣阻流的影響

空氣流阻定義為材料兩面的靜壓差和氣流線速度之比，它反映了空氣通過多孔材料時材料的透氣性問題，而單位材料厚度的流阻稱為流阻率。流阻越大，材料的透氣性就越小，聲波越不容易深入材料內部，吸聲性能會下降；但流阻太小，使聲能轉化為熱能的效率又會過低。 所以,多孔材料存在一個最佳的流阻值，過高和過低的流阻值都無法使材料具有良好的吸聲性能。 空隙率的影響 孔隙率定義為材料中孔隙體積和材料總體積的比值，總體來說，孔隙率越大，泡沫金屬的吸聲系數越大。這主要是因為孔隙度越大， 孔隙的曲折度越大，內部通道越復雜。當聲音進入后，發生漫反射和折射，并且孔隙中的空氣隨之而振動，由于孔隙壁的摩擦以及空氣粘滯阻力等而使得相當一部分聲能轉化為熱能而被耗散。

孔徑的影響

對于具有相同孔隙率、孔隙形貌以及厚度的多孔材料來說，孔徑越小，高頻吸聲性能越高，低頻吸聲性能沒有很大變化?？讖匠叽鐚ξ曅阅茉诟哳l時影響較大是因為高頻時聲波能量較大，當孔隙較小時，聲波進入后，可以與孔隙壁發生二次或多次非彈性碰撞，再經過多次反射和折射后，聲波的能量損失較多，吸聲性能較好。

厚度的影響

這是由于在孔徑和孔隙率一定的情況下，隨著厚度的增大，進入孔隙的聲波經過孔隙通道也就越長，受到曲折通道的阻擋次數增多，聲波在孔隙發生的能量損失也越多。多孔吸聲材料中，高頻聲波主要在材料的表面被吸收，低頻聲波的吸收在材料內部，隨著厚度的增大，低頻時吸聲系數隨厚度的增加而增加的趨勢，而高頻吸聲系數有所下降。

背后空腔的影響

材料背后加空腔，對于閉孔的材料，可以作為亥姆霍茲共振腔，對于多孔材料來說，背后加空腔，可以提高材料的低頻吸聲性能。