正文
吸聲材料和吸聲結構
吸聲材料和吸聲結構
吸聲材料和吸聲結構用於吸收聲能，具有較高吸聲能力的材料和結構。主要作用是控制室內（如廳堂、體育館、播音室）混響時間和消除回聲，降低室內（如吵鬧的辦公室、高噪聲的車間）的噪聲。吸聲材料和吸聲結構也用作消聲器中的襯墊以降低管道噪聲。
吸聲材料或結構的吸聲性能用吸聲係數表示，吸聲係數高表示吸聲性能好。吸聲係數是聲波入射到材料或結構表面被吸收的聲能和總的入射聲能的比值，即=/,它的大小和聲波的入射角有關。如果聲波的入射是無規的,常用混響室法測量材料的吸聲係數;如果聲波是垂直入射的，則用駐波管法測量。對同一種吸聲材料或結構，用這兩種方法所測得的吸聲係數不同。通常混響室法所測得的吸聲係數比駐波管法高。此外，吸聲係數的大小還受聲波頻率的影響。以頻率為橫坐標、吸聲係數為縱坐標繪出的曲線稱為材料或結構的吸聲頻率特性曲線，又稱吸聲頻譜。通常採用頻率為125、250、500、1000、2000和4000赫的吸聲係數來表示材料或結構的吸聲性能。在噪聲降低量的計算中，常用250、500、1000和2000赫四個頻率混響室吸聲係數的平均值，這個量稱為降噪係數（常用NRC表示，算到0.05）。
吸聲材料和吸聲結構的種類，主要有多孔材料、亥姆霍茲共振器、穿孔板吸聲結構（包括微穿孔板吸聲結構）、薄板共振吸聲結構、柔順材料等（見表）。
這種材料有許多微小間隙和連續氣孔，而且具有適當的通氣性能。當聲波入射到多孔材料時，首先引起小孔或間隙的空氣運動，而緊靠孔壁或纖維表面的空氣因受孔壁的影響便不易運動。空氣的這種粘滯性會使一部分聲能變成熱能。小孔中的空氣和孔壁同纖維之間的熱傳導，也會引起熱損失。這兩個原因使聲能衰減。影響多孔材料吸聲性能的主要有如下三個參數：①流阻，它是在穩定的氣流狀態下，材料兩面的壓力差與氣流通過該材料的線速度的比值；②孔隙率，它由穿透材料內部自由空間孔隙的體積與材料總體積的比值來確定，吸聲材料的孔隙率一般在70%以上，多數達90%；③結構因素，它是在理論上處理材料間隙的雜亂排列而對毛細管沿厚度方向排列的模型所作的一項修正，一般在2～10之間,也有高達20～25的。材料結構的改變將導致這些參數的變化，從而改變材料的吸聲特性。
多孔材料過去以棉、麻等有機纖維材料為主，現在大多採用玻璃棉、礦渣棉等無機鬆散材料。這些鬆散材料正逐步成為定型的吸聲製品，如礦棉吸聲板、玻璃棉板、玻璃棉氈等。如在這些材料表面上加一層塑膠薄膜，則應不影響透聲性。由無機顆粒材料製成的多孔砌塊，如礦渣吸聲磚、陶土吸聲磚、珍珠岩製品等，也可用於吸收管道噪聲。此外，有通氣性能的聚氨酯泡沫塑膠、海綿、木絲板和木纖維板等，也屬於多孔材料。
多孔材料的吸聲頻譜，在材料比較薄（一般厚度為2～3厘米）的情況下，低頻吸收較差。隨著頻率的增高，吸聲係數增大，中、高頻吸收比較好。材料加厚可增加吸聲係數，低頻吸聲係數增加更多。吸聲係數的增加量與材料的流阻大小有關。多孔材料背後設定空氣層，效果與材料加厚相似。
由一個剛性容器和一個連通的頸所組成的結構。當聲波進入孔頸時，由於孔頸的摩擦阻尼，聲能變為熱能，使聲波衰減。當聲波頻率接近共振器的固有頻率時，共振器孔頸處的空氣柱振動特彆強烈，聲能吸收較大；遠離共振頻率時，則較小。亥姆霍茲共振器的吸聲頻帶比較窄，在共振頻率時吸收最大。它的共振頻率可由下式求得：
在穿孔薄板的背後，設定空氣層或多孔材料，並固定在剛性壁上的一種吸聲結構，可看成是由質量和彈簧組成的一個共振系統。當入射聲波的頻率和系統的共振頻率一致時，穿孔板中的空氣就激烈振動、摩擦，加強了吸收效應，形成了吸收峰，使聲能顯著衰減。遠離共振頻率時，則吸收作用較小。如果在穿孔板後放置多孔材料增加聲阻，會使結構的吸收頻帶加寬。
穿孔板吸聲結構是噪聲控制和室內音質設計經常採用的一種吸聲結構。它的吸聲特性取決於穿孔板的厚度、穿孔孔徑和孔距、穿孔板後空腔的深度以及底層材料等。其共振頻率由下式求得：
式中為穿孔率,即板孔面積總和與板的總面積之比;為穿孔板後空腔的深度（米）;為穿孔板實際厚度（米）；為板孔半徑（米）；為聲速（米/秒）。穿孔率越大，共振頻率越高。如果穿孔板的穿孔率超過20～30%，穿孔板就失去共振吸聲的作用。考慮了吸聲效果和實用情況，一般採取：穿孔率0.5～5%，板厚1.5～10毫米,孔徑4～30毫米，板後空腔深度100～250毫米。
穿孔板的聲阻太小，吸收頻帶比較窄。為了改進吸收特性，常填加多孔材料。穿孔板主要用作飾面板，穿孔率常在25%左右。
中國在1964年首次提出“微穿孔板”的吸聲結構。因為把穿孔的孔徑縮小到毫米以下，可以增加孔本身的聲阻，而不必外加多孔材料就能得到滿意的吸聲係數。為了展寬頻率範圍和提高吸聲效果，還可以採用不同穿孔率和孔徑的多層結構。中國科學院聲學研究所研究了微穿孔板的吸聲係數等，證明這種結構的效果很好。圖表示出這種結構的吸聲特性在混響室中測量的結果。
它是在不透氣的薄板背後設定空氣層並固定在剛性壁上的一種吸聲結構。當入射聲波的頻率和該系統的共振頻率一致時,就發生共振,由此引起的內部摩擦將聲波吸收。它的吸聲頻率範圍很窄，只能作為吸收共振頻率鄰近的頻帶為主的吸聲構造。共振頻率取決於薄板的尺寸、重量、彈性係數和板後空氣層的厚度，並且和框架構造及薄板安裝方法有關。其共振頻率由下式求得：
式中為薄板的面密度（千克/米）;為聲速(米/秒)；為空氣層的厚度（米）；為空氣密度（千克/米）。常用的薄板材料有膠合板、纖維板、石膏板和水泥板等。在一些建築（如劇場、混響實驗室）中，則須避免薄板共振對某一頻段吸聲過多。
內部也有許多微小的氣孔，但氣孔密閉，彼此不相通。當聲波入射到材料表面時，很難透入到材料的內部，而只是使材料作整體的振動。因此它的吸聲頻譜特性與多孔性材料有所不同,高頻吸聲係數很低;中、低頻的吸聲係數類似共振吸收，卻無顯著的共振吸收峰，而呈現複雜的起伏狀態。
