聲學(xué)材料主要包括吸聲材料、隔聲材料和阻尼材料。在聲學(xué)材料的使用中，首先需要設(shè)計聲學(xué)材料的頻率作用范圍與噪聲控制對象的噪聲頻率相吻合，還需要考慮降噪對象中，能夠使用聲學(xué)材料的重量要求、厚度要求、使用溫度、濕度、環(huán)保、保溫/散熱、防腐蝕等各種要求。
阻尼材料的作用
在工程中，常見一些動力機(jī)械的外罩、管道、船體、車體等，它們大多是金屬薄板制成的，這些薄板受到激振后，能輻射出強(qiáng)烈的噪聲。這類由金屬薄板結(jié)構(gòu)振動引起的噪聲稱為結(jié)構(gòu)噪聲。
控制結(jié)構(gòu)噪聲一般有三種方法：第一種是減小激勵力；其次是通過修改結(jié)構(gòu)的參數(shù)，以錯開結(jié)構(gòu)固有頻率和激勵力頻率；第三則是增加系統(tǒng)的阻尼，以抑制結(jié)構(gòu)振動減小噪聲，這種措施稱為阻尼減振。相比較而言，在大多數(shù)工程實(shí)際中，阻尼減振技術(shù)是上述三種方案中較經(jīng)濟(jì)、較簡單以及較有效的辦法。
粘彈性阻尼材料的主要成分是高分子化合物，通常也被稱之為高聚物或聚合物，由于它同時具有黏性液體和彈性固體的特征，故又稱之為粘彈性材料。凡是以聚合物作為基體材料的阻尼材料，習(xí)慣上稱之為粘彈性阻尼材料。
粘彈性阻尼材料是能量蓄積能力(彈性部分)和能量損耗能力(黏性部分)以不同比例結(jié)合的材料。在經(jīng)受交變應(yīng)力的作用時，作用到彈性成分的機(jī)械能像位能那樣存儲起來，然后再返回外界，材料表現(xiàn)為彈性。而作用到黏性成分的另一部分能量則不返回外界，由于材料的內(nèi)耗，轉(zhuǎn)化為熱能而被耗散掉，振動的幅值隨時間迅速衰減，從而起到減振作用，輻射的噪聲也因此而降低。
吸聲材料的作用
吸聲是指聲波在介質(zhì)中傳播時，聲能量產(chǎn)生的衰減現(xiàn)象。聲波在空氣傳播時，由于空氣中質(zhì)點(diǎn)振動所產(chǎn)生的摩擦作用，使聲能量轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，引起聲波隨傳播距離的增加而逐漸衰減的現(xiàn)象稱為空氣吸聲。當(dāng)聲波入射到材料表面時，有一部分聲能量被材料吸收，從而引起聲能量的降低，稱為材料吸聲。
實(shí)際具體的材料或結(jié)構(gòu)，其阻抗一般都不會為無窮大，因此它們對入射的聲波都有一定程度的吸收，因此我們把具有較好吸聲效果的材料或結(jié)構(gòu)稱為吸聲材料。一般而言，將吸聲系數(shù)α>0.2 的材料稱為吸聲材料，而將α>0.8的材料稱為強(qiáng)吸聲材料。吸聲材料主要包括多孔性吸聲材料和共振型吸聲結(jié)構(gòu)。
多孔性吸聲材料就是有很多孔隙的能吸收聲能量的材料，其主要構(gòu)造特征是材料從表面到內(nèi)部均有相互連接的孔隙。多孔性吸聲材料是目前應(yīng)用較廣的吸聲材料。目前常見的多孔吸聲材料包括纖維性吸聲材料、泡沫吸聲材料和顆粒吸聲材料等。
多孔吸聲材料內(nèi)部具有大量的小孔，這些微小細(xì)孔相互連通并直接通向材料的表面，當(dāng)聲波入射到這種開孔性材料表面時，一部分聲波會透入材料內(nèi)部，一部分聲波在材料表面反射。透入材料內(nèi)部的聲波在縫隙和小孔中傳播時，空氣運(yùn)動會產(chǎn)生粘滯和摩擦作用，同時小孔中空氣受壓縮時溫度升高，稀疏時溫度降低，材料的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，從而使聲能逐漸轉(zhuǎn)變成熱能所消耗，這種能量的轉(zhuǎn)變是不可逆的，因此材料就產(chǎn)生了吸聲作用。
另一類在工程中廣泛使用的是共振吸聲結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)都具有各自的共振頻率，共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲機(jī)理是當(dāng)聲波頻率與共振吸聲結(jié)構(gòu)的固有頻率相同時，發(fā)生共振。這時聲波激發(fā)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，并使振幅達(dá)到較大，因此從能量守恒的角度，就會使反射聲能量的就會較小，從而達(dá)到吸聲的目的。共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性呈現(xiàn)峰值吸聲的現(xiàn)象，即吸聲系數(shù)在某一頻率達(dá)到較大，離開這個頻率附近的吸聲系數(shù)逐漸降低，遠(yuǎn)離該頻率的吸聲系數(shù)則很小。共振型吸聲結(jié)構(gòu)可以在中低頻實(shí)現(xiàn)良好的吸聲性能。
因此在工程實(shí)際中，為了拓寬吸聲材料的吸聲頻帶，可采用由共振吸聲結(jié)構(gòu)和多孔吸聲材料復(fù)合的方式。
隔聲材料的作用
隔聲是聲波傳播途徑中的一種降低噪聲方法，它的效果要比吸聲降噪明顯，所以隔聲是獲得安靜聲環(huán)境的有效措施。根據(jù)聲波傳播方式的不同，通常把隔聲分成兩類：一類是空氣聲隔聲；另一類是撞擊聲隔聲，又稱固體聲隔聲。一般把通過空氣傳播的噪聲稱為空氣聲，如飛機(jī)噪聲、汽車?yán)嚷曇约叭藗兂杪暤取?/span>利用墻、門、窗或屏障等隔離在空氣中傳播的聲音就叫做空氣聲隔聲。建筑因機(jī)械振動中通過結(jié)構(gòu)產(chǎn)生和傳播而來的噪聲，如樓板上行走的腳步聲、桌椅的拖動聲、小孩蹦跳以及開關(guān)門窗時的碰撞聲等，稱為撞擊聲，又叫結(jié)構(gòu)聲或固體聲。利用彈性阻尼材料進(jìn)行隔振或減振的方法來隔離在結(jié)構(gòu)中傳播的撞擊噪聲就叫做撞擊聲隔聲。
一般說來，建筑隔聲構(gòu)件的表面應(yīng)該是比較堅(jiān)硬密實(shí)的材料，對于入射其上的聲波具有較強(qiáng)的反射，使透射的聲波大大減小，從而起到隔聲作用。而吸聲材料的表面一般是多孔松軟的，對入射其上的聲波具有較強(qiáng)吸收和透射，使反射的聲波大大減小。這是吸聲材料和隔聲材料的主要區(qū)別。
隔聲材料如果按照使用場合分類的話，可主要分為建筑用隔聲材料、隔聲器件以及產(chǎn)品設(shè)備內(nèi)的隔聲等。對于空氣聲建筑隔聲材料主要包括墻、門、窗等。這些材料由于主要用于建筑隔聲用，它建成后不需要搬動，也不會對重量有較高的要求，因此這類材料一般具有較大的密度和較為經(jīng)濟(jì)的成本。而對于產(chǎn)品設(shè)備的隔聲材料，如乘用車、高速列車、飛機(jī)等艙室內(nèi)隔聲材料，需要采用像隔聲墊一樣的隔聲材料。這些材料一般由高分子聚合物構(gòu)成，由于隔聲的質(zhì)量定理和這些產(chǎn)品的輕量化要求，因此這些隔聲墊的密度需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計。
隔聲材料在實(shí)際設(shè)計和應(yīng)用時，首先是要求設(shè)計噪聲頻帶范圍內(nèi)隔聲量盡可能大，結(jié)構(gòu)盡可能輕薄的隔聲結(jié)構(gòu)；同時在實(shí)際使用中還需要考慮現(xiàn)場密封以及其他組合結(jié)構(gòu)對整體隔聲的影響。
本文介紹了降噪項(xiàng)目中常用的阻尼材料、吸聲材料和隔聲材料的主要作用。在實(shí)際降噪項(xiàng)目中，這些材料可以以單一的形式體現(xiàn)，也會根據(jù)需要以復(fù)合結(jié)構(gòu)作用。例如為了提升結(jié)構(gòu)的隔聲，目前普遍使用隔聲-吸聲-隔聲這種三明治復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)；而在油氣管道或者中央空調(diào)等殼體結(jié)構(gòu)降噪中，也采用阻尼-吸聲-隔聲這種包裹結(jié)構(gòu)。 |
