木基吸声材料

木基吸声材料

Con Wassilieff

新西兰，惠灵顿，马歇尔节协会，11442邮政信箱

（95年10月6日收稿，修订稿获得于96年2月19日）

摘要

目前很少有用木材作为基础材料的实用、高效的吸声材料。本文表明，用刨花或woodJibres为媒介制成的吸声材料可以由简单的瑞利模式作出一个合理的描述，该媒介作为声音传播的平行狭缝之间的一个分层结构模型。该模型仅需要气流电阻率、孔隙度和材料的曲折作为输入。与这些参数和材料的散装密度近似关系的建立。关键词：木纤维，木刨花，吸声。

简介

但是，有关的潜在风险越来越引起普遍的关注，可以看作是由玻璃纤维或矿物纤维相关的脱落为木质材料作为基础的声音吸收提供了一个机会，（使木基材料）将在传统上应用程式中使用的玻璃纤维或矿物产品中开发。木材也是一种可再生资源。

木基（不包括在一木板充满吸水空气腔）基本上由现有穿孔纤维组成板，以亥姆霍兹共振机制为依托，与木材浸渍水泥粘合剂的地砖（木丝），在在这种情况下，依靠四分之一波长共振增加声音吸收。

在每一种情况下，无论是基材料具有非常高的，或非常低的气流电阻率。它们自己将具有非常低的声音吸收。通常软质纤维板在5000000 rayleighs/米的区域有一个气流电阻率；木丝在1000 rayleighs/米的地区也有一个气流电阻率，但这种低气流电阻率通过材料中的声速下降有所减轻，从而使木丝板出现声―厚‖。最实用的多孔玻璃矿物纤维吸声材料在10000至100000 rayleighs/米范围内对气流电阻率进行优化设计。

一种实用的多孔木质吸声（产品）可以用各种方法制备。例如，木纤维可直接用于替代矿产多孔纤维来制作棉絮或压缩的面板产品，木刨片或薄片也可以。高密度面板产品如中密度纤维板（MDF）和微粒板（纤维板）已经从纤维和薄片过时，

并广泛用于建筑行业。不过，这些产品被视为本质上的声音反射，而不是吸音。这是生产过程的一个直接结果，其中一个大容量的松散的纤维或片状，加上合适的树脂结合剂，压缩成前后表面相对不透水的高密度面板。即使是低密度纤维板，如软板，在作出湿毡的过程中，空气和声音都是相对不透的。

很显然，不同的制造过程必须是用来制作更致密，因而更透水的以木纤维为基础的产品。然而，这不是这项调查实际生产方法工作的目的，基于木材纤维和木刨花的实际声音减震器的制作是可能的，而不是颗粒状木材（木屑）。个别的长纤维和刨花将导致一个比更小的颗粒来的一个更好的产品。因此，这项研究着重于木纤维和木刨花这两个基础材料的吸声。为方便起见，研究进一步限制正常发生率的属性，虽然压缩纤维材料一般呈各向异性，但如果只有考虑正常的发生率这可以忽略不计。这大大简化了调查，对基于木纤维或刨花分层的材料的内部结构，可模拟组成并行狭缝状孔的中期。

木纤维的物理性能

新西兰建设的大多数木材要求使用松石蒜，在30年内走向成熟，进而种植

丰富。实验测量只限于用这个物种的木纤维和刨花做成的样本进行测试，因为用稀缺原生木材作为基础材料来制作多孔吸声产品是不可能的。

木材纤维、玻璃和纺矿物纤维基本生理上的差异，是玻璃纤维和矿物纤维基本上都是固体气瓶，而个别木材纤维是空心的，像吸管。木纤维体积的约三分之二是由空气组成，并在纤维中空流动。管腔内所载的空气通过纤维墙上的缘纹孔结构与外面的空气沟通（当木材干燥时，小孔基本上是可以关闭的），也是任何纤维的断头。此外，炼油过程中损失的纤维，在空气中造成约一半的纤维与外面的空气沟通。这已影响到孔隙度的测量，将在后面介绍。

其他主要区别木材纤维、玻璃纤维和矿物纤维的是纤维的平均直径。通常情况下，玻璃和矿物纤维在高品质的吸音吊顶板中使用的平均直径是6-10μm左右。玻璃纤维的平均长度是10—30mm，而矿物纤维往往要短3—5mm左右。辐射松木材纤维的平均直径大约30μm，平均长度3mm。因此相对来说它们是―矮又胖‖的，与玻璃和矿物纤维的―长又瘦‖相比。

刨花可以被认为是个别木材纤维束，其中大部分似乎是在创造刨花的过程中损坏的。同样，约一半的空气填充的纤维腔直接与外面沟通。个别木材纤维的平均密

度可以通过纤维壁材料的密度，1520 kg/m3的（即所谓的'木物质'，本质纤维素和木质素），和纤维墙的横截面尺寸计算出来。

木纤维的横截面比圆柱形更像长方形。最近新西兰林业研究所的研究表明，一个―标准‖辐射松纤维横截面尺寸是40.99 x34.42μm，墙的厚度是3.25μm。在绿量个别木材纤维的密度是483 kg/m3的结果，但水分含量为零。在一个以12％水分为标准的内容下，允许绿色量的2％和4％的径向切向收缩率，在正常情况下个别木材纤维密度是575 kg/ m3。在12％的水分含量下，与531 kg/m3辐射的实测容重松相比是比较合理地。

如果纤维受到高压缩载荷，例如在生产中密度纤维板的过程中，纤维将被压碎，导致纤维平均密度的增加。约700 kg/m3的中密度纤维板密度是常见的，其中约8％是树脂粘合剂。注意，这比木材容重更大。

多孔吸声材料

棉絮纤维面板的生产的实用方法导致了层状结构，层的平面沿材料的表面。对于一个中等组成的压缩木屑，层状结构是非常明显。

德拉尼和巴兹利的经验模型，描述的是纤维材料的阻抗和传播常数的特征只考虑材料的气流电阻率，σ，一直享有广泛的认可。该模型适用于纤维材料超过一归一化频率范围f /σ从0.01到1.0，其中f是频率，σ是气流电阻率。该模型是只用于基于纤维材料的测量，孔隙率几乎等于1。它并不能很好地为其他内部结构不同的多孔材料如开孔泡沫材料和木羊毛所用。虽然德拉尼和巴兹利的模型是纯经验的，正常化的参数，f /σ，不是任意的选择，它确实有实际上的理论依据。

Allard和Champoux的最新型号也使用的f /σ作为输入参数，虽然他们的模型是根据是从一个更严格的理论依据中得到的。比德拉尼和巴兹利的有效范围进一步扩大的，但它也仅限于纤维材料的孔隙率等于1的情况。这是故意的，因为它的目的是德拉尼和巴兹利的继任者，并使用方法相当简单，因为它是一种新的法则关系的形式。

这些模型只限于纤维材料，对由木纤维或刨花组成的吸声材料不能充分的预测。此协议的不足，主要的原因是由于另外两个重要的材料参数，孔隙度和曲折，与整体有着显着的不同。

通过模拟通常作为材料平行圆柱形收集毛孔的空间内的空气的，尝试用基于瑞