多孔材料的吸声原理以及影响吸声系数的因素

多孔吸声材料

多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料，其中包括各种纤维材料：超细玻璃棉、离心玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维，棉、毛、麻、棕丝、草质或木质纤维等有机纤维。纤维材料很少直接以松散状使用，通常用胶黏剂制成毡片或板材，如玻璃棉毡（板）、岩棉板、矿棉板、木丝板、软质纤维板凳。微孔吸声砖等也属于多孔吸声材料。泡沫塑料，如果其中的空隙相互连通并通向外表，可作为多孔吸声材料。

一、多孔材料的吸声机理

多孔吸声材料具有良好吸声性能的而原因，不是因为表面的粗糙，而是因为多孔材料具有大量内外两桶的微小空隙和空洞。图12-1（a）表示了粗糙表面和多孔材料的差别。那种认为粗糙墙面（如拉毛水泥）吸声好的概念是错误的。当声波入射到多孔材料上，声波能顺着微孔进入材料的内部，引起空隙中空气的振动。由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的抹茶和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗。因此，只有孔洞对外开口，孔洞之间互相连通，且孔洞深入材料内部，才可以有效地吸收声能。这一点与某些隔热保温材料的要求不同。如聚苯和部分聚氯乙烯泡沫塑料以及加气混凝土等材料，内部也有大量气孔，但大部分单个闭合，互补连通（见图12-1b），他们可以作为隔热温饱材料，但吸声小郭却不好。

二、影响多孔材料吸声系数的因素

多孔材料一般对中高频声波具有良好的吸声。影响和控制多孔材料吸声特性的因素，主要是材料的孔隙率、结构因子和空气流阻。孔隙率是指材料中连通的空隙体积和材料总体积之比。结构因子是有多孔材料结构特性所决定的物理量。空气流阻反应了空气通过多孔材料阻力的大小。三则中以空气阻留最为重要，它定义为：当稳定气流通过多孔材料时，材料两面的静压差和气流线速度之比。单位厚度材料的流阻，称为“比流阻”。当材料厚度不大时，比流阻越大，说明空气穿透两就小，牺牲性能就下降，但比流阻大小，声能因摩擦力、黏滞力而损耗的效率就低，吸声性能就会下降。所以，多孔材料存在最佳流阻。当材料厚度充分大，比流阻小，则吸声就打。

在实际工程中，测定材料的流阻、孔隙率通常有困难，但可以通过表现密度加以粗略控制。同一种纤维材料，表观密度（即“密度”）越大，，孔隙率越小，比流阻越大。图12-2表示了不同厚度和密度的超细玻璃棉的吸声系数。从图中可以看出，随着厚度增加，中低频吸声系数显著增加，高频变化不大，总有较大的吸收。厚度不变，增加密度，也可以提高中低频吸声系数，不过比增加厚度的效果小。在同样用料情况下，当厚度不受限制时，多孔材料以松散为宜。密度继续增加，材料密实会引起流阻增大，减少空气穿透量，引起吸声系数下降，所以

材料misura也有一个最佳值。但同样密度，增加厚度，并不改变比流阻，所以吸声系数一般总是增大；但厚度增至一定时，吸声性能的改善就不明显了。

多孔材料的吸收性能还和安装条件密切有关。当多空材料背后留有空腔是，与该空气曾用同样的材料填满的效果近似。这时对中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有所提高，其吸声系数随空气层厚度的增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了（图12-3）。

在实际使用中，对多空材料会做各种表面处理。为了尽可能地保持原来材料的吸声特性，饰面应具有良好的透气性。例如用金属格网、塑料窗纱、玻璃丝布等照面，这种便面表面处理方式对多空材料吸声性能影响不大。也可以用厚度小于0.05mm的极薄柔性塑料薄膜、穿孔薄膜、穿孔率在20%以上的薄穿孔板等照面，这样做吸声特性多少会受影响，尤其对高频的吸收系数会有所降低。膜越薄，穿孔率越大，影响越小。但使用穿孔板面层时，低频吸声系数会有所提高。所以多孔材料使用、薄膜罩面，实际上是一种符合吸声材料。

对于一些成型的多空材料板材，如木丝板、软质纤维板等，在进行表面粉饰时，要防止涂料把空隙封闭，以采用水质涂料喷涂为宜，不宜采用油漆涂刷。

高温高湿不仅会引起材料变质，而且会影响到吸声性能。材料一旦吸湿吸水，材料中空隙就要减少，首先使高频吸声系数降低，然后随着含湿量增加，其影响的频率范围将进一步扩大。在一般建筑中，温度引起的吸声特性变化很少，可以忽略。

多空材料用在有气流的场合，如通风管道和消声器内，要防止材料的飞散。对于棉状材料，如超细玻璃棉，当气流速度在每秒几米时，可用玻璃丝布、尼龙丝布等做护面层；当气流速度大于每秒20m时，则还要外加金属穿孔板面层。