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噪声控制中的声学材料研究

来源:核心论文发表 所属分类:理工论文 点击:次 时间:2020-06-05 08:44

  摘 要:本文介绍了降噪项目中常用的阻尼材料、吸声材料和隔声材料的主要作用。在实际降噪项目中,这些材料可以以单一的形式体现,也会根据需要以复合结构作用。例如为了提升结构的隔声,目前普遍使用隔声-吸声-隔声这种三明治复合隔声结构;而在油气管道或者中央空调等壳体结构降噪中,也采用阻尼-吸声-隔声这种包裹结构。

噪声控制中的声学材料研究

  关键词:噪声控制;阻尼材料;吸声材料;隔声材料

  0 引 言

  声学材料主要包括吸声材料、隔声材料和阻尼材料。在声学材料的使用中,首先需要设计声学材料的频率作用范围与噪声控制对象的噪声频率相吻合,还需要考虑降噪对象中,能够使用声学材料的重量要求、厚度要求、使用温度、湿度、环保、保温/散热、防腐蚀等各种要求。

  1 阻尼材料的作用

  在工程中,常见一些动力机械的外罩、管道、船体、车体等,它们大多是金属薄板制成的,这些薄板受到激振后,能辐射出强烈的噪声。这类由金属薄板结构振动引起的噪声称为结构噪声。

  控制结构噪声一般有三种方法:第一种是减小激励力;其次是通过修改结构的参数,以错开结构固有频率和激励力频率;第三则是增加系统的阻尼,以抑制结构振动减小噪声,这种措施称为阻尼减振。相比较而言,在大多数工程实际中,阻尼减振技术是上述三种方案中最经济、最简单以及最有效的办法。

  粘弹性阻尼材料的主要成分是高分子化合物,通常也被称之为高聚物或聚合物,由于它同时具有黏性液体和弹性固体的特征,故又称之为粘弹性材料。凡是以聚合物作为基体材料的阻尼材料,习惯上称之为粘弹性阻尼材料。

  粘弹性阻尼材料是能量蓄积能力(弹性部分)和能量损耗能力(黏性部分)以不同比例结合的材料。在经受交变应力的作用时,作用到弹性成分的机械能像位能那样存储起来,然后再返回外界,材料表现为弹性。而作用到黏性成分的另一部分能量则不返回外界,由于材料的内耗,转化为热能而被耗散掉,振动的幅值随时间迅速衰减,从而起到减振作用,辐射的噪声也因此而降低。

  2 吸声材料的作用

  吸声是指声波在介质中传播时,声能量产生的衰减现象。声波在空气传播时,由于空气中质点振动所产生的摩擦作用,使声能量转化为热能而损耗,引起声波随传播距离的增加而逐渐衰减的现象称为空气吸声。当声波入射到材料表面时,有一部分声能量被材料吸收,从而引起声能量的降低,称为材料吸声。

  实际具体的材料或结构,其阻抗一般都不会为无穷大,因此它们对入射的声波都有一定程度的吸收,因此我们把具有较好吸声效果的材料或结构称为吸声材料。一般而言,将吸声系数α>0.2 的材料称为吸声材料,而将α>0.8的材料称为强吸声材料。吸声材料主要包括多孔性吸声材料和共振型吸声结构。

  多孔性吸声材料就是有很多孔隙的能吸收声能量的材料,其主要构造特征是材料从表面到内部均有相互连接的孔隙。多孔性吸声材料是目前应用最广的吸声材料。目前常见的多孔吸声材料包括纤维性吸声材料、泡沫吸声材料和颗粒吸声材料等。

  多孔吸声材料内部具有大量的小孔,这些微小细孔相互连通并直接通向材料的表面,当声波入射到这种开孔性材料表面时,一部分声波会透入材料内部,一部分声波在材料表面反射。透入材料内部的声波在缝隙和小孔中传播时,空气运动会产生粘滞和摩擦作用,同时小孔中空气受压缩时温度升高,稀疏时温度降低,材料的热传导效应,从而使声能逐渐转变成热能所消耗,这种能量的转变是不可逆的,因此材料就产生了吸声作用。

  另一类在工程中广泛使用的是共振吸声结构。结构都具有各自的共振频率,共振吸声结构的吸声机理是当声波频率与共振吸声结构的固有频率相同时,发生共振。这时声波激发结构产生振动,并使振幅达到最大,因此从能量守恒的角度,就会使反射声能量的就会最小,从而达到吸声的目的。共振吸声结构的吸声特性呈现峰值吸声的现象,即吸声系数在某一频率达到最大,离开这个频率附近的吸声系数逐渐降低,远离该频率的吸声系数则很小。共振型吸声结构可以在中低频实现良好的吸声性能。

  因此在工程实际中,为了拓宽吸声材料的吸声频带,可采用由共振吸声结构和多孔吸声材料复合的方式。

  3隔声材料基本特性

  隔声是声波传播途径中的一种降低噪声方法,它的效果要比吸声降噪明显,所以隔声是获得安静声环境的有效措施。根据声波传播方式的不同,通常把隔声分成两类:一类是空气声隔声;另一类是撞击声隔声,又称固体声隔声。一般把通过空气传播的噪声称为空气声,如飞机噪声、汽车喇叭声以及人们唱歌声等。利用墙、门、窗或屏障等隔离在空气中传播的声音就叫做空气声隔声。建筑因机械振动中通过结构产生和传播而来的噪声,如楼板上行走的脚步声、桌椅的拖动声、小孩蹦跳以及开关门窗时的碰撞声等,称为撞击声,又叫结构声或固体声。利用弹性阻尼材料进行隔振或减振的方法来隔离在结构中传播的撞击噪声就叫做撞击声隔声。

  一般说来,建筑隔声构件的表面应该是比较坚硬密实的材料,对于入射其上的声波具有较强的反射,使透射的声波大大减小,从而起到隔声作用。而吸声材料的表面一般是多孔松软的,对入射其上的声波具有较强吸收和透射,使反射的声波大大减小。这是吸声材料和隔声材料的主要区别。

  隔声材料如果按照使用场合分类的话,可主要分为建筑用隔声材料、隔声器件以及产品设备内的隔声等。对于空气声建筑隔声材料主要包括墙、门、窗等。这些材料由于主要用于建筑隔声用,它建成后不需要搬动,也不会对重量有较高的要求,因此这类材料一般具有较大的密度和较为经济的成本。而对于产品设备的隔声材料,如乘用车、高速列车、飞机等舱室内隔声材料,需要采用像隔声垫一样的隔声材料。这些材料一般由高分子聚合物构成,由于隔声的质量定理和这些产品的轻量化要求,因此这些隔声垫的密度需要根据实际情况设计。

  隔声材料在实际设计和应用时,首先是要求设计噪声频带范围内隔声量尽可能大,结构尽可能轻薄的隔声结构;同时在实际使用中还需要考虑现场密封以及其他组合结构对整体隔声的影响。

  4 隔声材料的作用

  隔声是声波传播途径中的一种降低噪声方法,它的效果要比吸声降噪明显,所以隔声是获得安静声环境的有效措施。根据声波传播方式的不同,通常把隔声分成两类:一类是空气声隔声;另一类是撞击声隔声,又称固体声隔声。一般把通过空气传播的噪声称为空气声,如飞机噪声、汽车喇叭声以及人们唱歌声等。

  利用墙、门、窗或屏障等隔离在空气中传播的声音就叫做空气声隔声。建筑因机械振动中通过结构产生和传播而来的噪声,如楼板上行走的脚步声、桌椅的拖动声、小孩蹦跳以及开关门窗时的碰撞声等,称为撞击声,又叫结构声或固体声。利用弹性阻尼材料进行隔振或减振的方法来隔离在结构中传播的撞击噪声就叫做撞击声隔声。

  一般说来,建筑隔声构件的表面应该是比较坚硬密实的材料,对于入射其上的声波具有较强的反射,使透射的声波大大减小,从而起到隔声作用。而吸声材料的表面一般是多孔松软的,对入射其上的声波具有较强吸收和透射,使反射的声波大大减小。这是吸声材料和隔声材料的主要区别。

  隔声材料如果按照使用场合分类的话,可主要分为建筑用隔声材料、隔声器件以及产品设备内的隔声等。对于空气声建筑隔声材料主要包括墙、门、窗等。这些材料由于主要用于建筑隔声用,它建成后不需要搬动,也不会对重量有较高的要求,因此这类材料一般具有较大的密度和较为经济的成本。

  而对于产品设备的隔声材料,如乘用车、高速列车、飞机等舱室内隔声材料,需要采用像隔声垫一样的隔声材料。这些材料一般由高分子聚合物构成,由于隔声的质量定理和这些产品的轻量化要求,因此这些隔声垫的密度需要根据实际情况设计。

  隔声材料在实际设计和应用时,首先是要求设计噪声频带范围内隔声量尽可能大,结构尽可能轻薄的隔声结构;同时在实际使用中还需要考虑现场密封以及其他组合结构对整体隔声的影响。——论文作者:张 帆

  噪声控制中的声学材料研究相关期刊推荐:《应用声学》(双月刊)1982年创刊,是由中国科学院主管,中国科学院声学研究所主办,中国声学学会。主要设有:应用声学论坛、综述与评论、研究报告 、综合报道、知识介绍、新书评介、动态与信息、新仪器、新材料等栏目。有投稿需求的作者,欢迎咨询本站在线编辑。

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