吸声材料

吸声材料在应用方式上，通常采用共振吸声结构或渐变过渡层结构。为了提高材料的内损耗，一般在材料中混入含有大量气泡的填料或增加金属微珠等。

在换能器阵的各阵元之间的隔声去耦、换能器背面的吸声块、充液换能器腔室内壁和构件的消声覆盖处理、消声水槽的内壁吸声贴面等结构上，经常利用吸声材料改善其声学性能。

吸声材料按吸声机理分为：

①靠从表面至内部许多细小的敞开孔道使声波衰减的多孔材料，以吸收中高频声波为主，有纤维状聚集组织的各种有机或无机纤维及其制品以及多孔结构的开孔型泡沫塑料和膨胀珍珠岩制品。

②靠共振作用吸声的柔性材料（如闭孔型泡沫塑料，吸收中频）、膜状材料（如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中频）、板状材料（如胶合板、硬质纤维板、石棉水泥板和石膏板，吸收低频）和穿孔板(各种板状材料或金属板上打孔而制得，吸收中频)。

以上材料复合使用，可扩大吸声范围，提高吸声系数。用装饰吸声板贴壁或吊顶，多孔材料和穿孔板或膜状材料组合装于墙面，甚至采用浮云式悬挂，都可改善室内音质，控制噪声。多孔材料除吸收空气声外，还能减弱固体声和空室气声所引起的振动。将多孔材料填入各种板状材料组成的复合结构内，可提高隔声能力并减轻结构重量。

对入射声能有吸收作用的材料。吸声材料主要用于控制和调整室内的混响时间，消除回声，以改善室内的听闻条件；用于降低喧闹场所的噪声，以改善生活环境和劳动条件（见吸声降噪）；还广泛用于降低通风空调管道的噪声。

吸声材料材料分类和特征

（1）多孔吸声材料的类型包括：有机纤维材料、麻棉毛毡、无机纤维材料、玻璃棉、岩棉、矿棉，脲醛泡沫塑料，氨基甲酸脂泡沫塑料等。聚氯乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料不属于多孔材料，用于防震，隔热材料较适宜。

（2）构造特征：材料内部应有大量的微孔和间隙，而且这些微孔应尽可能细小并在材料内部是均匀分布的。材料内部的微孔应该是互相贯通的，而不是密闭的，单独的气泡和 密闭间隙不起吸声作用。微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内。

（3）吸声特性主要是高频，影响吸声性能的因素主要是材料的流阻，孔隙 ，结构因素、厚度、容重、背后条件的影响。

吸声材料材料结构

1、穿孔板共振吸声结构

采用穿孔的石棉水泥、石膏板、硬质纤维板、胶合板以及钢板、铝板，都可作为穿孔板共振吸声结构，在其结构共振频率附近，有较大的吸收，适于中频。

2、薄膜吸声结构

包括皮革、人造革、塑料薄膜等材料，具有不透气、柔软、受张拉时有弹性等特性，吸收共振频率附近的入射声能，共振频率通常在200～1000HZ范围，最大吸声系数约为0.3～0.4，一般把它作为中频范围的吸声材料。如果在薄膜的背后空腔内填放多孔材料,这时的吸声特性取决于膜和多孔材料的种类以及薄膜的装置方法。

3、薄板吸声结构

把胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板等板材周边固定在框架上，连同板后的封闭空气层，构成振动系统，其共振频率多在80～300HZ，其吸声系数约为0.2～0.5，可以作为低频吸声结构。决定薄板吸声结构的吸声性能的主要因素有:

（1）薄板质量m的影响 增加板的单位面积重量，一般可以使其共振频率向低频移动。而选用质量小的，不透气的材料如皮革，有利于共振频率向高频方向移动。

（2）背后空气层厚度的影响 改变空气层的厚度和改变板的质量一样，共振频率也会发生变化。在空气层中填充多孔材料，可使共振频率附近的吸声系数有所提高。

（3）板后龙骨构造及板的安装方式的影响 由于薄板吸声结构有一定的低频吸声能力,而对中高频吸声差，因此在中高频时就具有较强的反射能力。能增加室内声能的扩散。通过改变龙骨构造何不同的安装方法，设计出各种形式的反射面，扩散面和吸声---扩散结构。

5、特殊吸声结构

（1）帘幕

帘幕是具有通气性能的纺织品，具有多孔材料的吸声特性，由于较薄本身作为吸声材料使用是得不到大的吸声效果的。如果将它作为帘幕，离开墙面或窗洞一定距离安装，恰如多孔材料的背后设置了空气层，因而在中高频就能够具有一定的吸声效果。当它离墙面1/4波长的奇数倍距离悬挂时就可获得相应频率的高吸声量。

（2）空间吸声体

将吸声材料作成空间的立方体如：平板形，球形，圆锥形棱锥形或柱形，使其多面吸收声波，在投影面积相同的情况下，相当于增加了有效的吸声面积和边缘效应，再加上声波的衍射作用，大大提高了实际的吸声效果，其高频吸声系数可达1.40.在实际使用时，根据不同的使用地点和要求，可设计各种形式的从顶棚吊挂下来的吸声体。

根据建筑材料的设计要求和吸声材料的特点，进行材质、造型等方面的选择和设计。建筑上常用的吸声材料有泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、工业毛毡、泡沫玻璃、玻璃棉、矿渣棉、沥青矿渣棉、水泥膨胀珍珠岩板、石膏砂浆（掺水泥和玻璃纤维）、水泥砂浆、砖（清水墙面）、软木板等，每一种吸声材料对其厚度、容重、各频率下的吸声系数及安装情况都有要求，应执行相应的规范。建筑上应用的吸声材料一定要考虑安装效果。

吸声材料安装位置

在建筑物内安装吸声材料，应尽量装在最容易接触声波和反射次数多的表面上，也要考虑分布的均匀性，不必都集中在天棚和墙壁上。大多数吸声材料强度较低，除安装操作时要注意之外，还应考虑防水、防腐、防蛀等问题。尽可能使用吸声系数高的材料，以便使用较少的材料达到较好的效果。

吸声材料材质的选择

用作吸声材料的材质应尽量选用不易燃、不易虫蛀发霉、耐污染、吸湿性低的材料。由于材料的多孔性容易吸湿、尺寸易发生变形，所以安装时要注意膨胀问题。

吸声材料材料的装饰性

吸声材料都是装于建筑物的表面。因此，在设计造型与安装时均应考虑带它与建筑物的协调性和装饰性。使用装饰涂料时注意不要将细孔堵塞，以免降低吸声效果。

吸声材料材料结构的特征

多孔性材料有的是用作吸声材料，页面的名称相同—多孔材料，但是在气孔特征上则完全不同。保温材料要求具有封闭的不相互连通的气孔，而吸声材料则要求具有相互开放连通的气孔，这种气孔越多吸声效果越好，与此相反，其保温隔热效果越差。另外，还要清楚吸声与隔声材料的区别。

吸声材料由于质轻、多孔、疏松，而隔声性能不好，根据声学原理，材料的密度（kg/m³）越大，越不易振动，则隔声效果越好。所欲密实沉重的黏土砖、钢筋混凝土等材料的隔声效果比较好，但吸声效果不佳。

吸声材料最常用多孔性吸声材料，有时也可选用柔性材料及膜状材料等。在工程中，还常将多孔性吸声材料做成各种几何体来使用。常用的多孔吸声材料有玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、石棉绒、毛毡、木丝板、软质纤维以及微孔吸声砖等。

多孔材料一般有纤维类、泡沫类和颗粒类三大类型。纤维类分无机纤维和有机纤维二类。无机纤维类主要有玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品等。玻璃丝可制成各种玻璃丝毡。玻璃棉分短棉、超细棉和中级纤维三种。超细玻璃棉是最常用的吸声材料，具有不燃、防蛀、耐热、耐腐蚀、抗冻等优点。经过硅油处理的超细玻璃棉，具有防火、防水、防湿的特点。岩棉是一种较新的吸声材料，它价廉、隔热、耐高温 （700℃），易于加工成型。有机纤维类的吸声材料主要有棉麻下脚料、棉絮、稻草、海草、棕丝等，还有甘蔗渣、麻丝等经过加工加压而制成的各种软质纤维板。这类有机材料具有价廉、吸声性能好的特点。

泡沫类吸声材料主要有脲醛泡沫塑料、氨基甲酸酯泡沫塑料、海绵乳胶、泡沫橡胶等。这类材料的特点是容积密度小、导热系数小、质地软。其缺点是易老化、耐火性差。目前用得最多的是聚氨酯泡沫塑料。

颗粒类主要有膨胀珍珠岩、多孔陶土砖、矿渣水泥、木屑石灰水泥等。具有保温、防潮、不燃、耐热、耐腐蚀、抗冻等优点。

吸声材料和吸声结构主要作用是控制室内（如厅堂、体育馆、播音室）混响时间和消除回声，降低室内（如吵闹的办公室、高噪声的车间）的噪声。吸声材料和吸声结构也用作消声器中的衬垫以降低管道噪声。

吸声材料或结构的吸声性能用吸声系数表示，吸声系数高表示吸声性能好。吸声系数是声波入射到材料或结构表面被吸收的声能和总的入射声能的比值，即=/,它的大小和声波的入射角有关。如果声波的入射是无规的,常用混响室法测量材料的吸声系数;如果声波是垂直入射的，则用驻波管法测量。对同一种吸声材料或结构，用这两种方法所测得的吸声系数不同。通常混响室法所测得的吸声系数比驻波管法高。此外，吸声系数的大小还受声波频率的影响。以频率为横坐标、吸声系数为纵坐标绘出的曲线称为材料或结构的吸声频率特性曲线，又称吸声频谱。通常采用频率为125、250、500、1000、2000和4000赫的吸声系数来表示材料或结构的吸声性能。在噪声降低量的计算中，常用250、500、1000和2000赫四个频率混响室吸声系数的平均值，这个量称为降噪系数（常用NRC表示，算到0.05）。

吸声材料和吸声结构的种类，主要有多孔材料、亥姆霍兹共振器、穿孔板吸声结构（包括微穿孔板吸声结构）、薄板共振吸声结构、柔顺材料等（见表）。

这种材料有许多微小间隙和连续气孔，而且具有适当的通气性能。当声波入射到多孔材料时，首先引起小孔或间隙的空气运动，而紧靠孔壁或纤维表面的空气因受孔壁的影响便不易运动。空气的这种粘滞性会使一部分声能变成热能。小孔中的空气和孔壁同纤维之间的热传导，也会引起热损失。这两个原因使声能衰减。影响多孔材料吸声性能的主要有如下三个参数：①流阻，它是在稳定的气流状态下，材料两面的压力差与气流通过该材料的线速度的比值；②孔隙率，它由穿透材料内部自由空间孔隙的体积与材料总体积的比值来确定，吸声材料的孔隙率一般在70%以上，多数达90%；③结构因素，它是在理论上处理材料间隙的杂乱排列而对毛细管沿厚度方向排列的模型所作的一项修正，一般在2～10之间,也有高达20～25的。材料结构的改变将导致这些参数的变化，从而改变材料的吸声特性。

多孔材料过去以棉、麻等有机纤维材料为主，大多采用玻璃棉、矿渣棉等无机松散材料。这些松散材料正逐步成为定型的吸声制品，如矿棉吸声板、玻璃棉板、玻璃棉毡等。如在这些材料表面上加一层塑料薄膜，则应不影响透声性。由无机颗粒材料制成的多孔砌块，如矿渣吸声砖、陶土吸声砖、珍珠岩制品等，也可用于吸收管道噪声。此外，有通气性能的聚氨酯泡沫塑料、海绵、木丝板和木纤维板等，也属于多孔材料。

多孔材料的吸声频谱，在材料比较薄（一般厚度为2～3厘米）的情况下，低频吸收较差。随着频率的增高，吸声系数增大，中、高频吸收比较好。材料加厚可增加吸声系数，低频吸声系数增加更多。吸声系数的增加量与材料的流阻大小有关。多孔材料背后设置空气层，效果与材料加厚相似。

由一个刚性容器和一个连通的颈所组成的结构。当声波进入孔颈时，由于孔颈的摩擦阻尼，声能变为热能，使声波衰减。当声波频率接近共振器的固有频率时，共振器孔颈处的空气柱振动特别强烈，声能吸收较大；远离共振频率时，则较小。亥姆霍兹共振器的吸声频带比较窄，在共振频率时吸收最大。它的共振频率可由下式求得：

式中为共振器空腔体积（米）;为颈的实际长度(米)；为颈口半径（米）；为声速（米/秒）。

在穿孔薄板的背后，设置空气层或多孔材料，并固定在刚性壁上的一种吸声结构，可看成是由质量和弹簧组成的一个共振系统。当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板中的空气就激烈振动、摩擦，加强了吸收效应，形成了吸收峰，使声能显著衰减。远离共振频率时，则吸收作用较小。如果在穿孔板后放置多孔材料增加声阻，会使结构的吸收频带加宽。

穿孔板吸声结构是噪声控制和室内音质设计经常采用的一种吸声结构。它的吸声特性取决于穿孔板的厚度、穿孔孔径和孔距、穿孔板后空腔的深度以及底层材料等。其共振频率由下式求得：

式中为穿孔率,即板孔面积总和与板的总面积之比;为穿孔板后空腔的深度（米）;为穿孔板实际厚度（米）；为板孔半径（米）；为声速（米/秒）。穿孔率越大，共振频率越高。如果穿孔板的穿孔率超过20～30%，穿孔板就失去共振吸声的作用。考虑了吸声效果和实用情况，一般采取：穿孔率0.5～5%，板厚1.5～10毫米,孔径4～30毫米，板后空腔深度100～250毫米。

穿孔板的声阻太小，吸收频带比较窄。为了改进吸收特性，常填加多孔材料。穿孔板主要用作饰面板，穿孔率常在25%左右。

中国在1964年首次提出“微穿孔板”的吸声结构。因为把穿孔的孔径缩小到毫米以下，可以增加孔本身的声阻，而不必外加多孔材料就能得到满意的吸声系数。为了展宽频率范围和提高吸声效果，还可以采用不同穿孔率和孔径的多层结构。中国科学院声学研究所研究了微穿孔板的吸声系数等，证明这种结构的效果很好。图表示出这种结构的吸声特性在混响室中测量的结果。

它是在不透气的薄板背后设置空气层并固定在刚性壁上的一种吸声结构。当入射声波的频率和该系统的共振频率一致时,就发生共振,由此引起的内部摩擦将声波吸收。它的吸声频率范围很窄，只能作为吸收共振频率邻近的频带为主的吸声构造。共振频率取决于薄板的尺寸、重量、弹性系数和板后空气层的厚度，并且和框架构造及薄板安装方法有关。其共振频率由下式求得：

式中为薄板的面密度（千克/米）;为声速(米/秒)；为空气层的厚度（米）；为空气密度（千克/米）。常用的薄板材料有胶合板、纤维板、石膏板和水泥板等。在一些建筑（如剧场、混响实验室）中，则须避免薄板共振对某一频段吸声过多。

内部也有许多微小的气孔，但气孔密闭，彼此不相通。当声波入射到材料表面时，很难透入到材料的内部，而只是使材料作整体的振动。因此它的吸声频谱特性与多孔性材料有所不同,高频吸声系数很低;中、低频的吸声系数类似共振吸收，却无显著的共振吸收峰，而呈现复杂的起伏状态。