多孔吸声材料如何选用?


多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料。常用材料有:矿棉、离心玻璃棉、岩棉、硅酸铝棉、聚酯纤维、毛毡、密胺海绵、植物纤维素喷涂、玻璃纤维素喷涂、铝纤维板、木丝板、泡沫玻璃、泡沫塑料、泡沫铝和烧结铝等。

多孔吸声材料具有良好吸声性能的原因,不是因为表面的粗糙,而是因为多孔材料具有大量内外连通的微笑空隙和孔洞。当声波入射到多孔材料上,声波能顺着微孔进入材料内部,引起空隙中空气的振动。由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等,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,空洞之间相互连通,且空洞深入材料内部,才可以有效地吸收声能。常见的错误认识之一是认为表面粗糙的材料具有吸声性能,其实不然,例如,拉毛水泥、表面凹凸的石材基本不具有吸声能力。错误认识之二是认为材料内部具有大量孔洞的材料具有良好的吸声性能,如聚苯、聚乙烯、闭孔聚氨酯、加气混凝土等,事实上,这些材料由于内部孔洞没有连通性,声波不能深入材料内部振动摩擦,因此吸声系数很小。

多孔材料一般对中高频声波具有良好的吸声作用。影响和控制多孔材料吸声特性的因素,主要是材料的空气流阻、孔隙率、比表面积以及纤维的直径、排列形式等。空气流阻反映了空气通过多孔材料阻力的大小。孔隙率是指材料中连通的空隙体积和材料总体积之比。比表面积是连通孔隙的总展开表面积与材料体积的比。

影响较大的是空气流阻,它定义为:当稳定气流通过多孔材料时,材料两面的压差和气流体积速度之比。对于一定厚度的材料,流阻越大,说明空气穿透量就小,吸声性能会下降;但流阻太小,声能因摩擦力、黏滞力而损耗的效率就低,吸声性能也会下降。所以,多孔材料存在最佳流阻。

在实际工程中,一般通过容重(又称密度)粗略控制吸声性能。同一种纤维材料,表观密度越大,孔隙率越小,流阻越大。所以不同厚度和密度的超细玻璃棉的吸声系数,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。在同样用材情况下,当厚度不受限值时,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。所以材料密度也有一个最佳值。但同样密度,增加厚度,并不改变比流阻,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。