吸聲材料的吸聲機理及工程中的應用

項琨

（山東保利協(xié)鑫環(huán)亞國際能源有限公司 山東省煙臺市264000）

0 引言

噪聲污染會對人的身心健康造成傷害，如聽力疲勞、聽力喪失，干擾人們的生活，影響工作效率等[1]。噪聲還可能加速裝備器材的老化，降低使用壽命，影響加工精度[2]。噪聲由生源產生，通過介質傳播后到達受聲點，這就決定了噪聲的減弱，主要有以下三種途徑：聲源處消聲、傳播中吸聲、接收處隔聲。

聲源處消聲通過設備改造，加裝減震設施，來改善設備性能，這種方式能夠從源頭上去除噪聲，但是這種方式對設備要求高，在實際中并不能被廣泛應用。傳播中吸聲是在聲音傳播路徑上設置具有吸聲性能的障礙物，對聲能進行發(fā)反射和吸收，減弱噪聲的影響。在建筑工程中的吸聲材料主要用于有降噪要求的建筑物或構筑物，如電影院、歌劇院、體育館、酒店、學生餐廳、電視臺、冷卻塔、隔音棚等。

1 常用吸聲材料吸聲機理

吸聲材料按照吸聲機理的不同通常分為共振吸聲材料、纖維吸聲材料和泡沫吸聲材料。按照外觀分為噴涂類、卷材類、板材類、獨立幾何類，其中噴涂類包括植物纖維素噴涂、動物纖維素噴涂等，卷材類包括各種墻面造型軟包、吸音布簾、帷幕等，板材類包括平面穿孔吸音石膏板材、立方體形狀板材等，立體幾何類主要指懸掛于聲場中的吸音構件[5]。吸聲材料還包括吸聲劈尖、空間吸聲體、顆粒狀吸聲材料等。

當前主要通過吸聲系數(shù)來評價材料對聲音吸收能力的強弱。聲波傳遞到阻隔材料表面時，一部分能量被吸收，能量更換介質繼續(xù)傳遞，或轉變?yōu)闊崮?，通過熱傳遞耗散掉，還有一部分能量被反射。被吸收的能量與入射聲能量的比值就是吸聲系數(shù)，吸聲系數(shù)越大，材料吸聲能力越強，效果越好。

降噪系數(shù)是材料吸聲性能的單值評價量[3]。以250Hz為基數(shù)，2為公比計算四次吸聲系數(shù)的其平均值，結果取0.05的模數(shù)，結果即為降噪系數(shù)。降噪系數(shù)能夠綜合評定材料在不同頻率下對聲音能量衰減的能力，一般認為降噪系數(shù)小于0.2的是反射材料，高于0.4的被認為是吸聲材料。

共振吸聲材料表面形成微空隙，與空隙背面空腔形成吸聲結構，即亥姆霍茲結構。進入空腔的聲波被多次反射，聲能也不斷被結構吸收，還會引起空氣腔內氣壓變化，腔內空氣振動，與結構振動頻率形成共振，造成聲能衰減的效果。因此實際工程中，要求吸聲結構寬頻吸聲要求，常常在空腔內與其它吸聲材料混合使用，來適應不同的工程環(huán)境。

纖維吸聲材料是工程中最常見的吸聲材料，包括玻璃棉、巖棉、聚酯纖維、金屬纖維等。聲能通過纖維分子形成的空隙，不斷反射與結構摩擦，實現(xiàn)聲能衰減。無機纖維材料具有良好的絕熱性能、耐酸堿、抗老化、阻燃能力強等優(yōu)點。有機纖維對高頻聲具有很高的吸聲效果，但防火防潮能力較差。金屬纖維對低頻聲音吸收效果較好，同時對惡劣環(huán)境如高溫、油污水汽等環(huán)境具有良好的適應性，但往往成本較高。

泡沫吸聲材料以吸收中高頻聲能為主，部分聲能進入材料內部空隙，使聲能轉化成熱能，被衰減損耗。泡沫玻璃是一種極具裝飾潛力的無機材料，具有質輕、不燃、強度高、剛度大等優(yōu)點，但其吸聲系數(shù)較低，不耐磨、成本高等缺點限制了其推廣前景。泡沫金屬兼具金屬材料和泡沫材料的吸聲特性，但是其加工成本較高，并未得到廣泛應用。

2 吸聲材料在建筑工程中的應用

建筑物的內飾裝修材料內表面要避免反射聲能集中，就必須要進行聲學裝修處理。吸聲材料著眼于減小聲源一側的反射能，減少了室內的回響聲，使聲音更加明亮、清脆。因此，合理選擇符合混響時間要求的吸聲材料和共振吸聲結構，并進行科學的安裝需要一套成熟的設計、施工方案。

2.1 室內吸聲結構的施工方法

通過找平工藝，對墻面和屋頂進行找平，保證安裝龍骨的平順。布設龍骨安裝點，并使用自攻螺絲對龍骨懸掛和支撐進行安裝，龍骨節(jié)點處設置卡固件，設計無要求時，龍骨間距一般為50～60cm。龍骨安裝好后，安裝多孔吸聲板，如果采用T形龍骨組成輕鋼骨架時，應當在進行龍骨安裝的時同步安裝吸聲板。固定隔聲板時，自攻螺絲位置應當距離吸聲板邊緣2～3cm。任意兩塊隔聲板之間應該拼實、擠嚴，墻面平整度誤差控制在±5㎜以內。對于邊角等出存在不可避免的縫隙時，應用發(fā)泡膠填充密實，不能存在穿透性縫隙，影響隔聲效果。

安裝完成后，為使室內更加美觀實用，所有的空調機房墻面應該也應該做隔聲處理，墻面及其腔內填充的吸聲材料均應達到設計要求，空調順風管道也要做好降噪和減震的措施。門窗均安裝隔聲門窗，保證收口處緊密、平整。

2.2 多孔非金屬內飾單元板的生產工藝

非金屬單元板當前被廣泛應用于建筑工程、道路橋梁工程、鐵路工程等領域，其利用水泥基復合材料和多孔吸聲材料構成吸聲隔聲構件，具有阻燃、耐腐蝕、耐受性好、拆裝更換方便等出多方面等優(yōu)點。非金屬單元板以工字型鋼作為支撐構件，拼裝插板，施工速度快，規(guī)格統(tǒng)一，可實現(xiàn)工廠化生產。但是其在制作工藝，制作標準方面尚無統(tǒng)一規(guī)定，因此當前并無標準制作工藝可以參考。

生產空腔填充吸聲材料的多孔非金屬單元板的工程前期要進行原材料性能試驗，配合比選定試驗等，尤其是隔音吸聲材料，當前市場種類繁多，每種特性也不盡相同，因此根據環(huán)境有針對性的生產就需要了解每種材料的特性及使用環(huán)境。生產后還要對產品的力學性能，隔音性能進行檢測。

生產過程中進行模具整理、澆筑、養(yǎng)護，其中多孔吸聲材料由無紡布包裹。為保證結構容重及結構強度，澆筑材料多使用活性粉末材料與水泥基復合，如微硅粉、超細粉煤灰、纖維等。無紡布為不透水、抗老化無紡布，避免蒸汽養(yǎng)護以及潮濕等環(huán)境作用，加速吸音材料老化，影響吸聲效果。吸音材料易發(fā)生形變，鋪放后安裝的支撐結構物起背板底模和保證空腔作用，避免在施工過程中，吸音材料直接承受上方澆筑材料帶來的壓力，而導致背板在凝結硬化過程中內部產生自應力和微裂紋，影響結構使用壽命。

3 結語

不同的吸聲材料具有不同的性質和應用條件，纖維材料的性能較好，但相比于泡沫材料或者金屬纖維，其吸聲性能也并不理想。金屬吸聲單元與非金屬吸聲單元相比，耐久性差、易腐蝕，但結構自重小，所以必須充分考慮工程環(huán)境進行選擇。但無論其結構形式和材料種類如何變化，就其吸聲機理而言，都是將聲能轉化成振動或者通過摩擦轉化為熱能實現(xiàn)吸聲作用。總之，具有全頻吸聲、有效減少混響時間、聲學設計合理、環(huán)境適應性好的高性能吸聲產品是未來的發(fā)展趨勢。