改善可持續保溫材料的吸音性能：天然麻纖維

與傳統的合成纖維材料相比，天然纖維是可再生材料，可用于建筑結構，噪聲控制工程和聲學處理。天然纖維由于其良好的吸濕性而主要用于建筑行業，如果天然纖維也能同時用于聲控，那么這種材料的市場應用前景將會得到大大提升。盡管合成纖維材料的研究已有近五十年，但是我們對天然纖維的了解還很有限。天然纖維受多種物理特性的影響會產生多種不同的變化，因此在數值建模中會有多種不確定性，在聲學處理的設計過程中會很復雜。

本文研究討論了在大麻纖維材料生產過程中增強其聲學性能的可能性，并研究了每種不同生產方式對該材料的物理特性及其吸聲系數的影響。此外，本文通過使用Castagnède開發設計了一種簡化數學模型，通過流體動力學計算方法，根據給定密度的參數，可以相對精確地評估大麻纖維材料在不同壓縮率下的物理和聲學性能。為了能夠評估具有高壓縮率的材料，即高密度和低孔隙率，本文的簡化數學模型還提供了用于計算空氣的一維線性方程式，并引入指數校正系數來修改流動電阻率。在每個不同的生產階段，測量了五個不同密度和厚度的大麻纖維樣品（如圖1所示），并對實驗結果進行比較，簡化數學模型的數值計算結果能夠預測所有實驗參數，具體包括：空氣流動阻力，曲折度和法向入射吸聲率。同時使用反向演算從實驗數據中確定了大麻材料的粘性和熱特征。對比驗證突出顯示了數值計算方法獲得的結果與實驗物理參數之間的良好一致性。本文所提出的方法具有簡單和實用特性，但在最高密度下以及對于具有粗糙纖維的材料，預測結果與實驗數據有一定的偏差。實驗結果和數值結果之間的差異與從同一樣品的不同測量獲得的實驗標準偏差相當。此外，本文所做的法向入射的吸聲實驗也和Johnson-Champoux-Allard模型計算的結果進行了比較，以旁證本文所用到的簡化數學模型的整體可靠性。

圖1 研究中使用的一種大麻纖維（a）為松散大麻纖維（b）為在試驗臺內d纖維材料樣品（c）為用于限制樣品架中纖維的金屬網

資料來源：Santoni et al 2019, Applied Acoustics Journal, iss. 150, pp 279–289.