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摘要：随着社会的发展人们对生活品质的要求不断提高，噪声污染的治理迫在眉睫，多孔吸声材料在噪声的治理过程中起到了至关重要的作用，一般多孔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，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，以及材料的热传导效应，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。对于这种具有良好吸声性能的材料，一般被称为多孔吸声材料。本文将对多孔材料在建筑声学中的应用展开讨论。
关键词：多孔材料，噪声污染，吸声，应用
1 多孔材料的吸声的原理
1.1多孔材料的吸声原理
多孔吸声材料具有许多微小的间隙和连续的气泡，因而具有一定的通气性。当声波入射到多孔材料表面时，主要是两种机理引起声波的衰减：首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动，造成和孔壁的摩擦，紧靠孔壁和纤维表面的空气受孔壁的影响不易动起来，由于摩擦和粘滞力的作用，使相当一部分声能转化为热能，从而使声波衰减，反射声减弱达到吸声的目的；其次，小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失，也使声能衰减。另外，高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快，空气与孔壁的热交换也加快。这就使多孔材料具有良好的高频吸声性能。多孔材料吸声的必要条件是材料有大量空隙，空隙之间互相连通，孔隙深入材料内部。
2 多孔材料的吸声系数和吸声量
2.1 吸声系数
定义：=（E总-E反）/ E总，即声波接触吸声介面后失去能量占总能量的比例。吸声系数小于1。同一吸声材料，声音频率不同时，吸声系数不同。一般常用100Hz-5000Hz的18个1/3倍频带的吸声系数表示。
有时使用平均吸声系数或降噪系数粗略衡量材料的吸声能力。
平均吸声系数：100Hz-5000Hz的1/3倍频带吸声系数的平均值
降噪系数（NRC）：125Hz/250Hz/500Hz/1000Hz吸声系数的平均值
2.2吸声量
吸声量又称等效吸声面积。即与某表面或物体的声吸收能力相同而吸声系数为1的面积。一个表面的等效吸声面积等于它的吸声系数乘以其实际面积。物体在室内某处的吸声量等于该物体放入室内后，室内总的等效吸声面积的增加量。单位为平方米。
3 吸声数或吸声量的测量
吸声测量的频率范围一般为100～4000赫，有特殊要求时可以扩大到50～8000赫。在测量频率范围内，其频带宽度为1/3倍频带或倍频带。吸声测量有两种方法：驻波管法、混响室法。
3.1驻波管法
当平面波在管中前进并受到端部壁面反射时，会产生一反射的平面波，其方向与入射波相反。此时在管中会形成驻波，驻波有固定的波节和波腹。波节处的声压为极小值，波腹处的声压为极大值。当反射壁面为刚性壁面时，波节处和波腹处的声压差值最大。反射壁面吸收声能的能力愈大，则反射波的声能愈小形成的声压差值也就愈小。
利用在管中平面波入射波和反射波形成极大声压Pmax和极小声压Pmin推导出0
0=Pmin/Pmax
3.2混响室法
将试件暴露在一无规入射的扩散声场中，在声源突然停止后，测量其混响时间，如已知空室的混响时间，即可算出试件的吸声系数
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设混响室空室时的混响时间T1，放入吸声材料后的混响时间T2。（混响室体积和内表面积分别为V0、S0）
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以及
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由上式推导得到：材料吸声系数 =0.161V（1/T2-1/ T1）/S
混响室法可以测量吸声材料的吸声系数，也可以测量吸声结构的吸声量
吸声系数=0.161V（1/T2-1/ T1）/S
单个结构的吸声量A= 0.161V（1/ T2 -1/ T1）/n
其中：V 混响室体积； S 材料表面积； n 吸声体个数；T1 空室混响室混响时间；T2防入材料后混响时间
4 影响多孔吸声材料吸声系数的因素
多孔吸声材料对声音中高频有较好的吸声性能。影响多孔吸声材料吸声特性主要是材料的厚度、密度、孔隙率、结构因子和空气流阻等。
4.1密度：每立方米材料的重量。
4.2孔隙率：材料中孔隙体积和材料总体积之比。
4.3结构因子：反映多孔材料内部纤维或颗粒排列的情况，是衡量材料微孔或狭缝分布情况的物理量。
4.4空气流阻：单位厚度时，材料两边空气气压和空气流速之比。
空气 流阻是影响多孔吸声材料最重要的因素。流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸声性能下降；流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸声性能亦下降。因此，多孔材料存在最佳流阻。
在实际工程中当材料厚度增加时，可以改善低频的吸声特性。即厚度增加一倍，低频吸声系数的频率特性向低频移一个倍频程。但并非可以一直增加厚度来提高低频吸声系数的，因为声波在材料的空隙中传播时有阻尼，使增加厚度来改善低频吸声受到限制。不同材料有不同的有效厚度。厚度不变，容重增加，中低频吸声系数亦增加；但当容重增加到一定程度时，材料变得密实，流阻大于最佳流阻，吸声系数反而下降。
多孔吸声材料的吸声性能还与安装条件有着密切的关系。当多孔吸声材料背后有空腔时，与该空气层用同样的材料填满的效果类似。尤其是中低频吸声性能比材料实贴在硬底面上会有较大提高，吸声系数将随空气层的厚度增加而增加，但增加到一定值后效果就不明显了。
使用不同容重的玻璃棉叠和在一起形成容重逐渐增大的形式，可以获得更大的吸声效果。
一般平板状吸声材料的低频吸声性能差是普遍规律。一种改进的方法是将整块的吸声材料切割成尖劈形状，当声波传播到尖劈状材料时，从尖部到基部，空气与材料的比例逐渐变化，也即声阻抗逐渐变化，声波传播就超出平板状材料有效厚度的限制，达到材料的基部，从而可改善低频吸声性能。最大吸声系数的频率f0对应的波长大约为尖劈吸声结构长度t的4倍。例如要使100hz以上频率都有很高的吸声系数，吸声尖劈的长度约为87cm左右。
5多孔吸声材料在建筑声学中的应用
5.1 室内音质的控制
多孔吸声材料（三聚氰胺吸声材料）可以制成吊顶板、贴墙板、空间吸声体等，在建筑室内起到吸声作用，降低混响时间。一般地，房间体积越大，混响时间越长，语言清晰度越差，为了保证语言清晰度，需要在室内做吸声，控制混响时间。如礼堂、教室、体育场，电影院。对音乐用建筑，为了保证一定丰满度，混响时间要比长一些，但也不能过长，可以使用吸声控制。在厅堂建筑中，为了防止回声、声反馈、声聚焦等声学缺陷，常在后墙面、二层眺台栏杆面、侧墙面及局部使用吸声。
5.2 吸声降噪
在车间、厂房、大的开敞式空间（机场大厅、办公室、展厅等），由于混响声的原因，会使噪声比之同样声源在室外高10-15dB。，通过在室内布置吸声材料，可以使混响声被吸掉，降低室内噪声。
吸声降噪最多可以获得10-15dB的降噪量。降噪量=10lg（A0/A1），未加入吸声材料时室内吸声量越少，加入吸声材料后室内吸声量越多，降噪效果越好。
参考文献：
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