含三聚氰胺多孔材料分层复合介质吸声特性*

三聚氰胺泡沫材料是一种具有高开孔率的多孔材料,具备优良的吸音、防火隔热及环保性能,可以作为吸声材料与弹性板、空腔介质形成复合结构,在建筑、航空、交通工具等工程领域有广泛的应用。该文基于Biot理论和分层介质在交界面处的不同边界条件,建立非均匀复合介质背衬刚性壁面结构的理论声学模型,详细分析了多孔材料布局对复合结构吸声特性的影响。该文理论模型计算的结果与阻抗实验得到的垂直入射吸声系数基本一致,验证了理论模型的正确性。结果表明:在多孔材料前面增加空气层可以改善高频吸声特性;在多孔材料后面增加空气层可以改善复合结构低频吸声特性。通过合理配置多孔材料,可以在应用需求频段上达到满意的吸声效果。     

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低, (3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。     

声学消息

恰好四十年前,Zwikker,Kosten的经典著作“Sound Absorbing Materials”出版(有中译本,席维克、柯斯汀《吸声材料》,科学出版社)奠定吸声材料的理论基础,Mechel的专著“Schallabsorber”是一个重大发展。书分三卷,卷一,外声场,即声场与吸声体的相互作用;卷二,内声场,即吸声体的构造,应用;卷三,计算程序,是辅助材料,现在出版的是卷一。本卷有十四章,1.引言,2.文献,3.声场基础;4.声场与吸声体相互作用,5.吸声带的吸收,6.柱形吸声体,7.吸收球,8.无穷平面吸声体,9.辐射阻抗,10.声场激发的表面辐射阻抗,11.表面波,     

三层微穿孔板的优化设计及特性分析

根据马大猷的微穿孔板理论,计算了三层微穿孔板的吸声系数.应用遗传算法对其结构参数进行了优化,并对其吸声特性进行了分析研究,与优化后的双层微穿孔板结构进行比较,结果表明:经过遗传算法优化后的三层微穿孔板在频域上能够获得更加饱满的吸声系数曲线,接近传统吸声材料的吸声性能.并且通过实验验证了优化设计的结果.     

金属橡胶材料吸声特性研究

理论及实验研究了金属橡胶材料吸声性能参数.由金属橡胶材料声学特性参数理论计算式,推导出金属橡胶材料吸声性能参数──声阻抗率和吸声系数的理论计算公式.实验研究了金属橡胶材料结构常数和压缩模量,并建立了结构常数、压缩模量与材料结构参数的关系式,结果表明:相同平均孔隙直径金属橡胶材料具有相同的结构常数值;在一般频率范围内,相同结构参数金属橡胶材料压缩模量近似为常量.通过金属橡胶材料吸声系数的实验测量和理论计算,理论结果与实验结果符合较好,验证了理论和实验研究方法的正确性.     

释压法混合吸声系统中多孔材料厚度优化研究

研究释压法主被动混合吸声结构吸声性能与多孔吸声材料参数的关系,利用释压法对材料厚度敏感的特性,选择合适的多孔材料厚度提高系统的低频吸声性能。提出一种释压法主被动混合双层吸声结构,将误差传声器置入两层吸声结构之间的空气层中,分别优化各层的厚度,在较宽频带内获得较好吸声。对流阻系数为15000NSm^-4的一类典型的玻璃棉数值仿真,发现选择优化厚度分别为2.8 cm和6 cm,中间空腔长为2 cm,可使有效吸声频带向下大幅扩展。实验结果验证了所提宽带吸声结构。     

微穿孔共振吸声结构中吸声材料的作用

详细分析了不同厚度和放置方式的吸声材料对空腔声阻抗和穿孔辐射声阻抗的影响,从而建立起微穿孔-吸声复合结构的理论分析模型,以用于预测和优化结构的吸声性能。并针对常用的几种微穿孔-吸声复合结构,通过理论分析和阻抗管实验探讨了其声学性能的不同。分析结果表明,理论计算和实验结果吻合很好,证明了模型的可用性。考虑到结构的声学性能和经济性,建议采用中部放置吸声材料的复合结构。      

混响室中悬挂扩散板和试件面积对吸声测量结果的影响

混响室中的扩散程度通常对材料吸声系数测量值有较大影响,悬挂无规取向的扩散板可改善声场的扩散性能。我们的经验是在100m~3左右的小混响室内,扩散板占地面面积的60—70％即可达到足够的扩散。但是这里也发现如软质纤维板(不论其表面处理及穿孔情况如何)之类材料的吸声系数与扩散条件关系不大,可解释为它们随入射角不同只有很小变化,因此不适宜用来判断声场扩散的改善程度。多种常用吸声材料的测试结果表明,如果试件长宽比在0.7—1.0之间,试件面积从10m~2改变至6m~2对吸声系数测量值的影响并不太明显,其差异约小于0.02,个别吸声系数很高的材料,其差异也不超过0.06,与一般测试误差相接近。因而可以把最小试件面积规定为6m~2,以便利测试,也能满足一般工程要求的测试精度。     

微穿孔板吸声结构仿真计算方法研究

本文提出将马氏微穿孔板理论与传递导纳法相结合,建立简化的微穿孔板吸声结构的有限元仿真计算方法。基于阻抗管法材料吸声系数测试原理建立了吸声系数仿真实验模型,对微穿孔板结构的吸声系数进行了仿真计算,并与理论计算结果做了对比,说明了该简化方法的合理可行。同时,对金属和非金属材料的微穿孔板计算时温度传导系数的影响做了比较说明。     

计及孔间相互作用的微穿孔板吸声特性研究

计算微穿孔板吸声系数时,假设孔间的相互作用可以忽略。计算具有不同直径微孔的穿孔板吸声系数并提高其计算精度,孔间的相互作用不能再忽略。在马大猷、Melling(梅尔林)等前人研究的基础上,根据声波辐射和传播原理,分析微孔之间的相互作用,通过修正微孔的实际等效长度,得到计及孔间相互作用微孔板吸声系数模型,并进行理论计算和实验测试。研究结果表明:影响微穿孔板吸声系数除结构参数外,还应考虑孔间的相互作用;计及微孔板各孔间相互作用,能提高共振频率、吸声系数理论值的计算精度,计算值逼近实验测试结果。     

基于声场重建的材料吸声系数测量方法

针对现有方法对材料吸声系数进行现场测量时存在低频测量误差大的问题,本文提出了一种利用扬声器线阵列对材料吸声系数进行现场测量的新方法。该方法使用基于能量比值约束的最小二乘法在待测材料表面进行平面波声场重建并结合双传声器传递函数法对材料的吸声系数进行测量。数值仿真表明在100～1600 Hz频率范围内,新方法在未加约束时能够对材料的吸声系数进行准确测量。在半消声室中利用新方法测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了能量比值约束值对测量结果的影响,并和阻抗管以及其它两种现场测量方法的测量结果进行了对比。结果表明该方法能够对吸声材料在160～1600 Hz频段内的吸声系数进行准确测量,并且相较于现存的现场测量方法,新方法具有更低的测量频率下限。     

材料吸声系数双传声器测量的参数识别方法

本文提出了在普通房间中利用双传声器对多孔性和纤维性吸声材料吸声系数测量时的参数识别方法。利用Delany&Bazley经验模型对测量数据进行了参数识别,建立了材料的阻抗模型,并计算出材料全频带的吸声系数。与驻波管方法得到的吸声系数相比,在0～3000Hz范围内,二者都能较好地吻合。通过在不同的环境中进行对比测试,说明该方法具有较好的重复性和准确性。     

基于有限元法的小房间内吸声材料位置研究

利用有限元法建立了四种小房间模型,通过对小房间内100 Hz以下声场的研究,发现了100 Hz以下声场情况下小房间内布置吸声材料的有效位置。计算结果表明:矩形小房间所有墙角处都是所有模式的声压极大值位置,而对于非矩形小房间,某些墙角处的声压分布较复杂,甚至出现了较多的模式的声压极小值。改变吸声材料位置,比较平均声压级曲线,可见吸声材料位置不同对曲线平坦度有较大影响,混响室内的实验也验证了这一点。为了保证较高的吸声效率,应将吸声材料设置在低频模式的声压极大值集中的地方,同时应避免将其设置在模式的声压极小值集中的地方。因此,为了有效布置吸声材料,不能直接利用模态叠加法针对矩形小房间的结论,而采用有限元法进行具体分析是有效的。     

微穿孔板吸声体的研究进展

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。     

黏弹性吸声材料复弹性模量优化研究

针对黏弹性材料吸声效率问题,利用分层介质声传播理论和数值算法优化了不同物理条件下材料的复弹性模量。采用参数等效的方法分析了含气泡黏弹性材料的声学特性,并给出了此种材料优化后的弹性模量曲线。根据物理模型计算了一定边界条件下材料复弹性模量等吸声系数曲线,得到了几种背衬条件下黏弹性材料吸声系数大于0.8的弹性模量和损耗因子范围。研究表明调节黏弹性材料的复弹性模量可以有效提高材料的吸声性能,吸声系数大于0.8时其弹性模量和损耗因子范围在不同背衬条件下差异较大,发现一定厚度的钢背衬会降低调控复弹性模量的难度,对含气泡黏弹性材料的计算也可得到类似结果。      

空腔结构吸声器的吸声系数计算方法的研究

探讨计算空腔结构吸声器吸声系数的方法。以粘弹体能量守恒方程为基础导出吸声器各层媒质的表达式,用声波在分层吸收媒质中传播模型计算能量吸收系数。用所导出的等效密度、弹性模量表达式和文献1[声学学报,1965;2(4):192-197]、文献2[同济大学学报, 1979(1):96-104]所给的等效参数,分别计算了尖劈吸声器和空腔结构的尖劈吸声器的吸声系数,比较表明对于前者三种方法都有效,对于后者本文的结果与实测吸声系数曲线较符合,另两文与实验相差较大;又用本方法分别计算了平板吸声器含空腔及空腔结构变化时的吸声系数,所得结果合理地反映了空腔结构对吸声性能的影响;对原空腔结构吸声器的吸声系数模拟结果作了实验验证,表明计算值和测量结果基本相符。结果表明用本文所给等效参量表达式和声波在分层吸收媒质中传播模型,近似计算空腔结构吸声器的吸声系数是可行的。     

微穿孔吸声体随机入射吸声性能

依据“扩散场内微穿孔板吸声特性的实验研究”一文初步实验结果,对微穿孔板吸声体在扩散场内吸声特性进行了进一步探讨。在穿孔板常数K值较大时,（K＞2）,发现扩散场吸声特性与垂直入射情况相似但移到较高频率范围,除主要吸声频带外,在较高频率由于余切函数的多支性,还有次吸声频带但影响较小．k值较小（K≤2）时,扩散声场吸声特性在高频段的次吸声频带越来越重要,逐渐成为吸声的重要因素,使微穿孔板吸声结构在三或四倍频程以上具有高吸声系数,增加了它的实用价值。文中对扩散场内微穿孔扳吸声性质的变化作了具体计算并作了解释．     

石墨泡沫新材料导热的分形模型

新型导热材料石墨泡沫具有很好的热物理性质。本文在实验获取这种新型多孔材料的基础上,建立了基于分形理论的材料结构和导热模型,采用热阻法给出了石墨泡沫材料的等效导热系数的关系式,计算了石墨泡沫的剖面孔隙面积分形维数和等效导热系数.     

国产吸声材料的吸声系数测定的初步报告

本报告首先列举用驻波分析法所测得的若干国产吸声材料——包括纤维板,木屑板,木丝板,玻璃绵砖,毛毡及棉絮等等——的声波垂直入射的吸声系数,并对于吸声系数的定义以及几种不同吸声系数间的转换问题也作了简单的讨论。测量结果指出:许多产品吸声效率都很低,特别是在低频。(某些产品作为“薄板吸声”来控制室内音质是可以的,但不宜当作多孔性材料来使用。某些厂家在广告中注以“隔声”和“隔热”等名词尤其是不恰当的。)其次,对于(1)材料粉刷,涂漆,和穿孔的影响,(2)有效厚度和流阻的关系,以及(4)薄板,薄的多孔性材料,和穿孔吸声结构的吸声性能等,都作了测量,并附以必要的理论说明。对于穿孔吸声结构阐述较多,主要是由于这种吸声结构应用的范围可以很广泛而目前国内使用得还远不够多。最后作者们根据所测定的结果,对国内吸声材料的使用和制造提出了一些初步的建议。     

机械阻抗与声阻抗结合提高微穿孔板低频吸声性能

提出了在微穿孔板后部引入机械阻抗形成组合结构来解决微穿孔板低频吸声性能差的问题。由机械阻抗板两侧质点速度相同得出机械阻抗单元的传递矩阵,采用传递矩阵法将其与空腔、微穿孔板单元串接,建立组合结构理论计算模型;通过分析品质因子获得带宽与机械阻抗板质量成反比;试验得出组合结构在400 Hz附近有系数为0.8以上的吸声峰值,试验结果与理论计算吻合。在传统微穿孔板共振吸声机制的基础上加入机械共振,能够实现在不增加结构厚度的前提下提高低频吸声性能;降低机械阻抗板质量并且适当控制边界阻尼系数可以实现吸声频带的拓宽。