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1、1 引言随着社会的高速发展和人民生活水平的不断提高，人们对生活和工作环境舒适度的要求越来越高。噪声污染作为工业文明危害环境的三大污染之一，成为破坏人们工作和生活环境质量的罪魁祸首。它不仅能够严重危害人的听觉系统，使人易感疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物、机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命1。目前，在室外噪声污染防治与室内音质设计中，隔音材料是一种不可缺少的重要技术材料。因此，寻找能满足现代技术发展需要的，特别是技术性能全面、适用性好的隔音材料，提高控噪工程的质量，改善人居环境，成为人们关注的一项重要工作。纺织材料作为隔音材料使用已有悠久的历史。在交通工具和建筑物装饰等领域中常使用纺织
2、品作为减噪隔声材料。强噪声环境下的作业人员也常使用由纤维集合体制成的减噪耳塞。为了评价纤维材料的隔音效果，生产出更加理想的隔音材料，对于纤维材料隔音机理、隔音效果、隔音性能测试方法的研究，成为一项十分重要的基础性研究。1.1 噪声的基本知识 噪声是声音的一种，对人们的日常生活有害无利。要研究隔音材料的隔音效果及其测试方法，首先应该了解有关噪声的一些基本知识。1.1.1 噪声的危害噪声作为声音的一类，产生于物体的振动，并通过气体、液体或固体等介质以波的形式进行传播2。噪声可以分为工业噪声、交通噪声、建筑噪声、社会噪声等。当噪声强度超过人们生活和生产活动所能允许的程度时就成为噪声污染。噪声是一种不
3、能积累的物理污染，因此很容易被人们忽视。但是，噪声的危害和影响是多方面的，随着现代工业的迅速发展，噪声污染的危害越来越严重：（1）噪声是一种人们所不需要的声音，它不仅影响人们的正常工作，妨碍睡眠，干扰谈话，还会引发各种疾病，影响人们的身心健康；同时也是降低工作人员的劳动效率，导致各种事故的重要原因。（2）噪声会使仪器设备失效甚至损坏。对于小型设备或元件来说，噪声往往是通过壳体直接作用于内部零件；而对于体积较大的设备仪器，噪声除直接通过壳体作用外，还会使仪器设备的外部结构振动，传输到内部的框架，使装置在框架上的零部件受激振动，从而是仪器设备受损。此外，噪声在其他诸多领域的影响也是多样且有害的。1
4、.1.2 噪声的评价噪声的评价是指对不同强度的噪声及频谱特性以及其噪声的时间特性等所产生的危害与干扰程度所作的研究3。噪声评价是为了有效的提出适合人对噪声反映的主观评价量，也是评判吸声降噪效果的手段。在噪声的传播过程中,其变化特性的差异以及人耳对噪声的主观反映是复杂的，因此，人们对噪声的评价也较为复杂。在噪声的物理度量中，声压和声压级是评价噪声的常用量。声压级用于反映声波的强弱，它是人的主观感觉的最直观的反映。声压级越高，噪声越强；反之，噪声越弱。1.1.3 噪声的测试技术要进行隔音材料的研究就必须掌握噪声的声学特性。由于实际噪声源的复杂性、多变性，很难对其进行精确的理论分析和计算，所以，噪声
5、测试分析是研究声学特性的主要手段。在噪声测量分析中常用的技术如下3：（1）确定声级声级包括声压级、声强级和声功率级。声压级和声强级都代表了测点位置处的噪声强弱，声功率级代表了噪声源辐射声能量的大小。声级反映了声音的强弱，是人耳对声音的主观感受的最直接的反映。只有确定了声级，才能了解噪声的强弱，才能更准确地采取方法进行控制。（2）确定噪声谱 由于噪声的频率特征与其产生、辐射和传播都密切相关，因此它为寻找噪声源提供了重要的依据，所以在噪声测量分析中通常采用频谱分析法研究噪声的强度和频率特性。对噪声源进行频谱分析，可以帮助我们找出产生噪声的机制，为有效合理的控制噪声提出科学依据。（3）确定噪声源 在
6、噪声控制中，噪声源的诊断是一项极为重要的工作。确定噪声源的目的就是通过某种手段鉴别测量对象各部分辐射噪声能量的大小，并可进一步探寻发声的根本原因，以便采取有效的措施进行降噪。1.2 隔音材料的基本知识噪声污染时刻影响着人们的生活和身体健康。为了控制噪声，传统的隔音材料一般采用海绵、工业橡胶板等。但是，诸如工业橡胶板等传统的隔音材料一般比较笨重，对可加工性、使用范围等有较大限制。因此，为了满足不同使用环境的要求，提高隔音效果，就需不断推出降噪新材料。其中，纺织纤维及其材料由于具有多孔性、柔软性及弹性、蓬松、加工方法多样等特性，非常适合用作隔音材料。纤维材料具有优越的降噪性能，它不但集吸声与隔声为
7、一体，而且材料质量轻，原料丰富，应用领域广泛。纤维材料在隔音材料领域的开发和应用具有很大潜力。1.2.1 隔音材料的分类隔音材料根据隔音机理的不同，主要分为两大类：一类是吸声材料，另一类是隔声材料。吸声和隔声是两个不同的概念。当声波入射到一些多孔、透气的纤维性材料时，会进入材料从而激起材料空隙中的空气和纤维发生振动，由于摩擦和粘滞阻力以及纤维的导热性能，一部分声能转化为热能而耗散掉，从而减弱了反射声，使总的噪声降低，即为吸声材料4。多孔吸声材料主要以吸收高、中频噪声为主5。隔声材料是靠材料的密实性、坚实性，使声波在隔声结构上反射，要求透过的声能越小越好。即当噪声在传播中遇到一个边界很大的屏障时
8、，会有一部分声能被屏障吸收，一部分声能被反射，其余部分则透出屏障，如果屏障的隔声性能好，则透射的声能小。目前，纺织纤维主要以吸声材料的形式用于降噪领域。近些年来，人们在吸声材料方面开发出了许多新材料和新技术，但关于隔声材料的研究报道却很少。所以，研究隔声材料以及兼顾吸声和隔声性能的材料，并进行推广和使用是一项很有意义的工作。1.2.2 隔音材料的原料早期使用的具有隔音作用的纤维材料主要为植物纤维，如棉、麻纤维等。这些材料对声波段的中、高频范围噪音具有良好的吸收性能，但防火、防腐、防潮等性能较差。随后，无机纤维材料问世，如玻璃棉、矿棉和岩棉等5，这类材料不仅具有良好的吸声性能，具有不燃、不腐等特
9、性，而且较工业橡胶板等传统的隔音材料轻便，从而替代了天然纤维吸声材料。但无机纤维吸声材料在施工安装过程中因纤维性脆，容易折断形成粉尘散逸而污染环境，影响呼吸并刺痒皮肤，因而其应用受到局限。近年来，各种化学纤维也开始用于降噪复合材料的制造，如涤纶纤维、丙纶纤维等，大大改善了隔音材料的降噪性能6。新型无机纤维如玻璃纤维等的应用加速了隔音材料的发展。由于纺织材料原料品种繁多，且成本较低，因此，在隔音材料的制造中，纺织材料的应用正逐渐趋于多样化和合理化。1.2.3 隔音材料的应用现状目前，用于制造隔音材料的纤维种类很多，生产出的隔音产品也是多样的。下面介绍几种不同原料、不同用途的隔音材料。（1）合成纤
10、维类合成纤维主要用于制造汽车内装饰织物、地毯、墙布、织物帘幕等材料7。汽车内装饰织物需要隔声、阻燃等性能。由于纺织纤维具有的特殊吸声效果，常用机织、针织、非织造方法制作各种织物用于汽车内装饰。地毯是地面装饰类纺织品，其丰厚质地与毛绒簇立的表面具有良好的吸音效果，并能适当地降低噪声的影响。由于地毯吸收音响后减少了声音的多次反射，从而改善了声音的清晰程度，使室内的音响设备音乐效果更为丰满悦耳；此外，住房铺设地毯后，室内走动的脚步声也会降低，减少了周围环境的音响干扰，有利于形成一个宁静的居室环境。现在，国内有许多生产地毯的厂家在选择确定纤维原料、毯面厚度与密度时，考虑地毯毛丛的吸音效果以满足不同环境
11、需达到的吸声隔声性能要求。墙布是极好的吸声材料。墙布纤维的多孔结构具有吸收声波的性能。室内各种声响经墙布吸收、衰减后，又以漫反的形式进入到人耳中，声音清晰圆润。织物帘幕是一种具有特殊吸声结构的多孔材料织物。织物组织中的纤维互相交织形成多层结构。这类织物在阻挡外界噪声的同时也能较好地吸收室内音响，声源经过织物后形成漫反射而有所损耗，使声音更加清新悦耳。近年来，各种功能性非织造布的开发与应用在隔音材料方面也有了比较大的突破。各种合成纤维也用于降噪复合材料的制造。这类纺织纤维主要有聚丙烯纤维、涤纶纤维等。如涤纶超短纤维用于室内隔音材料的填料，在发泡材料内加入少量的超短纤维，可以增加一定的表面磨损程度
12、，也可以在填料的表面形成微绒起到一定的隔声效果；又如南通工学院对新型PP纤维/麻复合材料进行了研究，利用低熔点PP纤维和麻进行复合，中间是麻纤维层,上、下表面是PP纤维薄层，这种热塑复合材料具有强度高、隔音、吸音、防腐、绝缘等优良性能，无污染，成本低，应用十分广泛。（2）金属纤维类8-10近几年，金属纤维也开始用于隔音降噪领域。用于降噪领域的金属纤维主要有铝纤维、钢纤维。如日本森本澈研制的新一代铝制吸声板铝纤维吸声板。铝纤维吸声板是由两片铝网板夹住中间的铝纤维毡，利用其塑性通过压机滚压而成。铝纤维吸声板吸声特性好，且具有强度高、抗风、不燃、耐水耐热以及抗冻等耐侯性能，因此，十分适合于户外露天环
13、境和地下建筑中使用，应用十分广泛。国外在汽车内已开始使用一种异形截面金属纤维的吸声材料，国内奥迪、桑塔纳汽车生产厂也开始采用该种材料做消声器芯的汽车消声器。日本丰田汽车公司联合一家化纤公司研制成功一种隔声材料，它通过引进改性的异形纤维来提高传统汽车饰布的隔声性能，在纤维材料中加入惯性负载如重金属粒子铅、铁等。国外对减振、防噪材料的研究主要是针对由铅纤维制成的复合材料。这种材料具有隔音、吸声、减振等多种功能。各种金属复合材料的隔音性能较好，其中铅纤维复合材料的隔音效果尤为突出。美国已开发出一种纤维Polprent，其主要成分是聚酯纤维再加一小部分聚丙烯纤维,通过热粘合方法加工而成非织造布,其本身
14、与其他的非织造布没有任何区别,但在其夹层中加入金属层或金属网,就有了良好的隔音性能。（3）无机纤维类随着无机纤维的问世，吸声材料常采用如玻璃纤维、岩棉纤维、矿渣棉纤维。这类纤维材料不仅具有良好的吸声性能，而且具有不燃、不腐、不易老化、强度高等性能。如以岩棉、聚氨酯等为芯材制作的彩钢复合板（厚50mm），不但隔声性能优良，而且自身轻、美观且维护容易7。由于这类无机纤维具有独特的性能，从而替代了天然植物纤维的吸声材料，在声学工程中获得了广泛的应用。但无机纤维吸声材料存在一些缺点，如在施工安装过程中因纤维性脆容易折断，形成粉尘散逸而污染环境等，在使用条件方面有一定的局限性。目前，国内纺织纤维及其复合
15、材料在隔音降噪领域中的应用还十分有限，应大力开发和推广新的纺织隔音降噪材料，来改善人居环境。1.2.4 隔音材料的发展前景面对人们对生活质量的高质化要求以及现代工业化步伐的加快，人居音效环境亟待改善。要提高隔音材料的综合性能，我们应该走改性纤维以及复合纤维的发展道路7，有效合理的利用复合、改性、后整理等方法，兼顾材料吸声和隔声性能的综合发挥，以研制出新型的多功能隔音材料。除此之外，如何降低生产成本，使生产规模化、产品优质化，也应是今后该领域的研究重点。2 隔音性能的测试方法生活中噪声普遍存在。采用吸声、隔声材料进行降噪在工程中有着广泛的应用，这是减小噪声污染对人类和自然影响的有效手段。不同的噪
16、声源具有不同的频谱特性，对隔音降噪材料的要求也不同。这就要求我们了解吸声、隔声的机理以及对隔音效果的评估测试。了解和掌握这些内容是正确和合理的设计、选择隔音材料，达到最优隔音效果的前提条件。2.1 材料的吸声性能测试11整个测试是在封闭声室中进行的，测试过程示意图如图2-1所示。计算机控制的音频讯号发生器驱动扬声器发出不同强度不同频率的音频信号（信号源），并以平面波的形式向外传播。测试吸声性能时，声波直接进入被测试隔音材料中，经过吸收、反射后，传入声级计中。声级计的声波强度信号通过RS232接口进入计算机，由数据采集软件进行数据采集。通过发射音频讯号的强度与入射声级采集信号强度的比较，来判定不同材料的不同吸声效果。音频讯号发生器数据采集装置吸声材料声级计扬
