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1、吸声吸声 、隔声材料和、隔声材料和 结结构构 浅浅说说二二吸声、隔声材料和结构浅说二2011-09- 1413:523.共振吸声结构利用不同的共振吸声机理，设计各种类型的共振吸声结构，使吸收峰值选择在所需频率位置，满足不同频率吸声量的要求，特别是解决低频吸声量不足的问题。3.1薄层多孔性吸声材料的共振吸声薄层多孔性吸声材料也包括各种透气的织物，如棉、麻、丝、绒、人造纤维等织物。如图3a，将材料挂在刚性面前距离d处，则当d=1/4(2n+1)(1)时，是空气中声波波长，n为正整数，织物处于刚性面前驻波的声压波节位置，那里声波的质点振动速度最大，使在织物中消耗最大的声能，形成共振吸声。在式中n分别
2、等于0、1、2时，对应的共振吸声频率fn为:fn=(2n+1)/4.co/d(2)式中co为空气中声波传播速度，一般以340m/s计算。例如，当织物与刚性壁距离为34cm时，n=0对应的最低共振频率f0=250hz，n=1对应的f1=750hz，n=2对应的f2=1250hz。其共振吸声的频率特性见图3b。吸声峰值与织物性能有关，一般都比较大，但共振吸声峰的宽度不大，在实际使用中往往将帘子增大折皱悬挂，即连续改变织物与刚性面的距离，并在不同距离处悬挂不止一层织物，以改善吸声频率特性。此外，将厚度为d的玻璃棉一类材料离刚性面d处安装，见图4，则式中的d变成为d(d+t)连续变化，即有许多共振吸声
3、频率，而最低共振频率为f0=c0/4(d+t)。3.2薄膜共振吸声结构如果刚性面前d处有一层不透气的膜，见图5，膜的单位面积质量为m，则膜与厚度为d的空气层构成质量-弹簧的共振系统，其共振频率为:fr=co/2o/md(3)式中o为空气密度。例如在“软包“外表面蒙上不透气的膜，则包在里面的多孔性吸声材料就不能发挥原有的吸声功能，而首先是膜的共振吸声并通过膜振动传入材料内的吸声作用，而此膜振动又受到材料的阻尼抑制，吸声效能受到限制。如果蒙皮用人造革一类质量较大的材料，如有的剧院中的座椅，那种吸声性能就更差了。3.3薄板共振吸声结构薄板是两维的振动系统，其共振频率除了与板的物理常数和几何尺寸有关外
4、，还和它的边缘固定状况有关。如果一块边长为la、lb的矩形板，厚度为h，四边都被牢固地钳定，它的共振频率fm，n为:fm,n=/2eh2/12(1-2)1/2.m2/1n2+n2/1b21/2(4)式中e、分别为板的杨氏模量、密度和泊松比，m、n为正整数。当n=0、m=1时，得到最低的共振频率设lalb)。如果板为玻璃，将玻璃的物理常数代入:fm,n=2.510h3(m2/1n2+n2/1b2)1/2(5)式中长度单位为米。例如长50cm、宽40cm、厚4mm的玻璃窗，四边固定，则(m，n)为(1，0)的最低共振频率为20hz，(m，n)为(0，1)的共振频率为25hz，(m，n)为(1，1)
5、的共振频率为32hz。随着(m，n)渐次增大，共振频率越来越大间隔也越来越密，在这些频率上有较大的声吸收和声透射。在室内装修中经常用到板材，它们都有一定的共振吸声效应，其共振频率大体上如式所示，与板的几何尺寸和物理常数有关，同时与边缘固定状况有关，例如钉子钉多少，钉紧的程度，是否用胶固定等等。因此这类共振吸声往往不被主动采用在设计方案内，只有有经验的设计师才谨慎地使用。但有一点非常重要，即当用薄板作表面装饰处理时，为避免共振频率过多的一致，在设计和施工中注意将固定薄板的木筋之间给予不同的间距尺寸，使共振频率得以分散。对于不希望有薄板共振吸声作用的声学空间，表面处理就采用贴实的厚板。3.4穿孔板
6、共振吸声结构经常利用穿孔板共振吸声结构来补足低频所需的吸声量。穿孔板吸声结构如图6a所示，板厚t，离刚性面距离d，如板上钻圆孔也可开狭缝，孔的半径为a，穿孔面积占板面积的比率穿孔率为p，则此穿孔共振结构的共振频率fr为fr=co/2p/(t+16a)d(6)式中表示共振频率有好几个参数可以调节，如板厚t，孔的半径a，穿孔率p以及板与刚性面的距离d。现在市场上有做好的不同穿孔率的穿孔板，可以选择不同的穿孔率和改变板与刚性面间距离d，来得到所需的共振频率。需要注意的是穿孔板共振吸声峰的形状，它与共振结构系统的阻尼有关。见图6b，阻尼小时，共振峰较尖锐,阻尼大时共振峰较为平缓。一般宁可选择较为平缓的
7、吸声特性，以避免过强的吸声频率选择性。板厚、孔径小，阻尼较大。微穿孔板的穿孔直径为0?81mm左右，所以阻尼大，吸收峰较为平缓，但因易积灰和不耐腐蚀，所以不少地方不宜采用。一般穿孔板厚度不大于5mm，穿孔直径在610mm左右，这种情况下阻尼嫌小。要增加共振结构的阻尼，需要在穿孔附近增加吸声材料。参看图6c，当声波传播经过穿孔时，“声线“像流线那样在孔中和孔附近比较密集，那里的“流速“大，即声波的质点振动速度大，吸声材料产生最大的阻尼作用。我们很难将吸声材料填塞到一个个孔中，所以往往在板的前面或后面贴一层吸声材料厚度为一个孔直径时效率最高来增加共振吸声系统的阻尼，使吸收峰比较平缓。吸声材料在穿孔板后面时，只起到共振吸声的阻尼作用;若放在穿孔板前面，则同时兼有多孔性吸声材料的吸声功能。穿孔率p大于0?2时，一般不是共振吸声结构，仅仅作为多孔性吸声材料的“护面板“。
