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1 吸聲材料的歷史

人類(lèi)在很早就意識到織物可以有效地阻擋聲音，因此從史前到埃及甚至到羅馬時(shí)期人們一直使用織物和蘆葦桿，干草等作為吸聲材料來(lái)消除回音和抵擋噪音，使人感到更加舒適。這些材料從本質(zhì)上來(lái)講都是有機纖維材料，它們之間的微小縫隙使它們成為了天然的吸聲材料，直到如今有機纖維吸聲材料仍在發(fā)揮著(zhù)它們的作用。

在古代許多國家和民族對聲學(xué)的研究頗有建樹(shù)，也積累了大量經(jīng)驗但是對吸聲材料的研究始終有限。對吸聲材料的科學(xué)研究是與室內聲學(xué)設計理論緊密相聯(lián)系的。終于1898年W.C.賽賓創(chuàng )立了混響理論，并指出了吸聲對于房間混響具有決定性的作用，吸聲材料的發(fā)展進(jìn)入了新的紀元。

1910年到1915年 ,他與公司合作 ,先是開(kāi)發(fā)了一種多孔的陶制品 ,后來(lái)是一種多孔的磚 ,使用于紐約的圣托馬斯教堂和河畔教堂。為了“最大限度地使風(fēng)琴的聲音柔軟和豐富”,他建議在音樂(lè )室中用1寸厚的氈子和隔開(kāi)1/4寸距離的絲板；為吸收低頻 ,他建議用極薄的木板內包1寸厚的空間?？梢哉f(shuō)他為現代的室內聲學(xué)研究奠定了基礎。

我國的聲學(xué)在1929年起步，馬大猷教授在1957年創(chuàng )立聲學(xué)研究室后我國的聲學(xué)研究有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。在馬大猷教授帶領(lǐng)下我國提出了微穿孔吸聲體理論，研制了小孔消聲器，有效地降低氣流噪聲。并建立了氣流噪聲的壓力定律。為我國聲學(xué)發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎。

50年代人們開(kāi)始研究聲音心理學(xué)。從1951的哈斯效應，60年代末的雙耳聽(tīng)聞

效應到70年代提出的明晰度、雙耳關(guān)聯(lián)系數IACC等概念與指標，這些理論為精確布置吸聲材料提供了可靠的理論支持。這個(gè)時(shí)期吸聲材料的研究開(kāi)始深入細致。吸聲材料的研究還涉及到除聲性能外的其它性質(zhì)。如材料的力學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性質(zhì) ,材料的防潮、耐火、維護、施工和藝術(shù)效果等因素 ,對吸聲材料的選擇與安裝位置也逐漸精確化。在劇院設計中，觀(guān)眾也被作為一個(gè)大吸聲體進(jìn)行了詳細的研究。

根據疏松多孔的材料對聲音的這種特性，人們制造出了吸聲材料，即多孔吸聲材料，多孔材料是當前應用最為廣泛的吸聲材料，它的類(lèi)型包括無(wú)機與有機纖維狀多孔吸聲材料、泡沫狀多孔吸聲材料、顆粒狀多孔吸聲材料等。隨著(zhù)聲學(xué)、技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng )新，聲學(xué)工作者的潛心研究以及市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，還會(huì )有新的多孔吸聲材料問(wèn)世。目前，多孔吸聲材料在會(huì )議廳、音樂(lè )廳、大禮堂、等對聲音要求較高的建筑上，應用的很廣泛。

2 多孔吸聲材料原理

所謂多孔吸聲材料，就是這類(lèi)材料是由固體筋絡(luò )和微孔或間隙所組成。多孔吸聲材料內部具有大量互相連通的微孔或間隙, 而且孔隙細小且在材料內部均勻分布，向外開(kāi)敞病深入材料的內部。其吸聲機理是當聲波入射到材料表面時(shí), 一部分在材料表面反射,另一部分則透人到材料內部向前傳播,在傳播過(guò)程中，引起孔隙中的空氣運動(dòng),與形成孔壁的固體孔筋或孔壁發(fā)生摩擦,由于粘滯性和熱傳導效應,將聲能轉變?yōu)闊崮芎纳⒌?。聲波在剛性壁面反射?span lang="EN-US">,經(jīng)過(guò)材料回到表面時(shí)，一部分聲波透射到空氣中, 一部分又反射回材料內部, 聲波通過(guò)這種反復傳播,使能量不斷轉換耗散,如此反復,直到平衡,由此使材料吸收部分聲能。高頻聲波可使空隙間空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度加快，空氣與孔壁的熱交換也加快。這就使多孔材料具有良好的高頻吸聲性能。

3 多孔吸聲材料的分類(lèi)

多孔吸聲材料的的吸聲效果較好，是應用最普遍的吸聲材料，最初這類(lèi)材料以麻、棉等有機材料為主，現在則以玻璃棉、巖棉為主。

3.1 纖維材料

纖維材料按其選材的物理特性和外觀(guān)主要分為有機纖維吸聲材料、無(wú)機纖維吸聲材料

3. 1.1 有機纖維材料

傳統的有機纖維吸聲材料在中、高頻范圍具有良好的吸聲性能，大概分為動(dòng)物纖維和植物纖維。動(dòng)物纖維材料主要有毛氈和純毛地毯，其特點(diǎn)的吸聲性能好，裝修效果華麗，但價(jià)格較貴，很少使用。植物纖維材料, 如甘蔗纖維板、木質(zhì)纖維板、水泥木絲板等有機天然纖維材料, 以及丙烯腈纖維、聚酯纖維、三聚氰胺等化學(xué)纖維材料, 但這類(lèi)材料的防火、防腐、防潮等性能較差, 應用時(shí)受環(huán)境條件的制約。

3.1.2 無(wú)機纖維材料

無(wú)機纖維材料主要有巖棉、玻璃棉、礦渣棉以及硅酸鋁纖維棉等, 由于具有吸聲性能好、質(zhì)輕、不蛀、不腐、不燃、不老化等特點(diǎn),從而逐漸替代了傳統的天然纖維吸聲材料, 在聲學(xué)工程中得到了廣泛應用。但是由于纖維性脆, 易于折斷, 產(chǎn)生的纖維粉末會(huì )在空中飛揚, 形成的粉塵會(huì )刺癢皮膚, 污染環(huán)境, 影響呼吸, 這是它在應用中的缺點(diǎn)。過(guò)去的玻璃纖維和天然纖維與合成有機纖維相比不易老化的特性曾經(jīng)是玻纖材料性能的一個(gè)優(yōu)點(diǎn), 但是從環(huán)境保護的角度來(lái)看, 材料的不易降解使其最終會(huì )成為固體廢棄物, 對環(huán)境造成二次污染.

3.2 泡沫材料

泡沫材料主要有泡米塑料、聚氨酯泡沫塑料、泡沫玻璃和加氣混凝土等。根據泡沫材料孔形式的不同, 可分為閉孔、開(kāi)孔和半開(kāi)孔。微孔間互相封閉的稱(chēng)為閉孔型泡沫材料, 互相連通的稱(chēng)為開(kāi)孔型泡沫材料, 既有連通又有封閉的為半開(kāi)孔型泡沫材料 。

3.2.1 閉孔泡沫材料

閉孔結構的泡沫金屬材料,以閉孔泡沫鋁為代表, 閉孔泡沫鋁的吸聲系數比較低, 是由于聲波很難到達孔隙內部, 與其內部相互作用, 僅有一些裂縫和微孔, 本身并不能作良好的吸聲材料。

3.2.2 半開(kāi)孔泡沫材料

半開(kāi)孔泡沫鋁, 可以通過(guò)高壓滲流制備, 在其制備過(guò)程中, 通過(guò)控制制備參數, 來(lái)達到預計的孔連接性。

3.2.3 開(kāi)孔泡沫材料

可以通過(guò)控制顆粒的形狀尺寸, 來(lái)控制孔隙率和孔形狀, 能夠制高孔率材料, 由于開(kāi)孔泡沫材料具有復雜的渠道結構以及表面粗糙的內部空隙, 導致其具有較高流阻, 所以開(kāi)孔泡沫鋁的整體吸聲性能要比閉孔的好的多。

3.3 顆粒材料

顆粒材料主要分為砌塊和板材。砌塊主要有礦渣吸聲磚、膨脹珍珠巖吸聲磚、陶土吸聲磚，多用于砌筑截面較大的消聲器 。板材主要有膨脹珍珠巖吸聲裝飾板，其質(zhì)輕、不燃、保溫、隔熱、強度偏低。但顆粒材料吸聲效果相對較差，所以一般用于對防潮防火要求較高的場(chǎng)合。

3.4 金屬材料

以金屬粉末為原材料生產(chǎn)的多孔性吸聲材料是近年出現的新型吸聲材料，比如日本生產(chǎn)的卡羅姆金屬吸聲板。它的優(yōu)點(diǎn)是具有金屬的強度，用簡(jiǎn)單的工具就可以進(jìn)行折彎、切割等，同時(shí)，還有防火、耐腐蝕、不易損壞、便于安裝施工等。但是這類(lèi)材料大多較薄，需要借助于背后的空腔。

4 未來(lái)展望

如今在研究了吸聲材料的表面形狀與吸聲系數的關(guān)系后，人們發(fā)明了楔形的多孔吸聲材料，它可以改善一定波段的聲吸收和透射損失。而纖維吸聲材料因為廉價(jià)又開(kāi)始展現出其強大的生命力，顆粒型的吸聲材料也開(kāi)始在特殊環(huán)境下發(fā)揮著(zhù)他的耐用優(yōu)勢。

為了代替危害健康的礦物纖維吸聲材料，德國首先研制出了微穿孔板，一種綠色高效的共振吸聲結構，微穿孔板及結構作為無(wú)纖維粉塵污染的一種有效吸聲材料在室內建筑與工業(yè)界的噪聲控制中，特別是在高溫、高聲強極端惡劣環(huán)境或高度清潔要求的特殊環(huán)境中有著(zhù)廣泛的應用前景，所以也將是今后會(huì )得到繼續發(fā)展的研究方向，特別是擴展吸聲頻寬及低頻噪聲的研究、利用不同材質(zhì)或微穿孔的衍生結構-柔性管束穿孔板吸聲結構、以及發(fā)展微穿孔板及結構在不同環(huán)境比

如高溫、高聲強等環(huán)境下的應用，有著(zhù)廣泛的應用前景。

隨著(zhù)社會(huì )進(jìn)步，人們對聲環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，單一的吸聲材料已經(jīng)不能滿(mǎn)足環(huán)保及高效吸聲等要求，吸聲材料的應用將愈加廣泛，使用量也將逐年增加，在工業(yè)固體廢棄物中，應當加強高爐渣、粉煤灰、煤矸石等大宗固體廢棄物制備吸聲材料的研究，進(jìn)一步探索以鋼渣、尾礦粉、 建筑垃圾等為原料制備吸聲材料的可能性，從而實(shí)現吸聲材料的低成本制備和工業(yè)化應用。

在未來(lái)“環(huán)保”型和“安全”型聲學(xué)材料將會(huì )是發(fā)展重點(diǎn)。生態(tài)環(huán)保和可持續發(fā)展是新世紀建筑更新?lián)Q代的側重點(diǎn)，更是21世紀全球研究的主課題。生產(chǎn)對人體無(wú)害、能循環(huán)利用、高效的吸聲材料，具有良好的應用前景。同時(shí)，也應注重產(chǎn)品的美學(xué)設計，使吸聲材料既具有實(shí)用性，又具有觀(guān)賞性。