吸声材料的吸声机理及工程中的应用

项琨

（山东保利协鑫环亚国际能源有限公司 山东省烟台市264000）

0 引言

噪声污染会对人的身心健康造成伤害，如听力疲劳、听力丧失，干扰人们的生活，影响工作效率等[1]。噪声还可能加速装备器材的老化，降低使用寿命，影响加工精度[2]。噪声由生源产生，通过介质传播后到达受声点，这就决定了噪声的减弱，主要有以下三种途径：声源处消声、传播中吸声、接收处隔声。

声源处消声通过设备改造，加装减震设施，来改善设备性能，这种方式能够从源头上去除噪声，但是这种方式对设备要求高，在实际中并不能被广泛应用。传播中吸声是在声音传播路径上设置具有吸声性能的障碍物，对声能进行发反射和吸收，减弱噪声的影响。在建筑工程中的吸声材料主要用于有降噪要求的建筑物或构筑物，如电影院、歌剧院、体育馆、酒店、学生餐厅、电视台、冷却塔、隔音棚等。

1 常用吸声材料吸声机理

吸声材料按照吸声机理的不同通常分为共振吸声材料、纤维吸声材料和泡沫吸声材料。按照外观分为喷涂类、卷材类、板材类、独立几何类，其中喷涂类包括植物纤维素喷涂、动物纤维素喷涂等，卷材类包括各种墙面造型软包、吸音布帘、帷幕等，板材类包括平面穿孔吸音石膏板材、立方体形状板材等，立体几何类主要指悬挂于声场中的吸音构件[5]。吸声材料还包括吸声劈尖、空间吸声体、颗粒状吸声材料等。

当前主要通过吸声系数来评价材料对声音吸收能力的强弱。声波传递到阻隔材料表面时，一部分能量被吸收，能量更换介质继续传递，或转变为热能，通过热传递耗散掉，还有一部分能量被反射。被吸收的能量与入射声能量的比值就是吸声系数，吸声系数越大，材料吸声能力越强，效果越好。

降噪系数是材料吸声性能的单值评价量[3]。以250Hz为基数，2为公比计算四次吸声系数的其平均值，结果取0.05的模数，结果即为降噪系数。降噪系数能够综合评定材料在不同频率下对声音能量衰减的能力，一般认为降噪系数小于0.2的是反射材料，高于0.4的被认为是吸声材料。

共振吸声材料表面形成微空隙，与空隙背面空腔形成吸声结构，即亥姆霍兹结构。进入空腔的声波被多次反射，声能也不断被结构吸收，还会引起空气腔内气压变化，腔内空气振动，与结构振动频率形成共振，造成声能衰减的效果。因此实际工程中，要求吸声结构宽频吸声要求，常常在空腔内与其它吸声材料混合使用，来适应不同的工程环境。

纤维吸声材料是工程中最常见的吸声材料，包括玻璃棉、岩棉、聚酯纤维、金属纤维等。声能通过纤维分子形成的空隙，不断反射与结构摩擦，实现声能衰减。无机纤维材料具有良好的绝热性能、耐酸碱、抗老化、阻燃能力强等优点。有机纤维对高频声具有很高的吸声效果，但防火防潮能力较差。金属纤维对低频声音吸收效果较好，同时对恶劣环境如高温、油污水汽等环境具有良好的适应性，但往往成本较高。

泡沫吸声材料以吸收中高频声能为主，部分声能进入材料内部空隙，使声能转化成热能，被衰减损耗。泡沫玻璃是一种极具装饰潜力的无机材料，具有质轻、不燃、强度高、刚度大等优点，但其吸声系数较低，不耐磨、成本高等缺点限制了其推广前景。泡沫金属兼具金属材料和泡沫材料的吸声特性，但是其加工成本较高，并未得到广泛应用。

2 吸声材料在建筑工程中的应用

建筑物的内饰装修材料内表面要避免反射声能集中，就必须要进行声学装修处理。吸声材料着眼于减小声源一侧的反射能，减少了室内的回响声，使声音更加明亮、清脆。因此，合理选择符合混响时间要求的吸声材料和共振吸声结构，并进行科学的安装需要一套成熟的设计、施工方案。

2.1 室内吸声结构的施工方法

通过找平工艺，对墙面和屋顶进行找平，保证安装龙骨的平顺。布设龙骨安装点，并使用自攻螺丝对龙骨悬挂和支撑进行安装，龙骨节点处设置卡固件，设计无要求时，龙骨间距一般为50～60cm。龙骨安装好后，安装多孔吸声板，如果采用T形龙骨组成轻钢骨架时，应当在进行龙骨安装的时同步安装吸声板。固定隔声板时，自攻螺丝位置应当距离吸声板边缘2～3cm。任意两块隔声板之间应该拼实、挤严，墙面平整度误差控制在±5㎜以内。对于边角等出存在不可避免的缝隙时，应用发泡胶填充密实，不能存在穿透性缝隙，影响隔声效果。

安装完成后，为使室内更加美观实用，所有的空调机房墙面应该也应该做隔声处理，墙面及其腔内填充的吸声材料均应达到设计要求，空调顺风管道也要做好降噪和减震的措施。门窗均安装隔声门窗，保证收口处紧密、平整。

2.2 多孔非金属内饰单元板的生产工艺

非金属单元板当前被广泛应用于建筑工程、道路桥梁工程、铁路工程等领域，其利用水泥基复合材料和多孔吸声材料构成吸声隔声构件，具有阻燃、耐腐蚀、耐受性好、拆装更换方便等出多方面等优点。非金属单元板以工字型钢作为支撑构件，拼装插板，施工速度快，规格统一，可实现工厂化生产。但是其在制作工艺，制作标准方面尚无统一规定，因此当前并无标准制作工艺可以参考。

生产空腔填充吸声材料的多孔非金属单元板的工程前期要进行原材料性能试验，配合比选定试验等，尤其是隔音吸声材料，当前市场种类繁多，每种特性也不尽相同，因此根据环境有针对性的生产就需要了解每种材料的特性及使用环境。生产后还要对产品的力学性能，隔音性能进行检测。

生产过程中进行模具整理、浇筑、养护，其中多孔吸声材料由无纺布包裹。为保证结构容重及结构强度，浇筑材料多使用活性粉末材料与水泥基复合，如微硅粉、超细粉煤灰、纤维等。无纺布为不透水、抗老化无纺布，避免蒸汽养护以及潮湿等环境作用，加速吸音材料老化，影响吸声效果。吸音材料易发生形变，铺放后安装的支撑结构物起背板底模和保证空腔作用，避免在施工过程中，吸音材料直接承受上方浇筑材料带来的压力，而导致背板在凝结硬化过程中内部产生自应力和微裂纹，影响结构使用寿命。

3 结语

不同的吸声材料具有不同的性质和应用条件，纤维材料的性能较好，但相比于泡沫材料或者金属纤维，其吸声性能也并不理想。金属吸声单元与非金属吸声单元相比，耐久性差、易腐蚀，但结构自重小，所以必须充分考虑工程环境进行选择。但无论其结构形式和材料种类如何变化，就其吸声机理而言，都是将声能转化成振动或者通过摩擦转化为热能实现吸声作用。总之，具有全频吸声、有效减少混响时间、声学设计合理、环境适应性好的高性能吸声产品是未来的发展趋势。