吸声降噪材料在棉花公检实验室中的应用研究

郭 全 张 海 王 波 刘滨璐 纪晓杰

［国家棉花质量监督检验中心（青岛），山东青岛，266000］

噪声作为当今世界三大污染源之一，对我们的生活影响越来越大。这主要包括两个方面，首先是对我们身体健康的影响，包括听觉系统的破坏和神经系统的损伤等［1］，其次还会加快机械结构老化速度，从而影响仪表和设备的精确度及使用寿命，严重影响建筑物的使用安全性［2］。对于棉花公检实验室来说也同样存在这两方面的问题。由于棉花品质检验的特殊性，连续工作时间长、空间封闭，噪声污染就显得尤为突出，采取适当的吸声降噪措施是很有必要的，也是未来实验室智能化改造的研究方向。

1 吸声降噪材料的分类

根据材料的作用机理，可以将吸声降噪材料分为阻尼材料、吸声材料和隔声材料三大类［3］。

1.1 阻尼材料

阻尼材料主要用于抑制固体结构的振动，是一种能将声波振动或者机械振动产生的能量通过材料的热效应等转化成热能被耗散掉或者位能被存储起来的材料。阻尼材料又分为黏弹性高分子阻尼材料、金属类高阻尼材料和复合型阻尼材料。

1.2 吸声材料

吸声材料主要靠吸收空气中的声音来降低噪声。声波传播到材料的界面时，很少一部分声能被材料边界面反射，大部分声能在材料内转化为热能被耗散掉或者转化为振动能沿材料的边界传递转移。吸声材料主要包括多孔性吸声材料和共振吸声结构两大类，其中多孔性吸声材料对高频声波吸声性能优异，而共振吸声结构对低频区声波吸声性能优越。常用的吸声结构一般有薄膜、薄板共振吸声结构和穿孔板、微穿孔板吸声结构等。

1.3 隔声材料

隔声材料的主要功能是阻断空气中声音的继续传播，也就是增加声波被反射的能量，尽量减少通过该材料的能量。

2 吸声降噪材料的应用现状和发展趋势

目前，吸声降噪材料广泛应用于生产生活的各个领域，大到摩天大楼中的离心水泵、体育娱乐场馆、舰船舱室、工厂，小到汽车、空调、冰箱、抽油烟机等都有涉及。阻尼材料最早应用于军事领域，由于其抑制固体结构振动的特点，在大型离心机、公共娱乐场馆、舰船飞机汽车等的舱室得到广泛应用。生活中，为了降低噪声，使用的吸声材料一般能够吸收10 dB～20 dB，再加上墙壁等设施的隔声材料作用（例如一些纤维基质的吸声材料），能够很大程度地改善我们的居家生活环境［4］。但尚未查阅到棉花公检实验室应用的相关资料。

未来的吸声降噪材料将趋向于多种功能于一身的复合型降噪材料，在研发超材料和超结构的同时，降低生产成本，研发新工艺，加强对绿色环保吸声降噪材料的研发。如一种以棕榈中空原纤为原料发明的棕榈原纤非织造吸声材料，其制取简单、成本低廉，同时又带有棕榈纤维本身的香气，还有一定的抑菌性，可生物降解。

3 棉花公检实验室中的吸声降噪措施

3.1 控制方式

一般来说，对噪声的控制主要有噪声源控制、传声途径的隔断、噪声受体的防护等3 种方式。其中，在传声途径上进行吸声降噪控制是目前最常用、最有效的方法。根据棉花公检实验室的实际情况，通过隔断传声途径达到吸声降噪的目的也是我们目前最关注的问题。为了保障HVI 设备检测数据的准确性和一致性，对设备内部主要发声部件（电机、真空泵等，即噪声源）不做改动。为方便检验员的操作，我们对人员防护也不做过多处理。

3.2 主要控制的噪声类型

低频噪声是指频率在500 Hz 以下的声音，或者称为中低频噪声，生活中主要来源于交通出行噪声（发动机、胎噪等）、电梯轿厢、中央空调等［5］。因此，可分析出棉花仪器化的公检实验室主要噪声类型是由恒温恒湿空调、HVI 电机和真空泵等发出的低频噪声。由于声音在空气中传播时，其衰减与频率的平方呈正比，因此低频噪声在空气中传播时的衰减很小，导致这一类型噪声相对更难处理。

3.3 吸声降噪材料的选取及其处理措施

在采取吸声降噪处理前，应先对实验室发声源、空间声场、声音传播规律进行分析，而后选出最适合的吸声材料和吸声降噪措施［6］。通过对棉花公检实验室噪声源和噪声类型的分析，我们主要从设备和环境两方面选材并采取相应吸声降噪措施。

一是考虑在HVI 设备表面贴附阻尼材料或在四周安装共振吸声结构，如国产化HXD2 型机车多孔板共振吸声结构等，在空调出风口稍远处加装共振吸声结构，既有效抑制了固体结构振动发声，又可以阻断在空气中传播的低频噪声。

二是考虑在实验室四周墙面，贴装类似于壁纸的机织物结构纤维基吸声材料，再通过对墙体表面的处理，对反射后声音进行有效阻断。这是一种非常成熟的噪声控制技术，虽无明确的国家或行业标准规范，但在各类涉及建筑环境吸声的教材或书籍中均有相关内容的论述，已广泛应用于噪声治理工程中［7］。对于实验室吊顶和地板，考虑采用吸声天花板和吸声地板。

由于实验室属封闭环境，在选材时主要考虑绿色环保材料，避免对实验室空气质量造成二次污染；尽量选取耐火材料，保证棉花实验室的消防安全。通过查阅文献，符合条件的材料主要有以下几种：一是钛科丝板［8］，它主要应用在天花板上，具有无毒、无放射性、不会滋生细菌以及释放有害物质的特点，是一种绿色的室内装饰吸声材料；二是纤维基柔性吸声降噪材料，这一类材料具有结构疏松、材料轻薄，加工性能好，可加工成各种形状，而且排列规则、分布均匀；三是丛生竹地板或毛竹地板［9］，该材料主要以原生竹类为原料，由于竹类本身具有质轻、多孔、疏松等结构特点，因此非常适于制作吸声降噪材料。又因为竹材本身具有抗菌除臭功能，还能达到净化环境的目的。吸声降噪的核心工作主要集中在吸声结构和吸声板材的选取上，目前这些类型的材料款式众多，材料的最终选取还需要大量的试验数据做支撑。通过安装适合的吸声降噪材料，最终实现实验室环境噪声的大幅改善［10］。

4 数据的采集与上传

吸声降噪措施是实验室智能化改造的重要组成部分。未来，我们希望通过声信号传感器及控制器，将现场采集的改善后实验室声音数据上传至智能化实验室的网络层，再通过平台层对数据进行分析存储后，让应用层的移动端APP 和PC端能够远程监控实验室的声音质量。

5 结语

根据数据统计，HVI 检验室的噪声总平均值为 68.13 dB（A），超过了 GB 3096—2008《声环境质量标准》规定的55 dB（A）限值。虽然超标不多，但是噪声的作用具有累积效应。随着时间的推移，这种作用不断累积，当身体出现不适时，很可能是不可修复的永久性损伤。因此，提早做好吸声降噪处理势在必行。

在棉花公检实验室中应用吸声降噪材料尚属首次讨论，各项措施大多处于起步规划阶段，有些想法还不成熟，因此，我们也期待与吸声降噪领域的专家在实验室智能化改造过程中进行合作共建。虽然尚处于探索阶段，实际投入使用的时间周期较长，但是本着以人为本的实验室建设核心，迈出这一步只是时间问题。