摘要：利用吸聲材料來吸聲降噪是治理雜訊汙染的重要途徑之一。闡述了共振吸聲材料與多孔吸聲材料吸聲降噪的機理，較為詳細的介紹了各種吸聲材料的分類、研究與應用及效能評價，對吸聲材料未來研究發展趨勢加以展望。
雜訊汙染已成為當代世界性的問題，同水汙染和大氣汙染一起被列為全球三大汙染 。隨著工業、農業、交通運輸事業的迅速發展，雜訊汙染日趨嚴重，它對人們身心健康的危害，日益為人們所認識和關注，並且在人口密集、經濟發達的大中城市，雜訊汙染的程度越加嚴重，成為環境治理過程中倍受關注的熱點問題。
對雜訊的防治措施主要是控制聲源和採用吸聲材料 。聲源控制主要是通過改進裝置結構，提高加工和裝配質量，以降低聲源的輻射能量；而實際應用中最有效的雜訊治理則是通過採用吸聲材料來達到降噪的效果。
1.吸聲機理
按吸聲機理的差異，吸聲材料可分為共振吸聲材料和多孔吸聲材料兩大類。
共振吸聲材料相當於多個亥姆霍茲吸聲共振器併聯而成的共振吸聲結構。當聲波垂直入射到材料表面時，材料內及周圍的空氣隨聲波一起來回振動，相當於乙個活塞，它反抗體積速度的變化是個慣性量。材料與壁面間的空氣層相當於乙個彈簧，它可以起到阻止聲壓變化的作用。
不同頻率的聲波人射時，這種共振系統會產生不同的響應。當入射聲波的頻率接近系統的固有頻率時，系統內空氣的振動很強烈，聲能大量損耗，即聲吸收最大。相反，當入射聲波的頻率遠離系統固有的共振頻率時，系統內空氣的振動很弱，因此吸聲的作用很小。
可見，這種共振吸聲結構的吸聲係數隨頻率而變化，最高吸聲作用出現在系統的共振頻率處。
多孔材料內部具有大量細微孔隙，孔隙間彼此貫通，孔隙深人材料內部且通過表面與外界相通，當聲波入射到材料表面時，一部分在材料表面反射掉，另一部分則透入到材料內部向前傳播。在傳播過程中，引起孔隙的空氣運動，與形成孔壁的固體筋絡發生摩擦，由於粘滯性和熱傳導效應，將聲能轉變為熱能而耗散掉。同時，小孔中的空氣和孔壁與纖維之間的熱交換引起的熱損失也使聲能衰減。
此外，聲波在鋼性壁面反射後，經過材料回到其表面時，一部分聲波透射到空氣中，一部分又反射回材料內部。聲波通過這種反覆傳播，使能量不斷轉換耗散，如此反覆，直到平衡，進一步降低了部分聲能。
2.共振吸聲材料
2．1 薄板共振吸聲材料
用各類薄板固定在骨架上，板後留有空腔就構成了薄板共振吸聲結構。當聲波入射到該結構時，薄板在聲波交變壓力激發下被迫振動，使板心彎曲變形，出現了板內部摩擦損耗，而將機械能變為熱能。在共振頻率時，消耗聲能最大。
共振頻率f0的計算式如下：
f0=600/m0l (1)
式中m0為板材的面密度(kg／m2)；l為板後空氣層的厚度(cm)。在同一材料中，板越厚，共振頻率越低；其後的空氣層越大，共振頻率也越低。這類結構在劇場建築中應用最廣。
在觀眾廳、排練廳和琴室內的膠合板護牆即為薄板共振吸聲結構。共振頻率一般在60—315hz範圍內。如在板後空腔內或龍骨邊緣填以多孔吸聲材料，可將吸聲頻帶展寬。
2．2 穿孔板共振吸聲材料
在薄板上穿孔，並離結構層一定距離安裝，就形成穿孔板共振吸聲結構。金屬板製品，膠合板、硬質纖維板、石膏板和石棉水泥板等，在其表面開一定數量的孔，其後具有一定厚度的封閉空氣層就組成了穿孔板吸聲結構。它的吸聲效能是和板厚、孔徑、孔距、空氣層的厚度以及板後所填的多孔材料的性質和位置有關。
它的吸聲特性是以一邊的頻率為中心呈 「山」形，主要是吸收中、低頻的聲能。穿孔板吸聲結構空腔無吸聲材料時，最大吸聲係數約為0．3-0．6，這時穿孔率不宜過大，以1％ 一50％比較合適。穿孔率大，則吸聲係數峰值下降，且吸聲頻寬變窄。
在穿孔板吸聲結構空腔內放置多孔吸聲材料，可增大吸聲係數，並展寬有效吸聲頻帶，尤其當多孔材料貼近穿孔板時吸聲效果最好。
2．3 微穿孔板共振吸聲材料
由於穿孔板吸聲結構存在吸聲頻帶較窄的缺點，近年來國內研製出了微穿孔板吸聲結構。著名聲學專家馬大猷教授等奠定了微穿孔板吸聲結構的理論基礎，給出了具體設計方法，可以設計製造各種型式的微穿孔板吸聲結構。通常，採用板厚、孔徑均在1 mm以下，穿孔率為1％ 一3％ 的薄金屬板(通常用鋁板)與背後空氣層組成微穿孔板吸聲結構。
微穿孔板的孔細而密；因此比穿孔板的聲阻大，而聲質量小，從而在吸聲係數和吸聲頻帶方面優於穿孔板。微穿孔板結構不需在板後配置多孔吸聲材料使結構大為簡化，同時具有衛生、美觀、耐高溫等優點。當用微穿孔板作消聲器時，在高速氣流條件下，阻力損失較小，因此，這類材料在空調系統的消聲結構中應用較廣。
3.多孔吸聲材料
多孔材料是普遍應用的吸聲材料，按其所選材料的物理特性和外觀，主要分為纖維材料和泡沫材料，而纖維材料又分為無機纖維材料和有機纖維材料。
4.材料吸聲效能的評價
吸聲材料的吸聲效能好壞，主要通過其吸聲係數的高、低來表示。吸聲係數是指聲波在物體表面反射時，其能量被吸收的百分率，通常用符號a表示，a 值越大，吸聲效能就越好。
a=(ei—ea)／ei (2)
式中，ea為未被吸收的聲能，ei為人射總聲能。由於材料的吸聲係數有關，即同一材料各個頻率的吸聲係數是不同的。我國混響室法吸聲係數測量規定的測試頻率範圍為100—5 000 hz。
降噪係數(nrc)是取250、500、1 000和2 000 4個頻帶吸聲係數的平均值。
nrc=(a250+a500+a1000+a2000)／4 (3)
對於室內音質設計和雜訊控制所用的吸聲材料，我國已制定吸聲效能等級劃分的國家標準gb／t16731-997。該標準規定了採用降噪係數的大小來評定材料的吸聲效能等級。大多數材料都有一定的吸聲能力，一般把平均吸聲係數大於0．2的材料稱為吸聲材料，平均吸聲係數大於0．56的材料稱為高效吸聲材料。
未來展望
吸聲材料的研究與應用對於雜訊汙染的治理具有十分重要的意義。傳統的吸聲材料因其存在著諸多缺陷，如：降噪係數低、使用壽命短、易潮解和二次汙染等，已逐漸淡出市場而為新型吸聲材料所替代。
如成豐木絲吸聲板是一款不錯的新型吸聲材料。現在多孔吸聲材料對於中高頻雜訊具有較好的吸聲效果，而共振吸聲材料則可以較好的吸收中低頻雜訊。因此，如何在研究新材料、新工藝、新結構等方面，特別是在如何利用新型構造形式最大限度地發揮吸聲材料的吸聲效能，設計出適合各種場合需求的新結構，將是未來吸聲材料發展的一大趨勢。
這就需要走材料復合的道路，把無機材料與有機材料復合，將多孔吸聲與共振吸聲相結合，開發新一代高效吸聲材料；同時，還應進一步降低生產成本，使生產規模化、產品優質化，吸聲材料的研究任重道遠。
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