吸声sound absorption

利用吸声材料或结构以减弱或吸收声能。吸声材料或结构(如石棉、毛毯、发泡树脂和喷涂材料等)一般具有多孔、通气性能好的特点。当声波传至吸声材料或结构时，引起机械振动、空气振动和共振共鸣等产生摩擦，致使声能转变为热能，因而使声能减弱或完全被吸收。

吸声

吸声是声波通过多孔的吸声材料或空腔共振结构而使声音消减的过程。
多孔吸声材料适用于减弱高频和中频的混响噪声。吸声材料种类很多，其共同特点是有大量的孔与孔之间相通的孔隙。声波通过多孔材料孔隙时，孔隙中的空气和材料发生振动，由于摩擦作用而使声能转化为热能。吸声材料有些是纤维性的，如玻璃棉、矿渣棉、羊毛毡、石棉、木丝板、甘蔗板等； 有些是泡沫性的，如聚氨基甲酸酯制成的多孔泡沫材料；还有一些是颗粒性的，如膨胀珍珠岩制成的吸声砖等。良好的吸声材料除应有优良的吸声性能以外，还应有不易起火和耐潮湿等特点。
材料的吸声性能以吸声系数α表示。吸声系数为声波入射到材料表面时被该材料吸收的声能与入射声能之比：

式中： Ea 被吸声材料吸收的声能；
Ei 入射到吸声材料的声能。
一般吸声材料的吸声系数约在0.2～1.0之间。吸声系数愈大，吸声效果愈好。
吸声系数还和声波入射的角度有关。声波无规则地入射于材料表面时的吸声系数，称为无规则入射吸声系数(α)；声波垂直入射于材料表面时的吸声系数，称为正入射吸声系数(α₀)。
实际上，材料的吸声量(L)不仅取决于材料的吸声系数，还取决于吸声材料的面积(S)；面积愈大，吸声效果愈明显：
实际吸声量：
L=α·S
如果某室内平顶、墙壁和地面材料的吸声系数不同，其平均吸声系数(α)为：

吸声材料由于孔隙多，容易积灰。必要时可用多孔板作护面层，穿孔率（即开孔总面积与面层板总面积之比）应大于20%。也可以用织物蒙在多孔吸声材料表面。
多孔吸声材料对低频噪声的吸声效果较差。对低频噪声可考虑改用共振吸声的方法。
(1) 薄板共振： 在板材后面设一定厚度的空气层，由薄板与空气层组成共振系统(图1)。当声波入射于薄板时，薄板发生振动，其后的空气层也发生振动，从而使声能消耗，转化为热能。当入射声波的频率与共振系统的固有频率相同时，会发生共振；此时振幅可达最大值，吸声效果最好。薄板共振系统的共振频率(f0)为：

式中： M 薄板的单位面积重量(kg/m);
D 薄板后面的空气层厚度(cm)。
从上式可以看出：增大M或D，均可使共振频率f₀向低频方向移动。通常木制的薄板厚3～6mm，空气层厚度30～100mm，共振频率100～300Hz。在薄板后面或在薄板与框架之间放一些多孔吸声材料，可提高吸声效果。

图1 薄板共振
1.空气层 2.薄板 3.支架4.硬的反射面（如墙面）

(2) 单腔共振： 单腔共振结构由腔体和颈部组成(图2)。当入射声波的波长大于颈部的直径(d)时，腔体和颈部的空气组成一弹性系统。由于颈部对空气运动的阻尼作用，使声能消耗转化为热能。其共振频率(f0)为：

式中：C声速(m/s);
S₀ 开孔面积(m2);
1 有效颈长=实际颈长1₀+0.85d(m);
V 空腔体积(m³)。

图2 单腔共振1.腔体 2.颈部

(3) 多孔板共振： 多孔板(图3)如穿孔率(ρ)小于20%，板薄而板后有一定厚度的空气层时，其作用就相当于许多个单腔共振结构。多孔板的共振频率(f0)为：

图3 多孔板共振
1.硬的反射面 2.空气层 3.多孔板 4.圆孔

式中： t 多孔板的厚度。
通常t=1.5～10mm,ρ=0.5～5%,d=2～15mm,D=100～250mm。
如用多孔板作为吸声吊顶，吊顶上空气层厚度D大于0.5m时，其共振频率(f₀)为：

在多孔板背面附一层薄而透气的多孔吸声材料，可以提高吸声效果。还可以用不同穿孔率的多孔板组成有不同空气层厚度的多层多孔板吸声结构，其吸声系数可达0.9，吸声频带也比较宽。
(4) 金属微孔板共振：用1mm以下厚度的金属板，穿许多直径1mm以下的微孔，穿孔率1%～3%，组成单层或双层的共振吸声结构(图4)，例如d₁＝d₂＝0.8mm,ρ=2%,ρ2=1%,D₁＝80mm,D₂＝120mm。金属微孔板共振结构有较高的吸声效果，但加工较复杂。
吸声主要用于降低室内混响噪声，对直接来自声源的直达噪声不起作用。 如1、2为吸声处理前后室内各种表面的平均吸声系数，吸声量(△L)可大致以下式表示：

通常△L可达6～10dB，以至15dB。
多孔吸声材料和共振吸声结构还可用于消声器(见“消声器”条)。

图4微孔板共振

吸声

声源发出的声波入射到一些多孔、透气或纤维性材料的界面时，一部分被反射，一部分则进入材料内，由此而引起材料的细孔、狭缝中的空气和纤维发生振动，因摩擦和粘滞阻力以及纤维的导热性能，使这部分声波的声能转化为热能而耗散掉的过程。这种材料或结构称为吸声材料或吸声结构。其吸声系数α为入射声能E入射和吸收掉的声能E吸收之比，数学表示式为：