驻波管法分析吸附层对材料吸声性能的影响【毕业论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）驻波管法分析吸附层对材料吸声性能的影响所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 1摘要随着现代工业和交通运输事业的快速发展以及人类对环保意识的增强,人们对声音环境的要求也越来越高,噪声污染问题已成为世界性难题。噪声不仅危害人的听觉系统，使人疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物、机械结构等的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命。研制出高性能的吸声降噪材料逐渐演变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展所急需解决的重要课题,吸声降噪新材料的结构、声学特性及其应用也已成为当今社会研究与关注的重点。吸声材料的研究与应用无论对于声音的吸收还是噪声污

2、染的治理都具有十分重要的意义。此次论文通过了解测量材料吸声系数的原理，进而对驻波声速仪测定材料的方法进行合理优化设计，用驻波声速仪间接测量材料的吸声系数，通过贝壳和油漆两种材料对泡沫的吸附来模拟海洋中生物对吸附层的影响从而来得出吸附层对材料的吸声性能的影响。通过实验结果得知：贝壳吸附、油漆吸附和空白吸附的泡沫材料在频率为 200Hz 到 2000Hz 之间吸声系数都是呈现先逐渐变小到一个极小值然后又逐渐变大的趋势，而且都是两端变化明显，幅度较陡的状态，相对而言，贝壳吸附和油漆吸附的泡沫材料所呈现的曲线走势比较接近，但是从总体上来看贝壳吸附的泡沫材料还是比油漆吸附的泡沫材料的吸声系数略大一些，然

3、而，空白吸附的泡沫材料在频率为 200Hz 到大约为 230Hz之间的吸声系数却要比贝壳吸附和油漆吸附高的多，但之后到 2000Hz 之间却要比前两种材料的吸声系数都低一些。关键词：驻波管法；吸声材料；贝壳吸附；油漆吸附；泡沫IStanding wave tube method to analyse adsorption layers influence on the sound absorption properties of materialsAbstract:With the development of modern industry and transportation busine

4、ss and the rapid development of the mankind to strengthening of environmental protection consciousness, people to sound environmental requirements are increasingly high, noise pollution problem has become a worldwide problem. Noise is not only harm the human auditory system, make the person tired, d

5、eaf, but also will accelerate buildings, mechanical structure of aging, affect equipment and instrumentation precision and service life. Developed high-performance sound-absorbing material gradually evolved into a noise on high-technology, the environment and human coordination development solved ur

6、gently important topic, sound-absorbing noise reduction of the new material structure, acoustic characteristics and applications has become todays social studies and the focus of concern. Research and application of sound absorption materials is of great significance no matter for sound absorption,

7、or for the control of noise pollution. This thesis gets through understanding the principle of measurement material of sound absorption coefficient, and then build a reasonable optimal design on the method of using standing wave velocity equipment to measure the material, use standing wave velocity

8、equipment to measure the materials sound absorption coefficient indirectly. measurement of the speed of sound standing wave absorption coefficient of the material, through the shells and paint two materials adsorption on bubbles to simulate organisms in the ocean influence on adsorption layer, then

9、come out adsorption layers influence on the absorption properties for material.The experiment results show that: the sound absorption coefficient between 200Hz to 2000Hz for foam material of shell adsorption, paint adsorption and blank adsorption foam adsorption is becoming smaller to a minimum grad

10、ually firstly, then gradually become larger trend, and all change is evident at both ends, ranging from the state of steep, relatively, the curve trend showed by the foam material of shells and paint absorption is rather close, but in general terms, the sound absorption coefficient for the foam mate

11、rial of the shells absorption is a little larger than the paint absorptions, however, as to the frequency between 200Hz and 230Hz aroundly IIfor sound absorption coefficient, the foam material of blank adsorption is much higher than the shells absorption and paint absorption, but the sound absorptio

12、n coefficient will be both lower than the fomer two material when it reached among 2000Hz.Key words: Standing wave tube ；MaterialsAcoustic ；Shells adsorption ；Paint adsorption ；Foam目 录摘要 .1Abstract:.I引言 .11 吸声材料 .21.1 吸声材料的吸声机理 .21.2 泡沫材料吸声性能的测量 .21.3 国内外吸声材料的研究动态 .21.4 泡沫吸声材料的研究 .31.4.1 泡沫金属吸声材料 .3

13、1.4.2 泡沫玻璃吸声材料 .41.4.3 泡沫塑料吸声材料 .42 方法 .52.1 吸声原理 .52.1.1 驻波管法吸声原理 .52.2 实验材料 .62.2.1 泡沫材料 .62.2.2 实验器材及处理 .72.3 吸声系数的测量 .82.3.1 驻波管法 .82.3.2 测量步骤 .82.3.3 实验数据及处理 .83 研究结果与分析 .93.1 贝壳吸附泡沫的吸声系数 .93.2 油漆吸附泡沫的吸声系数 .103.3 空白吸附泡沫的吸声系数 .113.4 不同频率不同电压下贝壳吸附、油漆吸附、空白吸附的吸声系数 .123.5 不同频率相同电压下贝壳吸附、油漆吸附、空白吸附的吸声系

14、数 .134.实验结果分析与讨论 .14参考文献 .15附录 1（英文原文） .16附录 2（中文译文） .22致 谢 .301引言使用吸声材料是一种重要的噪声控制方法，同时它还是一种控制室内音质的重要方法。已经有越来越多的设计工作者，工程师或者研究者在这方面进行研究设计，一个好的剧院、会议室，电影院、桥梁等建筑物，除了考虑到结构强度、建筑美学等方面的各种因素外，还必须具有良好的音质条件，以达到完美的音效，所谓良好的音质条件指的是，对于音乐和语言来说要有良好的听闻条件和足够低的噪声水平。一般来说，室内音质条件除了与它的空间形状和几何尺寸有关外，在很大程度上还取决于建筑物墙壁和室内物品对声音的吸

15、收程度，绝大多数物体对声音都有或多或少的吸声作用，但为了更好地达到良好的音质，时常需要采用以吸声为主的吸声材料。例如在工程实践中，首先要测定备选声学材料的吸声系数，然后根据厅堂功能，结合室内空间形状、体积和表面积计算出要达到理想音质所需要的吸声量，最后在设计要求指导下铺设合乎要求的吸声材料，由此可见，吸声系数作为一个描述吸声材料吸声性能的物理量，它已经被人们定义为测量和选择吸声材料的一个重要标准指标了。吸声材料的研究与应用无论对于声音的吸收还是噪声污染的治理都具有十分重要的意义。而且随着现代工业和交通运输事业的快速发展以及人类对环保意识的增强,人们对声音环境的要求也越来越高,噪声污染问题已成为

16、世界性难题。吸声降噪新材料的结构、声学特性及其应用是一个涉及多学科交叉的重要课题，也已成为当今社会研究与关注的重点。噪声控制问题逐渐引起各国政府和科技工作者的重视,目前主要的解决办法是采用吸声材料进行吸声降噪处理。研制出高性能的吸声降噪材料逐渐演变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决的重要课题。因此，如何在研究新材料、新工艺、新结构等方面，特别是在如何利用新型构造形式来最大限度地发挥吸声材料的吸声性能，由此设计出适合各种场合需求的新结构，新材料将是未来吸声材料发展的一大趋势。21 世纪是海洋战略的时代，因此，无论是对周边海洋环境还是深海环境的噪声控制都是战略的一部分，也越来越被各国

17、重视，本课题就是通过贝壳和油漆两种吸附材料设计成实验并用驻波声速仪间接测量材料的吸声系数，通过此实验来模拟海洋生物对海洋吸附层的影响来得出吸附层对吸声吸系数的影响，从而找出某一条件下某种吸附材料的最大吸声系数，或者是一种吸声系数高的吸附材料，来减少或是彻底解决海洋噪声对海洋生物或是海洋周边居民的的噪声影响，达到一个低噪声或是无噪声的和谐环境。21 吸声材料1.1 吸声材料的吸声机理通常材料内部具有无数细微孔隙,孔隙间彼此贯通,并且通过表面与外界相通,因此当声波入射到材料表面时,一部分在材料表面被反射掉, 另一部分则透入到材料内部向前传播。在传播过程中,声波引起孔隙的空气运动,与形成孔壁的固体筋

18、络发生摩擦,由于粘滞性和热传导效应,将声能转变为热能而不断耗散掉。其次,小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失也可以使声能衰减。声波在刚性壁面反射后,经过材料回到其表面时,一部分声波透射到空气中,一部分又反射回材料内部,声波通过这种反复传播,使能量不断转换耗散,如此反复,直到平衡,由此使材料“ 吸收”了部分声能。另外,高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快,空气与孔壁的热交换也加快。这就使多孔材料具有良好的高频吸声性 1。1.2 泡沫材料吸声性能的测量泡沫吸声材料的研究已经涉及到金属材料、高分子材料、无机材料和有机无机复合材料，它们各具特色和实用价值。在实际工程中 ,材料吸声性能的

19、测量主要有混响室法和驻波管法两种。本课题尝试用驻波声速仪间接测定泡沫材料吸声系数。用该方法测量的吸声系数表明影响微穿孔复合材料吸声板吸声效果的主要因素是穿孔板的穿孔率, 并且与穿孔孔径的大小密切相关。1.3 国内外吸声材料的研究动态按吸声机理的差异，吸声体可分为多孔吸声材料和共振吸声结构两大类。我国目前研究和生产的这类材料可分为这几大类：（1）有机纤维材料。它是指使用棉、麻等植物纤维及木质纤维制品所制造的吸声材料。其优点是成本较其它材料低，然而它的防火、防蛀和防潮性能差，而且还受安装条件、使用环境、不安全等各种因素的限制。另外，Vijayanand 2等也对纺织类纤维在超高频声波的的条件下对吸

20、声性能进行了研究，结果证实在超高频声波场中，这种纤维材料基本上没有任何的吸声作用。以此种种的不利因素，因此使得该类型的材料逐渐退出市场。（2）无机纤维材料。这种材料是继有机纤维材料的各种缺点后进行试验而发展起来的一种新型吸声材料。主要有玻璃丝、玻璃棉、岩棉和矿渣棉及其制品。中国科学院声学研究所的刘克和北京市劳动保护科学研究所的丁辉便对此方面进行了研究 3。华南理工大学的粥曦亚和凡波 4就从各方面分析了无机纤维材料的优点，比如像矿渣棉耐高温、导热系数小、防火；超细玻璃棉具有不燃、耐蚀、抗冻、隔热等优点。可是其也有许多不足之处，例如在施工安装的过程中容易折断形成粉尘散逸而污染环境、体积大，不利于运

21、输等。因此之后便又出现了另一种被称作第二代智能泡沫具有很好的吸声性能的吸声材料。（3）泡沫材料。根据泡沫孔形式的不同，可分为开孔型和闭孔型泡沫材料 5-7。前者的泡沫孔是相互连通的，属于吸声泡沫材料类型。如3吸声泡沫塑料、吸声泡沫玻璃等等。后者的泡沫孔是封闭的，泡沫孔之间是相互不通的，而且它的吸声性能很差，属于保温隔热材料。如聚苯乙烯泡沫、普通泡沫混凝土等等。泡沫金属这方面研究最多的应属泡沫铝。早前对这方面的研究比如山东工程学院的赵增典，张勇，苗汇静就对这方面进行过研究 8。李献伟 9引入声学参数理论公式研究的金属纤维的吸声特性，计算该材料的吸收系数,因为它具有较好的吸声性能，因此被看做是一种

22、性能优异的吸声材料。而泡沫玻璃 10、泡沫塑料 11等各方面的研究也是许多研究人员所热衷的。这类材料同样具有密度小、导热系数小、材质柔软等优点。其缺点就是易老化，耐火性差。（4）吸声金属材料。这种材料包括金属纤维材料和金属橡胶材料等等。金属橡胶这方面，哈尔滨工业大学机电工程学院的姜洪源，武国启，萨马拉国立航空航天大学的耶.阿.伊兹儒勒夫 12就运用声学特性参数理论计算式，研究了金属橡胶材料结构常数和压缩模量，表明相同平均空隙直径金属橡胶材料具有相同的结构常数值，建立了金属橡胶材料吸声特性的理论模型及经验公式与试验材料结构相符。（5）吸声建筑材料。它包括具有微孔的泡沫吸声砖、膨胀珍珠岩、泡沫混凝

23、土等材料，其中典型的多孔陶瓷吸声材料也属于吸声建筑材料。景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院的朱华清和梁华银 13便从有机掺杂修饰对泡沫陶瓷吸声性能的影响机理出发，提出对泡沫陶瓷进行有机材料掺杂修饰，增强其粘滞吸收、弛豫吸收和热传导功能，提高对声能的吸收及转化效率以此来提高吸收系数。（6）水下吸声材料。水下吸声材料也是最近几年才流行起来的一种新兴吸声材料，其常用于水下航行体表面, 橡胶类和聚氨酯类粘弹性高分子材料因其独特的分子结构和可设计性得到广泛应用。北京玻钢院复合材料有限公司的冯彩梅，许伟，中国电波传播研究的郭伟 14,西安建筑科技大学材料科学与工程学院及西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点

24、实验室的石云霞，以及西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室的奚正平，汤慧萍，朱纪磊，王建永，敖庆波 15都对其发展做了许多研究和总结。在海军工程大学船舶与动力学院的李浩，朱锡，海军上海保障基地装备技术质量监测站的杨国才 16的聚氨酯水声吸声材料的体系探讨及其吸声结构的研究进展一文中从水下吸声结构的主要形式出发,分析了聚氨酯吸声材料的阻尼吸声机理,从而探讨了聚氨酯水声吸声材料的体系,，得出两点：第一点是TD I和相对分子质量为2000的聚醚二醇可以作为聚氨酯水声材料的合成原料;第二点是在聚氨酯材料中支链的设计与引入或引入其它组分形成IPN结构都可以进一步提高材料的吸声性能。国外也一直有许多

25、学者致力于材料吸声系数这方面的研究。Bolton J S,Yun R J,Pope J 发明了一种密封材料 17。这种材料可以用来减少风，道路，噪音，控制汽车的噪声。南非开普敦斯坦交通技术大学电子工程部门声学实验室的金简金斯，埃罗尔范阿姆斯特丹超细多孔沥青在减少噪音生产方面进行了研究 18。 LEEYY,LEEEW M,NG CF.对微穿孔板的吸声系数进行研究 19。他们利用实体模型(Full-Scale Model)、边界元对比研究此种声屏障与等高度的普通方形声屏障的插入损失，表明在 1000Hz 频段(交通噪声中心频率)，前者的声衰减比后者高 10dB。CHEN Wenhwa,LEE Fa

26、nching,CHIANG Danming 对多孔材料吸声系数进行研究 20。41.4 泡沫吸声材料的研究1.4.1 泡沫金属吸声材料泡沫金属是一种新型材料,经过发泡处理在其内部形成大量的气泡,这些气泡分布在连续的金属相中构成孔隙结构,所以泡沫金属强度大、导热性好、耐高温，而这些特性也与阻尼性、隔离性、绝缘性、消声减震性等有机结合在一起。我国对泡沫金属的研制始于80 年代，现在对改善泡沫金属性能方面进行了研究,各国都投入了大量的人力物力。目前泡沫金属研究已经涉及到包括Al 、Ni 、Cu 、 Mg等在内的多种金属 ,其中研究最多的是泡沫铝及其合金 510 ，对于泡沫金属材料,泡沫铝的发展应该最

27、引起人们注意的。山东工程学院的赵增典，张勇，苗汇静就对这方面进行过研究 8。他们对低压渗流制备方法进行了改进, 并对制备的样品用驻波管法进行了吸声系数的测定。结果显示, 样品随孔径的减小、空隙率增大的情况下, 综合吸声系数呈现增大的趋势。而且泡沫铝不仅在高频区保持了良好的吸声性能,而且在中频、低频区也具有较好的吸声性能，是一种性能优异的吸声材料。泡沫铝与常用的玻璃棉、石棉等材料相比还具有抗老化性好、耐热性好，适宜的强度，遇火不挥发有毒或有害气体，不吸湿等特点，因此，有着广阔的应有前景。而且最近几年国内也有许多人对泡沫铝的水下声吸收特性及影响因素进行了研究 14,发现泡沫铝同时具有较好的水声吸声

28、性能, 并且分析了孔径、孔隙率、厚度对吸声性能的影响。然而由于其仍然拥有金属的特性,故它在耐水性、耐候性、耐腐蚀性方面不如吸声建筑材料。1.4.2 泡沫玻璃吸声材料泡沫玻璃 10是以玻璃粉为原料,加入发泡剂及其它掺加剂经高温焙烧而成的轻质块状材料, 其孔隙率可达85%以上。按照材料内部气孔的形态可分为开孔和闭孔两种,闭孔泡沫玻璃作为隔热保温材料,开孔的作为吸声材料。泡沫玻璃因为具有质轻、不燃、不腐、不易老化、无气味、受潮甚至吸水后不变形、易于切割加工、施工方便和不会产生纤维粉尘环境污染等优点。所以它可以做成各种颜色的室内装饰材料,与常用的玻璃棉、岩棉及矿渣棉等纤维吸声材料相比,其外表不需要再加装饰穿孔护面板。并且利用其良好的耐水和抗老化性能,可用在潮湿环境和风吹雨淋的露天条件下,如游泳馆、地铁、道路声屏障等。同时,泡沫玻璃不会产生纤维粉尘,因此他非常适合于要求洁净环境的通风和空调系统。1.4.3 泡沫塑料吸声材料目前实际应用的主要是聚氨酯和聚苯乙烯泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料(PUF)是一种新型系列化吸声材料，按照气孔形式不同，分为闭孔型和开孔型两类。闭孔聚氨酯泡沫主要用于隔热保温，开孔的则用于吸声。聚氨酯泡沫塑料无臭、透气、气泡均匀、耐老化、抗有机溶剂侵蚀，对金属、木材、玻璃、砖石、纤维等有很强的粘合性。特别是硬质聚氨酯泡沫塑料还具有很高的结构