Разработка пористых звукопоглощающих материалов

1. История звукопоглощающих материалов

Люди давно поняли, что ткани могут эффективно блокировать звук, поэтому с доисторических до египетских и даже римских времен люди использовали ткани, тростник, сено и т. Д. В качестве звукопоглощающих материалов для устранения эха и сопротивления шуму, заставляя людей чувствовать себя более комфортно. Эти материалы, по сути, являются органическими волокнистыми материалами, и крошечные промежутки между ними делают их естественными звукопоглощающими материалами, а органические волокна звукопоглощающие материалы все еще играют свою роль по сей день.

В древности многие страны и народы добились больших успехов в акустических исследованиях и накопили большой опыт, но исследования звукопоглощающих материалов всегда были ограничены. Научные исследования звукопоглощающих материалов тесно связаны с теорией акустического дизайна интерьера. Наконец, в 1898 году В.C. Сабин основал теорию реверберации и указал, что звукопоглощение играет решающую роль в реверберации помещения, а развитие звукопоглощающих материалов вступило в новую эру.

С 1910 по 1915 год он работал с компанией, сначала разрабатывая пористую керамику, а затем пористый кирпич для церкви Святого Томаса и церкви Риверсайд в Нью-Йорке. Чтобы «максимизировать мягкость и богатство звучания органа», он предложил использовать войлочные и проволочные доски толщиной 1 дюйм, расположенные на расстоянии 1/4 дюйма друг от друга в музыкальной комнате; чтобы поглотить низкие частоты, он предложил использовать очень тонкую внутреннюю облицовку из дерева толщиной 1 дюйм пространства. Можно сказать, что он заложил основу для современных исследований акустики помещений.

Акустика моей страны началась в 1929 году. После того, как профессор Ма Даю основал в 1957 году Исследовательскую лабораторию акустики, исследования в области акустики в моей стране достигли существенного прогресса. Под руководством профессора Ма Даю моя страна предложила теорию микроперфорированного звукопоглощающего тела и разработала глушитель с небольшим отверстием для эффективного снижения шума воздушного потока. И установил закон давления шума воздушного потока. Она заложила прочную основу для развития акустики в моей стране.

В 1950-х годах люди начали изучать психологию звука. От эффекта Хааса в 1951 году, бинаурального слуха в конце 1960-х годов

Исходя из концепции и таких показателей, как ясность и бинауральный коэффициент корреляции IACC, предложенных в 1970-х годах, эти теории обеспечивают надежную теоретическую поддержку точного расположения звукопоглощающих материалов. В этот период исследования звукопоглощающих материалов стали глубокими и тщательными. Изучение звукопоглощающих материалов также включает в себя другие свойства, помимо звуковых характеристик. Такие факторы, как механические, тепловые и оптические свойства материалов, влагостойкость, огнестойкость, техническое обслуживание, конструкционные и художественные эффекты материалов, а также выбор и место установки звукопоглощающих материалов постепенно становятся все более точными. В театральном дизайне зрители также детально изучаются как большой звукопоглотитель.

По звуковым характеристикам сыпучих и пористых материалов люди создали звукопоглощающие материалы, а именно пористые звукопоглощающие материалы. Пористые материалы являются наиболее широко используемыми звукопоглощающими материалами в настоящее время. К его типам относятся неорганические и органические волокнистые пористые звукопоглощающие материалы. материалы, пеноподобные пористые звукопоглощающие материалы, гранулированные пористые звукопоглощающие материалы и т.д. С развитием и инновациями в области акустики и технологий, целенаправленными исследованиями акустических работников и развитием рынка появятся новые пористые звукопоглощающие материалы. В настоящее время пористые звукопоглощающие материалы широко используются в конференц-залах, концертных залах, аудиториях и других зданиях с высокими требованиями к звуку.

2. Принцип использования пористых звукопоглощающих материалов

Так называемый пористый звукопоглощающий материал заключается в том, что этот тип материала состоит из твердых ребер и микропор или зазоров. Пористые звукопоглощающие материалы имеют большое количество взаимосвязанных микропор или зазоров, а поры небольшие и равномерно распределены внутри материала, открываясь наружу и уходя глубоко внутрь материала. Механизм звукопоглощения заключается в том, что когда звуковая волна падает на поверхность материала, часть ее отражается на поверхности материала, а другая часть проникает внутрь материала и распространяется вперед. Трение происходит о стенку ребра или отверстия, а звуковая энергия преобразуется в тепловую энергию и рассеивается за счет вязкости и эффекта теплопроводности. После того, как звуковая волна отражается на жесткой стене, когда она проходит через материал и возвращается на поверхность, часть звуковой волны передается в воздух, а часть звуковой волны отражается обратно в материал. Заставляет материал поглощать часть звуковой энергии. Высокочастотные звуковые волны могут ускорять вибрацию частиц воздуха в зазоре, а также ускоряется теплообмен между воздухом и стенкой отверстия. Это делает пористый материал хорошими высокочастотными звукопоглощающими свойствами.

3. Классификация пористых звукопоглощающих материалов

Пористые звукопоглощающие материалы обладают лучшими звукопоглощающими эффектами и являются наиболее часто используемыми звукопоглощающими материалами. Первоначально эти материалы были в основном органическими материалами, такими как конопля и хлопок, а теперь это в основном стекловата и минеральная вата.

3.1 Волокнистые материалы

Волокнистые материалы в основном делятся на органические волоконные звукопоглощающие материалы и неорганические волокнистые звукопоглощающие материалы в соответствии с их физическими свойствами и внешним видом.

3.1.1 Органические волокнистые материалы

Традиционные органические волокна звукопоглощающие материалы обладают хорошими звукопоглощающими свойствами в диапазоне средних и высоких частот и условно делятся на волокна животных и растительные волокна. Материалы из волокна животных в основном включают войлок и чистый шерстяной ковер, которые характеризуются хорошими звукопоглощающими характеристиками и великолепным эффектом декорирования, но являются дорогими и редко используются. Растительные волокнистые материалы, такие как органические натуральные волокнистые материалы, такие как древесноволокнистая плита сахарного тростника, древесноволокнистая плита, цементная древесноволокнистая плита и химические волокнистые материалы, такие как акрилонитриловое волокно, полиэфирное волокно, меламин и т. Д., Но эти материалы имеют плохую огнестойкость, коррозионную стойкость и влагостойкость. , применение ограничено условиями окружающей среды.

3.1.2 Неорганические волокнистые материалы

К неорганическим волокнистым материалам в основном относятся минеральная вата, стекловата, шлаковая вата и алюминиевая силикатная волокнистая вата и др. Благодаря их хорошим звукопоглощающим характеристикам, легкому весу, отсутствию моли, отсутствию гнили, отсутствию горения, старению и т. Д., Они постепенно заменили традиционные натуральные волокнистые звукопоглощающие материалы, широко используемые в акустической технике. Однако, поскольку волокно хрупкое и его легко сломать, полученный порошок волокна будет летать в воздухе, а образовавшаяся пыль будет чесать кожу, загрязнять окружающую среду и влиять на дыхание, что является его недостатком при применении. По сравнению с синтетическими органическими волокнами, стеклянные волокна и натуральные волокна нелегко выдерживают, что раньше было преимуществом характеристик стекловолокна, но с точки зрения защиты окружающей среды материал нелегко разлагать, так что он в конечном итоге станет твердыми отходами. вторичное загрязнение окружающей среды.

3.2 Пенопластовый материал

Пеноматериалы в основном включают пенопласт риса, пенополиуретан, пеностекло и газобетон. Согласно различным клеточным формам пенопластовых материалов, его можно разделить на закрытые ячейки, открытые ячейки и полуоткрытые ячейки. Пены с закрытыми ячейками называются пенами с закрытыми ячейками, те, которые соединены друг с другом, называются пенами с открытыми ячейками, а те, которые одновременно связаны и закрыты, являются полуоткрытыми пенами.

3.2.1 Пены с закрытыми ячейками

Металлический пенопластовый материал с закрытоячеистой структурой представлен вспененным алюминием с закрытыми ячейками. Коэффициент звукопоглощения вспененного алюминия с закрытыми ячейками относительно низок, поскольку звуковым волнам трудно достичь внутренней части пор и взаимодействовать с ней. Есть только некоторые трещины и микропоры. Его нельзя использовать в качестве хорошего звукопоглощающего материала.

3.2.2 Полуоткрытые пены

Полуоткрытая алюминиевая пена может быть получена путем инфильтрации под высоким давлением, и во время ее приготовления ожидаемая связь пор может быть достигнута путем контроля параметров подготовки.

3.2.3 Пены с открытыми ячейками

Пористость и форму пор можно контролировать, контролируя форму и размер частиц, и можно изготавливать материалы с высокой пористостью. Поскольку пеноматериал с открытыми ячейками имеет сложную структуру канала и грубые внутренние пустоты, он обладает высоким сопротивлением потоку, поэтому пены с открытыми ячейками имеют высокое сопротивление потоку. Общие показатели звукопоглощения ячеистой алюминиевой пены намного лучше, чем у закрытых ячеек.

3.3 Твердые материалы

Гранулированные материалы в основном делятся на блоки и плиты. Блоки в основном включают шлаковые звукопоглощающие кирпичи, вспученные перлитовые звукопоглощающие кирпичи и терракотовые звукопоглощающие кирпичи, которые в основном используются для глушителей с большими секциями кладки. В состав плиты в основном входит расширенная перлитовая звукопоглощающая декоративная доска, которая является легкой по весу, негорючей, теплосберегающей, теплоизоляционной и малопрочной. Тем не менее, звукопоглощающий эффект гранулированных материалов относительно плох, поэтому они обычно используются в случаях с высокими требованиями к влагостойкости и огнезащите.

3.4 Металлические материалы

Пористые звукопоглощающие материалы, произведенные с металлическим порошком в качестве сырья, являются новыми звукопоглощающими материалами, которые появились в последние годы, такими как металлические звукопоглощающие панели Carrom, произведенные в Японии. Его преимущество в том, что он имеет прочность металла, и его можно гнуть и резать простыми инструментами. Но большинство из этих материалов тонкие и должны полагаться на полость сзади.

4. Перспективы на будущее

Теперь, изучив взаимосвязь между формой поверхности звукопоглощающего материала и коэффициентом звукопоглощения, люди изобрели клиновидный пористый звукопоглощающий материал, который может улучшить звукопоглощение и потери передачи в определенной полосе. И волоконные звукопоглощающие материалы начали демонстрировать свою сильную жизнеспособность из-за их дешевизны, а звукопоглощающие материалы типа частиц также начали играть свои долговечные преимущества в специальных средах.

Чтобы заменить минеральные волокна звукопоглощающими материалами, которые вредны для здоровья, Германия впервые разработала микроперфорированную пластину, зеленую и эффективную резонансную звукопоглощающую структуру. Он имеет широкие перспективы применения в области контроля шума в промышленности, особенно в экстремальных условиях с высокой температурой, высокой интенсивностью звука или в специальных средах с высокими требованиями к чистоте, поэтому он также будет исследовательским направлением, которое будет продолжать развиваться в будущем, особенно расширение поглощения шума. Исследования акустической полосы пропускания и низкочастотного шума, использование различных материалов или микроперфорированных производных структур - гибкого пучка труб перфорированной пластины структуры звукопоглощения, а также разработка микроперфорированных пластин и структур в различных соотношениях окружающей среды

Например, в условиях высокой температуры, высокой интенсивности звука и других сред, он имеет широкий спектр перспектив применения.

С прогрессом общества люди предъявляют все более высокие требования к качеству звуковой среды. Один звукопоглощающий материал уже не может отвечать требованиям охраны окружающей среды и высокоэффективного звукопоглощения. Среди промышленных твердых отходов следует усилить исследования по подготовке звукопоглощающих материалов из сыпучих твердых отходов, таких как доменный шлак, летучая зола, угольная ганга, а также возможность получения в качестве сырья звукопоглощающих материалов из стального шлака, хвостохранилища, строительных отходов и т.д. , чтобы реализовать недорогую подготовку и промышленное применение звукопоглощающих материалов.

В будущем в центре внимания будут «экологически чистые» и «безопасные» акустические материалы. Эко-охрана окружающей среды и устойчивое развитие находятся в центре архитектурного обновления в новом столетии, а также являются основным предметом глобальных исследований в 21 веке. Производство звукопоглощающих материалов, которые безвредны для человеческого организма, могут быть переработаны и высокоэффективны, имеет хорошие перспективы применения. При этом следует обратить внимание и на эстетическое оформление изделия, чтобы звукопоглощающий материал был одновременно практичным и декоративным.