第
31
卷第
5
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
31
No.5 2012
分层多孔材料吸声结构的性能分析
刘新金,刘建立,徐伯俊,高卫东
(江南大学纺织服装学院,无锡
214122)
摘
要:利用声波在分层介质中的传播方程,给出了由不同种吸声材料复合而成的多层吸声结构吸声系数的递推
计算公式。继而以由多孔吸声材料复合而成的双层吸声结构为基础,通过数值仿真,深入分析了内外层材料的厚度、孔隙
率、和微孔半径变化对吸声系数的影响。以导出的递推计算公式为基础,通过仿真实验研究了分层吸声结构的参数优化
设计。结果表明:由多孔材料复合而成的分层吸声结构具有良好的吸声效果,通过合理配置各层材料结构参数,可以在较
宽的频段上达到较为满意的吸声效果,从而为相应产品的开发提供了理论依据。
关键词:多孔吸声材料;吸声系数;分层吸声结构
中图分类号
THl13
文献标识码
A
Acoustic
analysis
for
a
sound-absorbing
structure
with
multi-Iayered
porous
material
LIU
Xin-
j;
仇
,
LIU
Ji
α
n-li
,
XU
Bo-jun ,
GAO
Wei-dong
(School
ofTextiles
and
Clothing
,
Jiangnan
University
,
Wuxi
214122
, China)
Abstract:
By
using the transmission equation of acoustic wave
in
a layered media, the recursive formula of
absorption coefficient of a multi-layered structure was derived. Then
, for a double-layer structure made of porous sound-
absorbing material
, the effect of acoustic parameters including thickness , porosity and pore radius of each layer on the
absorption coefficient was analyzed with numerical simulation. Based on the recursive formula
, parameter optimization of a
multi-layered sound-absorbing structure was investigated. It was shown that the multi-layered sound-absorbing structure
made
of
porous sound> absorbing material has good sound absorption capacity and can reach satisfactory sound absorption
level in a wider frequency range. The results provided a theoretical support for product design.
Key
words:
porous sound -absorbing material; absorption coefficient; multi -layered sound -absorbing structure
分层吸声结构,是由不同的吸声材料按照一定的
工艺参数复合而成,使得声波在吸声结构中逐层衰减,
以达到较好的吸声效果。近年来,随着人们对于噪音
污染的关注,对于工程吸声、会议室或者汽车、房间吸
声隔音的需求,吸声材料的研究越来越受到人们的重
视
1
-
2_
对于多层吸声结构中声音传播的理论研究也
取得了丰硕的成果,
4
- 6
J
但是对于多层吸声结构的分
析设计、参数优化等问题研究较少
L7J
多孔材料作为
工程吸声、降噪产品己广泛应用,但在实际应用中多采
用单层或者与其他硬质穿孔板或者空腔复合使
用~
1 - 3
J
。基于此,本文利用声波在分层介质中的传播
方程,给出了由不同吸声材料复合而成的多层吸声结
构吸声系数的递推计算公式,并以多孔吸声材料复合
而成的双层吸声结构为基础,结合导出的吸声系数递
推计算公式,通过数值仿真,深入分析了各层材料的厚
基金项目·中央高校基本科研业务费专项资金资助
(JUSR
P2
1104
)
收稿
1
1;切
2010
-
12
… 29
修改稿1/立到日期
:2011
一
01
-10
第品作省刘新余男,
M+
,训师,
1984
年生
度、孔隙率、和微孔半径参数对分层吸声结构吸声性能
的影响。为多层多孔材料吸声体的优化设计提供了理
论依据。
1
多孔材料吸声机理
在多孔材料中含有大量超细小微孔和间隙,或被
称为毛细管结构,两者间充满空气。按照惠更斯原理,
当声音由空气中传人多孔材料时,微孔和间隙中的空
气是声波传播的介质,而在水等其他介质中则不同,要
区别硬骨悟和软骨髓
'1
。一,本文仅考虑空气中的情形
c
当声波垂直人射到多孔材料表面时一部分由材料表
面反射,另外一部分则通过与外界通透的毛细管透射
到材料内部。进入材料内声波的振动引起毛细管内空
气的剧烈运动,使其与孔壁摩擦。在摩擦和教滞力作
用下,部分声能转化为热能,从而使声波衰减,使得反
射声能减弱以达到吸声效果。另外,毛细管中的空气
和孔壁与材料之间的热交换引起热量损失,也造成声
能衰减。因此,多孔材料的吸声效果是空气的教滞力
和摩擦力,以及毛细管间空气与材料之间的热传导综