吸声性

吸声性"是指吸声的性能。

声波通过某种介质或射到某介质表面时，声能减少或转换为其他能量的过程称为吸声。

吸声，对同一个空间，改变室内声场的特性。

吸声的主要作用: 是吸收室内的混响声,对直达声不起作用,也就是说吸声可提高音质,但对降噪能力效果不好;且吸声材料是以多孔、疏散的材质。

表征材料吸声性能的参数是吸声系数，即被材料吸收的声能与入射声能的比值。吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料。

常用的吸声材料:有玻璃棉、矿渣棉、卡普隆纤维、棉麻等植物纤维、泡沫微孔吸声砖等。雪也能吸声。

现代工业技术发展催生了对吸声材料的需求

现代工业技术的迅速发展带来了日益严重的噪声危害，为了降低各种机械设备产生的噪声污染，带有多孔吸声材料的消声器得到了广泛应用。但是在航空航天及国防武器装备等领域中，因其工作环境具有温差大、强腐蚀等特点，大多数多孔吸声材料将无法正常使用。

金属橡胶是一种性能优良的材料，能够满足一些恶劣条件下的吸声降噪需要，但如何提高金属橡胶的低频吸声性能是一个亟待解决的问题。

在本篇中，笔者将根据局域共振原理，设计一种金属橡胶复合材料，并通过对比试验分析讨论金属丝填充率、铅珠尺寸、铅珠填充率、背后空气层厚度等因素对金属橡胶复合材料低频吸声性能的影响。

试验材料

1.试验原料

表1 不同试样的组成及相关参数

2.金属橡胶复合材料

金属橡胶复合材料是一种以金属橡胶为骨架，酸性硅酮为基体，铅珠为局域共振散射体的复合材料，其宏观形貌见图1。

根据局域共振的设计思想，金属橡胶骨架的刚度需要保持在一个较低的水平，因此冲压过程中的成型力较小，这就使得复合材料在脱模时产生较大回弹量，导致内部出现大量的孔隙。

图1 金属橡胶复合材料宏观形貌

3.试验方法

使用AWA6290+T型传递函数吸声系数测量系统，根据GB/T 18696.1-2004《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量》进行测试。

图2 阻抗管结构简图

在试验过程中，将试样装在阻抗管的一侧。管中的平面波由无规则噪声声源产生，阻抗管结构简图如图2所示。在靠近试样的两个位置上测声压，求得两个传声器信号的声传递函数，并通过此函数计算相应的法向吸声系数和声阻抗率。

试验结果与讨论

不同材料的低频吸声性能

由图3可知：在50-1000Hz的测试范围内，金属橡胶（试样1）的吸声系数随声波频率的升高而缓慢增大，但始终在0.2以下；随着声波频率的升高，金属橡胶复合材料（试样2）的吸声系数先增大后减小，当声波频率为500Hz时，吸声系数就达到了0.5，声波频率为800Hz处达到吸声峰值0.998，随后吸声系数降低。

图3 不同试样的吸声系数曲线

可见，金属橡胶复合材料在低频范围的吸声性能大大高于普通金属橡胶的。

金属丝填充率对低频吸声性能的影响

由图4可知：在50~100Hz范围内，试样3，4，5的吸声系数随金属丝填充率的增大而降低，且试样3的吸声曲线吸声峰位于低频区域，因此降低金属丝的填充率可以提高材料的低频吸声性能。

图4 不同金属丝填充率下复合材料吸声系数曲线

铅珠直径对低频吸声性能的影响

由图5可知：在50~100Hz范围内，试样3，6，7的吸声系数随铅珠直径的减小而降低，且试样3的吸声曲线吸声峰位于低频区域，因此增大铅珠的直径可以提高材料的低频吸声性能。

图5 不同铅珠直径下复合材料的吸声系数曲线

铅珠填充率对低频吸声性能的影响

由图6可知：在50~100Hz范围内，试样3，8，9的吸声系数随铅珠填充率的降低而降低，且试样3的吸声系数曲线的吸声峰位于低频区域。

图6 不同铅珠填充率下复合材料的吸声系数曲线

背衬对低频吸声性能的影响

由图7可知，随着试样背后空气层厚度的增大，吸声系数曲线的吸声峰有明显向低频方向移动的趋势。因此，增加背后空气层的厚度有利于降低复合材料吸声结构的共振吸声频率。

图7 不同背后空气层厚度下复合材料的吸声系数曲线

结论

（1）基于局域共振原理，设计了一种以金属橡胶为骨架、酸性硅酮为基体、以铅珠为声散射体的金属橡胶复合材料，实现了对金属橡胶材料低频（1000Hz以下）吸声性能。

（2）通过降低金属丝的填充率、增大铅珠的直径和增加铅珠的填充率均能够提高金属橡胶复合材料的低频吸声性能。

（3）增加背后空气层的厚度有利于降低复合材料吸声结构的共振吸声频率。

节选自：《机械工程材料》 Vol.41 2017.7

作 者：李拓，博士研究生，军械工程学院

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