吸声降噪技术:6吸声护面层的透声性能

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大多数多孔性吸声材料表面较疏松并且易受外界侵蚀,整体强度性能也不够理想,在实际使用中往往需要在材料表面覆盖一层护面材料。护面对多孔性吸声材料的影响在前期技术分析吸声降噪技术:4 阻性(多孔性)吸声材料的特性中作了简单原理性介绍。

在本次分享中,我们将仔细跟大家分享护面材料对吸声性能的影响特征、验证,以及护面材料的选择判断依据。

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护面的类型及声学影响特征。


常用的多孔性吸声材料的护面材料包括覆面的羊毛毡、塑料膜和织物布,以及金属和非金属穿孔板等两大类。在前期分析中我们曾经说过:“要实现材料高的吸声性能,从声阻抗的角度来说,就是希望吸声材料表面声阻抗接近空气的特性阻抗。分析护面层对吸声性能的影响可以从材料加护面层后声阻抗的变化来进行。” 护面层一般也具有一定的声阻抗,在多孔性吸声材料加上护面层以后,护面层的声阻抗就会叠加在原来材料的声阻抗上,从而影响到材料的吸声性能。如果用我们上次跟大家分享的流阻参量来分析,就是护面层也具有一定的流阻,加上护面层后的吸声材料的总流阻就是护面层流阻与材料流阻的叠加。

护面材料在低频段会稍稍改善吸声性能,而在高频段将有影响吸声性能的风险。对于一般多孔性吸声材料,我们希望在增加覆面以及金属穿孔护面后(有时候覆面膜与金属穿孔板会同时使用),不影响材料原有的吸声性能。也就是说,入射到吸声结构表面的声波可以完全透过护面层,从而被护面层后面的吸声材料吸收。即护面是完全透声的,并用声透明(acoustic transparency)来描述护面层的透声特性。

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02

透声特性的检验测试方法。

2.1 消声室传声测试法

消声室传声测试如下图所示,扬声器向置于消声室另一角的传声器发射宽带噪声测试信号(通常使用粉红噪声),测试信号的频率范围必须包含所有关心的频率(尤其是高频部分)。将这种情况下传声器测得的声信号作为基础对比信号。然后再在扬声器到传声器的传递路径上加被测的护面材料(如穿孔钢板或纤维毡等)后再次进行同样的测试,将两次测量结果进行比较,就能获得护面材料的声衰减特性(或者透声特性)。

T. J. Shultz博士在担任著名的BBN公司的建筑声学部技术总监的时候,就是采用了这种方法对各种穿孔护面板的透声特性进行了测量,并获得护面板声衰减的变化趋势规律。

当被测护面材料与扬声器到传声器的连线成不同夹角时(图中给出了0°和45°的示例),就能测量出在不同角度情况下,穿孔护面板的透声特性。

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(图1 消声室传声测试原理图)

2.2 混响室比较法

混响室比较法的基本原理是在混响室中对具有高吸声性能的材料(一般建议选用32kg/m3容重的玻璃棉、80kg/m3容重的岩棉或者选用Basotect泡沫),对比测试加覆护面材料前后吸声系数来获得护面材料对吸声性能的影响。与混响法吸声测量的结果一样,混响室比较法检测出来的是护面材料在各个角度影响的综合结果,而不能象消声室法获得在特殊角度上的透声性能。

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(图2 混响室对比测试)

图3中给出采用混响室比较法,对几种护面材料的对比测试结果,可以看出有些护面材料在高频影响非常大,说明在高频的透声性能较差。

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(图3 不同穿孔板护面对吸声性能的影响)


2.3 驻波管比较法

与混响室比较法类似,我们也可以对加与不加护面前后的吸声材料在驻波管内进行测试,来检验护面材料对吸声性能的影响。下图中给出了用5cm厚的岩棉作为基材,在表面覆不同面密度的护面膜后对吸声性能的影响。可以发现,护面覆膜或布的面密度较高时,可以改善低频的吸声性能,但会对高频段的吸声产生影响。驻波管吸声测量的是垂直入射的吸声系数,因此,所检测到的护面材料的影响也仅仅是垂直入射条件下的。

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(图4 驻波管对比测量不同护面对吸声性能的影响)


2.4 盖板测试法

另外一种测试透声特性的方法主要用于检测发声源表面的护面对声源发声性能的影响,典型的如通用国际标准GMW 14128 Sound Transparency of Speaker Covering(扬声器盖板的透声性能检测)。这种检测方法的基本原理是通过测量在发声器件(如扬声器)辐射口上加保护罩盖前后的差异,来判断保护罩盖的透声性能。监测条件一般在消声室内进行,要求所使用的扬声器必须在所关心的频带内有良好的频率响应特性,测试信号采用宽带粉红噪声。测点可位于被测材料的不同方向上,以检测不同角度下罩盖的透声特性。

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(图5 盖板测试法的原理图)


参考文献:

1. Ingard, U. Perforated Facing and Sound Absorption J. Acoust. Soc. Amer., 26(2), 1954:151–154.

2. Jaouen, L. and Bécot, F. X. Acoustical characterization of perforated facings. J. Acoust. Soc. Amer., 129(3), 2011:1400–1406.

3. István, L. and Beranek, L. L. Noise and Vibration Control Engineering - Principles and Applications. John Wiley & Sons, 2nd Edition, 2006.

4. Bies, D. A. and Hansen, C. H. Engineering Noise Control-Theory and Practice. Spon Press, 4th Edition, 2009.



文章分类: 声学
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