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    新型鋁合金天花吊頂材料的開發研制

    更新日期:2016年7月10日 大字 小字
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        1. 吊頂聲學裝飾材料的開發思路
        傳統的吊頂裝飾材料如條形鋁天花、鋁合金方通(垂片)、鋁合金掛片,無論材料的裝飾性能還是安裝工藝等均比較成熟,如果在該基礎上增加吸聲性能,就可成為一種比較好的聲學裝飾材料。在傳統的條形天花、鋁合金方通(垂片)上加工超微孔,利用微穿孔板共振吸聲原理,可以很好地保持原有材料的裝飾效果,同時增加了吸聲性能。
        經過多年來的努力攻關,采用先進的高精度小孔加工工藝,在鋁合金基材上加工超微孔(直徑從 Φ0.1mm~Φ0.3mm 大小不等),在吸聲材料選取和微穿孔加工技術上均取得了重大成就。由各種超微孔基材采用不同方式的組合成為系列化的產品,其材料優點就是使用性能穩定,不會產生二次污染,能重復利用,成為集裝飾、吸聲、環保為一體的新型吸聲環保材料。

        2. 超微孔的聲學原理
        超微穿孔吸聲結構是根據馬大猷院士的“微穿孔板共振吸聲理論”研制而成的,并得到了他的指導。
        當聲波入射到微穿孔板表面時,微孔孔頸中的氣體在聲波的壓力下往返做活塞運動,運動氣體有一定的質量,它在抗拒由于聲波引起的氣體運動速度變化時,產生了一部分能量損耗;同時聲波進入微孔時,由于孔頸壁的摩擦和阻尼,又使一部分聲能轉化為熱能而消耗掉,或者轉化為振動能沿微穿孔板(結構)傳遞轉移,聲能轉化為熱能。
        由于超微穿孔吸聲結構聲阻很大,聲質量很小,故超微孔板(膜)吸聲結構的吸聲頻帶很寬。如超微孔吸聲板(結構)的孔徑達到 0.3mm以下,吸聲性能在保留原微穿孔板共振吸聲結構優越聲學性能的基礎上,其吸聲系數和吸聲頻帶寬度又會有新的提高。

        3. 超微孔吊頂材料的聲學特點
        超微孔吸聲垂片腔板表面的超微孔孔徑很小,孔數很多,利用小孔聲阻大、聲質量小的優點,使吸聲垂片的吸聲頻帶變寬。當室內噪聲射入該超微孔腔板時,除該超微孔腔板迎聲面板上的超微孔具有很好的共振吸聲作用外,其內壁上設置的帶超微孔的吸聲尖劈或吸聲斜片將改變透過迎聲面板的噪聲反射角度,使噪聲在超微孔腔板內部形成多次反射,一部分由迎聲面板上的超微孔反復吸收,另一部分由其吸聲尖劈的超微孔共振結構反復吸收,使噪聲聲能密度大大衰減,從而提高了腔體裝置的吸聲系數;內壁超微孔吸聲尖劈或吸聲斜片與面板成角度設置,則內壁超微孔吸聲尖劈或吸聲斜片與超微孔吸聲體面板的距離不一致。根據微孔共振吸聲理論,穿孔板的共振頻率與板后空氣層深度的平方根成反比。所以超微孔面板與內壁超微孔吸聲尖劈或吸聲斜片之間不一致的空氣層厚度可以形成多個共振頻率,從而又加寬了吸聲頻帶的寬度。
        不同腔體深度復合微穿孔板結構的聲學特性相對復雜,該吸聲器由不同腔體深度的微穿孔板結構平行排列組成,如圖 1 所示。

        復合微穿孔板結構的相關參數為:d=0.5mm,t=0.5mm,D 1 =50mm,D 2 =100mm,D 3 =25mm。波導管內聲強分布及復合微穿孔板結構的吸聲系數如圖 2、圖3 所示。
        圖 2 為 f=430Hz、600Hz 和 860Hz 時波導管內的聲強分布。當f=430Hz 時,聲能主要流入腔體 2,腔體 2 發生共振將聲能消耗;當f=600Hz 和 860Hz 時,腔體 1 和腔體 3 發生共振。復合微穿孔板及其子微穿孔板的吸聲系數隨頻率變化的曲線如圖 3 所示。

        研究結果表明:當聲源頻率接近復合微穿孔板結構的某一共振頻率時,復合微穿孔板結構會發生局部共振,將聲能量消耗;與單層微穿孔板結構相比,不同腔體深度復合微穿孔板結構若要達到良好的吸聲特性,需要低聲阻,其共振頻率的偏移取決于內部共振器的相互作用;復合微穿孔板結構的吸聲性能會隨著腔體的寬度和排列順序的變化而變化。圖 4 為在中科院聲學所測量現場的照片。在中科院聲學所混響室進行的聲學檢測結果顯示,在 400Hz 頻率時吸聲系數達到 1.41,在500Hz 時達到 1.22,其降噪吸聲系數 NRC 達到 0.81(圖 5)。

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