纺织材料吸声性能测试与评价

范晓丹，李辉芹，巩继贤

(天津工业大学 纺织学院，天津 300387)

纺织材料吸声性能测试与评价

范晓丹，李辉芹，巩继贤

(天津工业大学 纺织学院，天津 300387)

吸声材料是降低噪声辐射的主要措施，合理选择吸声材料对吸声降噪具有非常重要的意义。衡量材料吸声性能的主要参数是吸声系数，因此实现其准确、快速的测量对声学材料研制、结构设计和优化有指导作用。对比分析了吸声性能测试的两种方法，介绍了阻抗管的吸声性能测试的各个测试指标，并在已有的吸声性能评价的方法的基础上，提出了一种新的评价方法。

吸声性能；阻抗管；评价方法

噪声容易使人感到耳鸣、心慌、烦躁，严重影响了人们的身体健康和生活质量[1]。随着人们健康意识增强，吸声材料的使用已经普及建筑、交通等各个领域[2-4]。吸声材料是降低噪声辐射的主要措施，合理选择吸声材料对吸声降噪具有非常重要的意义。衡量材料吸声性能的主要参数是吸声系数[5]，因此实现其准确、快速的测量，对声学材料的研制、结构设计和优化有指导作用。

吸声系数不仅与材质、密度、厚度等有关，也与频率有关，不同频率的吸声系数是存在差异的[6-7]。不同频带的吸声系数组成材料的吸声频率特性，它能比较全面准确地反映材料的吸声性能，同时也是声学设计计算必不可少的数据。

1 吸声性能的测试方法

GB/T 18696.1-2004《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量》提到，吸声性能的测试方法包括阻抗管法和混响室法[8-9]。阻抗管法[10-11]又称传递函数法，它是在阻抗管内完成的，可以测量声波在垂直入射条件下材料的吸声系数。该方法对两通道的声压信号进行处理，通过频域变换，实现在宽频声源激励条件下吸声系数的测量。但该方法的双通道传声器信号存在相位失配和相位畸变问题，测量结果容易产生误差，需进行校正，且双传声器的准确安装位置对于声阻抗率影响较大。混响室法[12]是在混响室内完成的，适用于声波无规入射条件下测量材料的吸声系数，所需工作空间和样品材料较大，测量结果更接近于实际应用情况。但缺点是对于同一种样品材料，不同混响室所得测得结果差别大，吸声系数测量结果不具有可比性。而且，吸声系数的大小随材料面积及其在室内位置的变化而变化，且这些材料在中高频段的吸声系数有可能大于1。本文参照国际和国家标准，归纳出每种方法的适用条件，如表1所示。

表1 吸声性能测试方法的对比

2 纺织材料吸声性能的测试

随着信号处理技术的发展，传递函数法的应用越来越广泛[13]。利用传递函数法进行材料吸声系数测量系统的设计，其结构图如图1所示。

注：1-传声器MicA(参考传声器)；2-传声器MicB；3-待测样品。图1 材料吸声系数测量系统结构图

实验测试仪器如图2所示。需要注意的是，测试环境应尽可能保持安静，否则会影响到最终测试结果。在经过一系列的参数设置后，还要对两个传声器进行调试。之后便可放入待测样品，并拧紧螺丝以保证待测样品的位置相对密闭。该测试可以得到4个指标，即吸声系数、反射系数、声阻抗和声导纳。

(1)吸声系数α为材料单位时间吸收和透过的声能与入射的总声能的比值；(2)反射系数γ为材料单位时间反射的声能与入射的总声能的比值；(3)声阻抗Zs为声波在传播过程中需要克服的阻力；(4)声导纳Gs为在单位时间内进入和通过传音系统的全部声能流。

图2 阻抗管实物图

以1个试样为例，所测得4个指标的结果如图3所示。

图3为本次测试的结果，如果我们想进一步对以上的数据进行处理，可以将各图所对应的横纵坐标上的具体的数据拷贝下来。理论上，吸声系数与反射系数之间存在这样的关系[14]：α=1-|γ|2。声阻抗和声导纳之间也存在一定的联系：Zs·Gs=1。而实验的结果与理论保持一致性。

3 纺织材料吸声性能的评价

3.1 平均吸声系数[15]

平均吸声系数是指对材料不同频率的吸声系数进行算术平均，按平均吸声系数的大小来评价材料的吸声性能。常用的吸声能力的评判主要是以倍频程即125、250、500、1 000、2 000、4 000 Hz这6个频率所对应的吸声系数的算术平均值来表示。用平均吸声系数来评价材料吸声性能的优点是得出的是一个数值，简单易记，便于比较。但它不能反映吸声随频率的变化。

图3 各指标的测试结果

3.2 1/3倍频程下的频率-吸声系数曲线

为了解决平均吸声系数所带来的问题，我们引入了1/3倍频程下的频率-吸声系数曲线(1/3倍频程即100、125、160、200、250……5 000 Hz等18个频率)。不同频带的吸声系数组成材料的吸声频率特性，它能比较全面准确地反映材料的吸声性能，同时也是声学设计计算必不可少的数据。

随着测试设备的不断更新与改进，现如今比利时LMS国际公司开发的一种测试吸声系数的精密仪器—阻抗管，经测试所得到的曲线为50～5 600 Hz下的整段曲线，它与1/3倍频程下的频率-吸声系数曲线相比更加精准。

3.3 分频段比较

在声频中，500 Hz以下是低频声，500～2 000 Hz是中频声，2 000 Hz以上是高频声[16]。以一组涤纶非织造布的实验数据为例，吸声性能测试结果如图4所示。

图4 非织造布的吸声效果对比图

上图是用阻抗管法测出的非织造布1、2、3的吸声效果的对比图，图中低中频位置的交叉重合较为明显，为了表示出它们之间的差异，我们选用积分法求得频段下的面积，以此来对其优劣作出比较。优点是更加直观地看出各试样之间的吸声差异以及同一试样不同频段的吸声性能。缺点是不能具体表示某频率值的吸声性能。由于仪器本身的灵敏度的限制，在5 000 Hz以上，灵敏度降低，故此频段我们不作考虑。曲线积分结果如图5所示。

图5 非织造布1、2、3分频段积分结果

从图中我们很容易看出，在中低频区域，非织造布3的吸声效果最好，非织造布1的吸声效果最差。而在高频区域，非织造布1的吸声效果反而变成最好，非织造布3的吸声效果反而变成最差的。所以我们需要根据具体的要求来选择合适的吸声材料，使其发挥最大的作用。

4 结语

吸声材料的吸声性能随着频率的变化而变化，不同的场合对吸声材料的具体要求也不尽相同。有的需要在中低频段有良好的吸声效果，有的则需要在高频段有良好的吸声效果。所以，我们更应该了解各个需要依赖吸声材料来达到吸声降噪效果的场所对材料的具体要求，并通过频段吸声效果的比较来选择一种更加优越的方案实现其吸声效果。如此，根据各频段的吸声系数的积分结果来评价材料的吸声效果显得尤为重要。

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TestandEvaluationofSoundAbsorptionPerformanceofTextileMaterials

FAN Xiao-dan, LI Hui-qin, GONG Ji-xian

(School of Textile, Tianjin University of Technology, Tianjin 300387, China)

Sound absorption material is the main measure to reduce the noise radiation, a reasonable choice of sound absorption material has a very important significance for sound absorption and noise reduction. The main parameter to measure the sound absorption performance of the material is the sound absorption coefficient. Therefore, the realization of accurate and rapid measurement plays a guiding role in the development, structural design and optimization of acoustic materials. The two methods of sound absorption performance test were compared and analyzed, and various indicators of sound absorption performance test of impedance tube were introduced. Based on the existing methods of sound absorption performance evaluation, a new evaluation method was put forward.

sound absorption performance; impedance tube; evaluation method

TS101.9

A

1673-0356(2017)10-0033-04

2017-08-23

国家重点研发计划(2016YFC0400503-02)

范晓丹(1990-)，女，在读硕士，研究方向：纺织品结构与吸声性能关系研究。