一、吸声原理和隔声原理
如图1所示, 噪声在传播中如遇到一个边界很大的屏障时, 会有一部分声能被屏障吸收, 另有一部分声能被反射, 其余部分声能则透过屏障。吸声材料主要是通过声波在材料中传播引起粘性流动损失以及材料的分子间相对运动引起的内摩擦将声能转化成热能散失掉, 从而达到吸声效果。设入射到屏障上的总声能为Wi, 反射声能为Wr, 透射声能为Wt, 被材料消耗吸收的能量为Wa,其相互间的关系为:
Wi = Wr + Wt + Wa ( 1)
a =(Wi – W)/Wi ( 2)
吸声系数是衡量材料吸声能力的一个重要标准。
隔声是利用隔声材料或隔声板隔离阻挡声能的传播, 把噪声源引起的噪音限制在局部区域内或者在嘈杂的环境中隔离出一个安静的场所。
隔声量STL ( Sound transm ission loss)的计算公式如下:
（3）
式中： --入射声强；
--通过材料后的透射声强；
--分贝，表示声音大小的物理量声压级的单位。
当声波通过吸声性能好的吸声材料时, 抵达另一侧的声波减弱, 可以达到隔声的效果, 但实际上隔声原理与吸声原理是不同的。隔声是指另一环境相对噪声源环境而言, 吸声则是指同一环境, 因此应该将材料的隔声性能与吸声性能分别进行研究。
图1.材料吸声隔声原理
二、噪声的分类和危害
频率在 500Hz 以下的噪音是低频噪音，频率在 500Hz~2000Hz 为中频，而高频则是 2000Hz~16000Hz。噪音会使人耳鸣、多梦、心慌、烦躁，甚至听力下降、失聪。
三、吸声材料的分类
吸声材料按吸声机理分为共振吸声结构材料和多孔吸声材料两大类。在目前所研究的吸声材料中, 平均吸声系数均大于0.2, 而平均吸声系数大于0.5的材料称为高效吸声材料。共振吸声结构材料, 主要结构为亥姆霍兹共鸣器式结构, 它是利用入射声波在结构内产生共振, 从而使大量能量耗逸，而由多孔材料构成的吸声材料, 能使大部分声波进入材料, 从而具有很强的吸声能力，使进入该材料的声波在传播过程中逐渐消耗殆尽。第一种共振吸声结构, 利用了共振原理, 因而吸声的频带较窄, 而后一种多孔材料的吸声频带则比较宽。
1.金属纤维材料
金属纤维材料具有强度高、耐冲击、易加工、耐高温、抗恶劣工作环境的能力强等优点, 可
用于高温、承载、震动等特殊的吸声场所,例如喷气式飞机的发动机消声装置。较常见的铝质纤维吸声材料、变截面金属纤维材料以及不锈钢纤维吸声材料。铝质纤维吸声材料是由两片铝网板夹住中间的铝纤维毡, 利用其塑性通过压机滚压而成, 加工工艺简单, 产品成本大大降低, 易于弯折成型, 甚至可做成圆筒形的空间吸声体。由于具有强度高、抗风、不燃、耐水、导水、耐热以及抗冻等优异的耐候性能, 因此十分适合于户外露天环境和地下建筑中使用。
优点：
防火A 级，防水，具有散热和电磁屏蔽特性原材料环保，不含化学粘接剂（甲醛等）易于弯曲，剪裁，纤维不会在空气中飘浮具有薄板吸声特性，低频吸声效果好。
缺点：视觉效果特殊。汽车隔音材料常需附其他吸声材料共用。
2.传统的有机纤维吸声材料
在中、高频范围具有良好的吸声性能, 如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板、水泥木丝板等有机天然纤维材料, 以及聚丙烯腈纤维、聚酯纤维三聚氰胺等化学纤维材料, 但这类材料的防火、防腐、防潮等性能较差, 应用时受环境条件的制约。
3.复合型吸声材料
( 1) 双层的电解多孔铁镍薄板复合结构[ 37] , 可以明显的拓宽吸声频带, 提高吸声性能, 在250 Hz~ 2 kH z 频率范围内和等厚度的超细玻璃棉的吸声性能大致相当
( 2) 中间夹芯为瓦楞加筋板的轻质金属三明治板周期性结构[ 38] 。通过将三明治板中间层的加筋板等效为周分布的弹簧和扭簧, 使问题得以简化,进而利用空间谐波展开法分别研究了声波入射角以及瓦楞加筋板与平板的夹角对三明治板隔声性能的影响。结果表明, 声波入射角以及瓦楞加筋板与平板的夹角对其隔声性能影响显著, 适当改变瓦楞加筋板与平板的夹角可以有效避开结构的隔声低谷,三明治板对垂直入射声波的隔声效果最好。
( 3) 穿孔板背面紧贴吸声薄层的结构[ 39] , 当穿孔板背后紧贴吸声薄层后, 由于穿孔末端增加的附加声阻, 将会显著提高穿孔的吸声效果, 同时拓宽吸声频带宽度。
材料背后加空腔, 对于闭孔的材料, 可以作为亥姆霍兹共振腔, 对于多孔材料来说, 背后加空腔, 可以提高材料的低频吸声性能。提高空腔的深度, 可以提高吸收峰的宽度和高度, 并且使峰值向低频方向移动。没有空腔时, 耗散机制主要是粘滞和热损耗, 有空腔后, 亥姆霍兹共振吸收占主要部分。
4.无机纤维材料
玄武岩连续纤维在不同音频下的吸声系数，随着频率增加，其吸声系数显著增加。同时由于玄武岩连续纤维的吸湿性极低，吸湿能力只有0.2%~0.3%，而且吸湿能力不随时间变化，使的玄武岩连续纤维制作的隔音材料在航空、船舶等要低湿性材料的领域有着广阔的前景。
此外玄武岩纤维的原材料开采方便，储量丰富(玄武岩矿石约占地球表壳的1/3左右)与金属、玻璃及其他碳化物原料不同，大自然提供的是已经经过火山岩精选、重熔冶炼过的组分稳定的矿石原料。现阶段玄武岩纤维与玻璃纤维的价格基本相当，但随着生产规模的扩大和生产工艺的提高，其成本会低于玻璃纤维，性能也会得到较大提升，玄武岩纤维复合材料有望成为性能价格比指标最优的复合材料。
玄武岩纤维复合材料可用来制作汽车车身、抗腐蚀部件、车厢内装饰材料、摩擦材料、蓬盖绝热材料等。美国的Azdel公司开发了一种用聚丙烯和短切玄武岩纤维制成的热塑性片材，目标用途是汽车车顶内衬。这种材料具有良好的吸声性能、很低的热膨胀系数、很高的比强度和良好的韧性，其产品厚度可比传统产品减少50%
英国技术纤维产品公司用玄武岩纤维制成了精细的薄毡，多次将它试制热成型的汽车器件，除此公司外，位于德国的欧洲佳斯迈威公司也生产了湿法玄武岩薄毡。日本的丰田汽车厂已开发出用玄武岩纤维做保温吸音材料替代玻璃纤维作消音器填充物，获得了成功，并已开始批量生产。
四．使用玄武岩纤维制作吸声材料
玄武岩纤维以其优良的吸声性和良好的环保性能，在未来的吸声材料领用一定有广阔的使用天地。对于使用玄武岩纤维来制造吸声材料，考虑到玄武岩纤维自身的吸声特性，可以参考玻璃纤维在制造吸声材料的工艺，可以把玄武岩纤维和其他纤维来一起使用，以改进玄武岩的使用领域。如金属铝纤维，在使用领域有很强的耐1气候性，可以使用把二者结合起来使用。另外为了扩大纤维材料的对低频、中频和高频的吸声能力，可以考虑改善材料的空间结构，如添加空腔，使用多层的不同结构的材料的叠加，也就是说在一块材料上具有提高吸声的尽可能多的因素，如空隙，材料比重等。
但是对于不同的使用情况，吸声的要求的侧重可以根据情况设计相应的吸声材料。我的想法是在家庭装修和汽车装饰方面，拓展玄武岩纤维材料的使用范围。
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