隔音消声材料

不可否认，声音是我们存在的一个非常重要的方面。除了作为一种主要的交流形式外，它还在地球物理学中发挥着重要作用；在信令、位置和定位方面。作为能量，它可用于分解固体和脱气液体。声波是原子或分子之间振动的结果。这些振动从动能转换为声能。正是这种能量使声波得以传播。尽管它有广泛的应用和用途，但这种形式的能量有时是不受欢迎的，并且会成为一种滋扰或障碍。发动机的噪音、音乐工作室的外部噪音、合租公寓的噪音等。因此需要一种方法或技术来减少或阻止它。由于它们是波，声能可以在边缘折射、反射和移动。虽然不能完全阻断，但可以大大减少。消除、减少或阻挡声音的行为称为隔音，可通过以下三种基本方式进行： 

• 距离：当通过介质（例如空气）传播时，声波的声能会逐渐损失，并转化为介质原子中的振动（动能）能。结果，波到达受体所需的距离越长，损失的能量就越多。
• 吸收：吸收和/或阻尼是隔音的复杂形式，通过使用材料。在吸收中，隔音是通过减少声波的能量来实现的。当声波撞击任何表面时，一些会通过材料传播，一些会在材料内被吸收，一部分会被反射（取决于表面的吸收质量）。声能通过振动转化为动能，最后通过分子间摩擦转化为微量的热量。
• 阻尼： 一种吸收形式，其中振荡声波相对于它撞击的表面产生共振。阻尼在低频时效果最好。

人们可能会认为任何材料都可以实现隔音，然而，事实远非如此。有几种材料可以有效地进行隔音。在研究其中一些材料之前，我们需要先了解哪些特性使这些材料独一无二。

• 密度。密度是单位体积物质的质量。它衡量一种材料的分子是如何堆积在一起的。对于隔音材料，它必须处于适当的密度范围内。足够高，声波就会衰减；足够低，它们就会被吸收。如果材料的密度太低，声波就会通过。如果密度太高，波会从材料表面反射。
• 孔隙率。此属性涉及使用间歇性通过膨胀、压缩和改变流动方向来改变声波的能量；导致失去动力。孔隙率在吸收方面是有利的，在阻塞方面是不利的。
• 流阻率。这是材料每单位厚度的噪声流阻。这是吸声材料最重要的特性。电阻率取决于声波的锥度。
• 细胞大小。材料的单个单元必须足够小，材料才能达到隔音效果。材料的单元尺寸必须小于它要吸收或阻挡的声音的波长。细胞排列也很重要。开孔排列形成更好的吸收器，而闭孔排列形成更好的阻滞剂。
• 曲折。这是对材料单元排列中的曲折的度量。声波必须操纵的弯曲越多，它们失去的动量就越多。

上述特性使材料具有良好的隔音效果。现在让我们来看看一些独特的隔音材料。

• 聚氨酯泡沫。声学泡沫在 20 世纪 70 年代中期首次使用。聚氨酯泡沫是通过涉及二醇或多元醇、二异氰酸酯和水的基本加成聚合反应制成的。由于被捕获的气泡破裂，声学泡沫大多具有开孔。空气很容易通过这种泡沫。聚氨酯被设计成一种灵活的、开孔的、多孔的固体。声能通过两种主要方法在材料中传播：
  • 声压波穿过聚氨酯孔隙内的流体
  • 弹性应力波是由于压力波而产生的，压力波穿过聚氨酯的框架

聚氨酯在衰减高频声波方面非常有效，但除非使用足够的厚度，否则它无法提供低频隔离。聚氨酯的多孔性极大地减少了声学反射，但这种低密度也允许声能的传输。声学泡沫具有化学惰性但易燃。因为它的易燃性。聚氨酯泡沫不能用于工业。它更适合安装在房间内。

• 毛毡. 毛毡是通过将纤维压合在一起制成的。使用的纤维可能是天然的（主要是羊毛）或合成的。两者的混合也很常见。毛毡在水分、润滑油、油脂、盐、清洁剂的存在下经久耐用且稳定，并且对许多其他化学品呈惰性。它能够弯曲到不平坦的表面，从而防止异物意外侵入承重区域下方。毛毡几乎具有永久的弹性，因为它由数百万根单根纤维组成。毛毡的吸音性能得益于其最佳的密度和弹性。声波的吸收是通过毡内单根纤维的振动实现的。能量通过摩擦热损失耗散。由于其吸收方法，太密的毛毡将无法产生足够的振动。这些品质使其非常适合工业隔音。毛毡还用作乐器中的制音器。
• 涤纶纤维。涤纶纤维是一种人造纤维，由长链合成聚合物制成。它们通常被称为无纺布或粘合纤维织物。它们用于制造无毒、重量轻的绝缘产品。聚酯纤维因其独特的高密度（约 2000g/m^3）和孔隙率的混合而引人注目。它的吸音效果随着声音的频率而增加，因此它在高频时最有效。它的 NRC 等级在 0.8 到 1 之间。聚酯纤维也很结实，具有高拉伸强度。其他令人满意的特性包括耐磨、耐火、耐皱、耐拉伸、耐冲击和耐磨损。这些特性使其成为工业和重型机械环境中出色的隔音材料。
• 玻璃纤维。声学玻璃纤维具有刚性和重量轻的理想组合。这种材料通常被称为隔音的变形器，可以很容易地定制，以便安装在最狭窄的地方。玻璃纤维主要用于房间和大厅，以防止混响和回声。
• 质量加载乙烯基自 1960 年代以来一直应用于隔音。它基本上是一种粘弹性材料，如聚氯乙烯，注入了惰性材料，如碳酸钙或硫酸钡。粘弹性材料表现出粘性和弹性。它们会流动，但当力被移除或逆转时，它们会恢复到原来的形状。这种称为滞后的属性有助于 MLV 衰减声音的能力。许多人声称 MLV 正是通过这种机制“将声音转化为热量”，尽管这并不是 MLV 衰减声音的基本方式。MLV 基本上就像一个调谐质量阻尼器，能够降低波浪的频率。当乙烯基暴露在低温下时，它会变得非常坚硬，但当它暴露在高温下时，它会变得非常柔顺。当弹性组件变得非常僵硬时，片材的振动模式会被调谐到更高的频率，从而影响其衰减较低频率声音的能力。反之亦然，随着温度升高，MLV 变得柔软，以至于它没有足够的顺应性来振动。增塑剂可用于确保 MLV 在工作温度范围内的适当合规性。这种材料非常柔韧，适用于拐角和弯曲处。然而，它很昂贵。增塑剂可用于确保 MLV 在工作温度范围内的适当合规性。这种材料非常柔韧，适用于拐角和弯曲处。然而，它很昂贵。增塑剂可用于确保 MLV 在工作温度范围内的适当合规性。这种材料非常柔韧，适用于拐角和弯曲处。然而，它很昂贵。
• 软木. 软木是一种令人惊叹的天然隔音替代品。它是树皮组织的 phellem 层，从软木橡树中收获。这种材料防火、有弹性且在一定程度上不透水。软木在隔音方面非常有效，仅 3 毫米的材料就能阻挡 10 分贝的声音。这种惊人的能力是由于软木的细胞结构和成分。空气是一种很好的绝缘材料，软木由 50% 的空气组成。这使得它非常轻，密度为每立方厘米 0.16 克。这些材料的细胞排列成蜂巢状，每立方厘米平均包含4000万个微小的气密细胞。当声能通过软木塞时，能量被空气分子转化为振动能。
• 绿胶。绿胶是一种粘弹性化合物，使用约束层阻尼 (CLD) 系统来隔音。将胶水涂（夹）在两种刚性材料（如干墙）之间。在 CLD 系统中，粘弹性材料被剪切时会发生阻尼。当声波撞击刚性材料时，它会导致它向不同方向移动。这种运动会在生胶中产生剪切力。绿胶的聚合物设计使其能够将剪切能量转化为摩擦能，从而转化为热量。绿胶无毒；但尽管有这个名字，它确实完全可以用作粘合剂。
• 硅胶。对于狭小的空间和角落，硅胶是一种很好的隔音选择。有机硅，也称为聚硅氧烷，具有许多理想的特性。它主要是惰性的，导热性低，防水、防紫外线并提供气密绝缘。有机硅在隔音材料中有应用，如填缝剂。它以糊状形式应用，通常会固化形成橡胶状涂层。这种涂层是密封的，因此可以阻止空气中的声音传播。它也是一种很好的阻尼材料，在阻尼中频声音方面表现出色。 
• 环氧树脂。环氧树脂在隔音方面的用途是由于其空气阻力和阻尼特性。它们主要用于补充其他隔音材料。在设置隔音材料时，它们可以用作粘合剂，因为它们比普通胶水更有优势。它们也可以用作涂料。 

用于对这些不同材料进行分类和比较的评级是降噪系数 (NRC)，用于吸音材料和传声等级 (STC)，用于阻隔材料。NRC 等级介于 0 和 1 之间，它是材料在这四个频率（250、500、1000 和 2000）下吸收能力的平均值。因为它是平均值，所以具有相同 NRC 的两种材料可能在不同的应用中表现良好。STC 是衡量材料阻挡声音的程度的量度。等级越高越好。