科技成果

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成果名称: The Vibration sound absorption theory of flexible materials(柔性多孔材料振动吸声理论)

成果登记号: 9612019J0008

第一完成单位: 西安工程大学

联 系 人: 张新安

成果类型: 基础理论

成果体现形式 : 著作

技术领域: 环境保护与资源综合利用

应用行业: 建筑业

成果简介:

本书作者2009 年于同济大学声学研究所室内声学专业博士毕业。主要从事吸声材料理论和实验研究。目前出版与本项目相关的专著3部,其中2部为英文专著。获批相关专利2项。发表论文54篇。

多孔材料作为最重要的吸声材料长期应用于噪声控制和室内音响控制领域。而对于其吸声机理的研究开始于19世纪末。1904年诺贝尔奖得主,著名物理学家瑞利提出了多孔材料微孔粘滞吸声理论。即,认为材料的吸声来自于材料中的微孔对声波粒子的摩擦阻滞。尽管有超过一个世纪的研究历史。然而,时至今日,传统吸声理论所能解释的材料吸声现象依然很少。准确的说唯一可以与实验相吻合的是所谓频率越高吸声系数越高的现象。   

然而,作者在研究和测试中发现,更精确的驻波管测吸声频谱显示:随着频率的增加材料吸声系数呈波浪式,即,有很多吸声系数峰值(传统理论称为共振吸声系数)和低谷出现。且对于薄层材料,这种峰值和低谷的差异最高超过70%。

而在驻波管测试中,所谓入射声波频率越高吸声系数越大的现象只出现在材料与背后墙体之间的空腔距离小于5cm的情况下。另外,尽管在混响室测试中确实出现与上述现象类似的情况,但这种测试中的声压并不稳定,其结果属于近似的统计结果,因此,也并不能说明问题。这部分的详细论述将在后面介绍。

从理论分析的角度讲。应该使用更精确更稳定的驻波管测试结果来进行分析。作者从2005年开始研究这个问题。首先进行了大量测试(测量了14种不同材料在不同条件下的34个吸声频谱,85种材料的其他声学和结构参数。获取分析数据上千个)。

在总结驻波管吸声实验规律的基础上,首先建立了纤维材料吸声经验频谱公式。之后,分析这种公式对应的多孔材料的吸声机理。进一步提出,多孔材料的吸声并非像瑞利所说的那样由材料中的微孔对声波的粘滞作用所产生。而是来自于材料自身在声波作用下的振动消耗。作者以此为依据,应用经典力学理论建立了多孔材料吸声新理论模型并得到理论吸声系数公式。

通过大量实验结果的验证,证明新理论公式与实验结果吻合很好。同时,该理论也基本可以解释各类声学文献中引用的所有多孔材料吸声经验规律。

该理论最终发表于2010年由西安交通大学出版的项目完成人个人专著(英文)中( Xin-an Zhang,Vibration sound absorption theory of flexible materials,Xi’an Jiaotong University Press, Xi’an: 2010)。

2015年,姜海东,钟正林,余富贵,杨韦等发表论文“声学理论的一个创新-振动吸声理论评述”对这一新理论论进行了实验验证。

2018年,任永华(西安工程大学副教授),凤飞龙(陕西师范大学应用声学研究所副教授,博士),马保科(西安工程大学物理学教授,博士)联合发表论文。进一步论证了这一新理论的正确性(Ren Yonghua,Feng Feilong, Ma Baoke,Further proof for the theory of elastic soundabsorption about flexible porous materials,International Journal of Vehicle Noise and Vibration,2018,Vol.14,No.1)。

该论文被EI检索收录。