（纺织工程专业论文）机织物的隔声性能研究与设计开发.pdf

摘要 本文对机织隔声材料的研究主要从是测试方法，设计开发以及影响冈素方面入手。开发了套适于 纺织及其复合材料的功能强人的声学测试系统，声波发生装置产生的声肯信号通过扬声器发出，经过织 物，由麦克风拾音然后将经麦克风采集到的声音输入电脑，由声音分析软件自动进行分析并显示或输 出分析结果声音的发射和分析采用现自| 的成熟软件s p e c t r a l a b ，成本低，有一定精确度。利用自制的 装置分别测试了小同结构参数的机织底布汽车内饰绒织物、机织单层与多层织物以及机织问隔织物在不 同频率条件的声级衰减帚。本文开发的专门针对多层机织物设计的经向横截面方法简化了多层及复杂机 织物的设计开发。这种方法基于织物的经向剖面图，直观表达经纱相对纬纱在各层之日j 的关系，适用于 各种机织组织的设计。麻用这种方法设计织造了双层，f 纹斜纹织物、三层平纹织物、四层平纹织物和间 隔高度小同的机织b j 隔织物。实验数据分析表明，机织底布汽车内饰绒织物隔音性能与织物画密度密切 相关，并且得到的同归方程高度显著。其中机织底布面密度为6 6 4 9 m2 绒织物声级衰减阜最人可达到 1 6 d b 。织造密度人的普通单层机织物隔音性能好，具有一定厚度的多层机织物要考虑其体密度，即厚度 及表面密度都人的隔声性能好，填充泡沫后的问隔机织复合材料，其强力及隔声性能均较优其中日j 隔 高度4 的机织间隔织物最大的声级衰减晕达到了2 6 d b 。在普通机织物上溅射金幅粒子和在机织间隔织 物中填充泡沫可以4 i 同程度提高其声绂衰减景。 关键词：机织物；隔声性能；测试装置；经向横截面分析方法 江南大学硕士学位论文 a b s t m c t t h i st e x ts t a r tf r o mt e s t i n gm e t h o d , d e s i g na n dd e v e l o p m e n ta n di n f l u e n c ef a c t o r t h eg a p e rd e v e l o p e da s o u n dt e s t i n gs y s t e mf o rt e x t i l e so rt e x t i l ec o m p o s i t e sw i t hm i g h t i n e s sf u n c t i o n , l o wc o s ld e f i n i t i o n t h es o u n d c a m ef r o ms o u n dw a y d e v i c eb yal o u d h a i l e r , t h r o u g hf a b r i c s ，a n dt h e nw a si a c e p t n db ym i c r o p h o n e t h e s o u n di n f o r m a t i o nw a st r e a t e db ys o u n da n a l y z i n gs o t t w a r e ( s p e c t r al a b ) t h es y s t e mt e s t e d t h es o u n d a t t e n u a t i o no f a u t oi n t e r i o rv e l v e tf a b r i c s 、s i n g l ea n dm u l t i l a y e rw o v 目if a b r i c sa n dw o v e l ls p a c e rf a b r i c s d u e t 0t h ec o m p l e x i t yo f t r e d i t i o n a ld e s i g nm e t h o do f m u l t i l a y e rf a b r i c s t h i sp a p e rp r o p o s e dan wd e s i g nm e t h o d ( w a r pw a y ss e c t i o na n a l y t i c a lm e t h o d ) o fm u l t i - l a y e rw o v e nf a b r i c sw h i c hw e r eu s e d8 at e s t e ds a m p l e s p r e d i g e s tt h ed e s i g ne n dd e v e l o p m e n to fm u l t i - l a y e ra n dc o m p l e xw o v e nf a b r i c s b a s e do nw a r pc r o s ss e c t i o n o ff a b r i c s ，t h ew a r pw a y ss l v 2 t i o i ia n a l y t i c a lm e t h o dd i r e c t l ye x p r e s s e dt h er e l a t i o nb e t w e e nw a r pa n dw e f t y a r n so fe a c hl a y e r w h e r e n f l e r , t w o - l a y e rp l a i na n dt w i l lf a b r i c s ，t h r e e - l a y e rp l a i nf a b r i c s 、f o u r - l a y e rp l a i n f a b r i c sa n dw o v e t ls p a c e rf a b r i c sw e r ew o v e nb a s e do nt h ea n a l y s i so fe x p e r i m e n td a t a , i tw a si n d i c a t e dt h a t t h ea c o u s t i ci n s u l a t i o np r o p e r t yo ft h ev e l v e t f a b r i ch a dl a r g er e l a t i o nw i t hs u r f a c ed e n s i t y , a n dt h er e g r e s s e q u a t i o nw a sh i g h l yp r o m i n e n c e ，t h es o u n da t t e n u a t i o na c h i e v e d1 6 d b ，w h e nt h es u r f a c ed e n s i t yo fa u t o i n t e r l o rv e l v e tf a b r i c so f w o v e nf a b r i cw a s6 6 4 9 m z w i t hg r e a t e rw e a v i n gd e n s i t y , s i n g l el a y e rw o v e nf a b r i c s h a db e t t e ra c o u s t i ci n s u l a t i o np r o p e r t y h o w e v e r , f o rw o v e nf a b r i c sw i t hc o n s i d e r a b l et h i c k n e s s ，g o o da c o u s t i c i n s u l a t i o np r o p e r t yw a so b t a i n e dw h e nt h ev a l u eo ft h i c k n e s sa n ds u r f a c ed e n s i t yw e b o t hl a r g e w o v e n s p a c e rf a b r i c sf i l l e dw i t hf o a mh a db e t t e rs t r e n g t ha n da c o u s t i ci n s u l a t i o np r o p e r t y , a n dt h eb i g g e s ts o u n d a t t e n u a t i o no ft h es p a c e rf a b r i cw i t h4m ms p a c eh e i g h ta c h i e v e d2 6d b i tw a sp r o v e dt h a ts o u n di n s u l a t i o n w a l s oi m p r o v e db ym a g n e t r o ns p u t t e r i n gm e t a lp a r t i c l eo i lw o v e nf a b r i c s k e yw o r d s ：w o v e nf a b r i c s ；a c o u s t i ci n s u l a t i o n ；t e s t i n gd e v i c e ；w a r pw a y ss e c t i o na n a l y t i c a lm e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 涵 日期：2 口1 年多, 9j 2 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：叠盏 导师签名： 回圣。 日期：2 口力年弓月，2 日 第一章前言 第一章前言 随着现代科学技术的飞速发展和人们生活水平的提高，人们的环境保护意识也在逐渐加强，要做到 保护环境，首先要了解什么是环境污染，环境污染足指环境的物理、化学和生物等条件的变化，使环境 系统的结构与功能产生有害于人类及其他生物的正常生存和发展的现象。环境污染就包括t 业污染、噪 音污染、大气污染，其中噪声污染的危害是多方血的，噪声对人体健康打严重小良影响，此外噪声影响 到人们的睡眠、学习、工作等日常生活，特别强烈的噪声还能损坏建筑物，因此噪声闯题已逐渐引起人 们的重视，各因为控制与治理噪声投入了大罱的人力、物力和财力“。 目前。控制噪声所应用的隔音材料的结构主要自多孔、溥板、穿孔板结构等。市场上应用的材料主 要是海绵，工业橡胶板，玻璃纤维棉，纤维毯沥青板发泡硅胶板智 箔复合材料，铅板复合材料， 聚氯酯泡沫甥料等，但这些材料在隔音方面并自| 特点而在追求多功能化的方面都存在小同程度的问题， 例如小能同时满足隔音、吸音和防震的性能，或自重大，或小耐水，或无阻燃性能等”l 。而且传统的隔 声材料都比较笨重对可加丁性、使用范围等都有很人的影响”1 ，所以为了满足小同使用环境条件，提 高降噪散果，就要不断推出降噪新材料，其中纺织材料就是一种性能优越的降噪材料可以集吸声与隔 声为一体，材料质景轻应用领域广泛，如：车用降噪材料装饰用降噪材料等。纤维及其集合体不同 于金属或其它结构致密的材料这些材料靠反射来隔声，而很少吸声，纤维作为多孔材料是一种很好的、 综合性的隔声( 多界面与反射层) 、吸声材料。因此，对其隔声性能的研究就很有必要。 目前对隔音织物的研究主要是以下几个方面展开：第一，对织物原材料( 纤维种类及粗细、结构形 态) 及对织物本身结构的研究：第二，隔音织物的多功能性，例如，良好的阻燃性能，良好的呼吸性能， 良好的温度湿度调节能力；第三，织物与其它材料的结合。例如。泡沫是良好的吸声材料，如果格吸 声泡沫材料填充到隔音织物中，将会获得良好的降噪效果；美国己开发出一种p o l i p r e n t 纤维，其主要 成分是聚酯纤维再加- - 4 部分聚丙烯纤维，通过热粘合方法加工而成的非织造布，其本身与其它的非织 造布没宵任何区别但在其中央层中加入金属层或金属阿的话，它就有了良好的隔音性能：金属纤维阔 复合材料的隔音性能好，在织物表面镀覆铅层可以获得好的隔音效果”。 纺织材料从织造方法上来分，主要分为机织物，针织物发非织造布。从总体上来看，纺织材科的声 学性能的研究比较少，近几年只是对纺织材料中针织日j 隔隔音织物以及非织造隔音织物的研究有所增加 “。而机织物冈其尺寸稳定性好，可采用的原料广泛等原因，在产业用方【酊很有优势。特别是用高性能 纤维( 如破璃纤维、碳纤维) 进行织造时由于其针织编织性能较蔫目前较为理想的织造还是机织方 法。本课题也是基于这点考虑重点对机织物的隔声性能进行了测试和研究，并且希望其研究结果在机 织物的机构及设计t 艺上提供声学设计原则，并且为其它纺织材料隔音性能的提高提供一定依据。 本课题主要同绕以下三个需要解决的问题展开：( 1 ) 虽然隔声性能测试装置比较成熟但是专门 针对织物的测试装置小完善纺织企业及研究单位一般没有该测试系统。但如果拿到专业声学实验室测 量，价格很贵，针对这一问题，我们要做的就是开发种适用于纺织材料及其复合材料的测试装置，且 要求有一定精度。( 2 ) 对纺织材料隔音性能的影响阅素小够了解，或者说随着各种新犁机织物的开发 研究，影响织物隔声性能的囡素越来越复杂，怎样才能制得综合性能优良的纺织隔肯材料是当下需要急 切解决的u j 题。( 3 ) 多层反间隔等新颦机织物在产业用方面应用前景较广，同时为了丰富机织物的测 试样品，更全面地利于机织物的隔声性能的研究本课题还需设计并织造多层机织物和日j 隔机织物，因 此本课题同时还面临这些新型机织物设计和织造中所遇到的j l u 】题。 之前，对于织物性能的研究主要是出于轻质、超簿、加丁性好的要求，但由于轻鼍、超薄材料的低 阻尼及低自身重景，使其很难自好的隔音效粜”1 ，所以，为了获得吏好的隔音织物材料，就要结合各 种织物的通常的性能要求，进行隔音性能方面进行研究，以了解各种织物隔音性能的影响囡素，最终达 到研制出最好隔音效果且轻晕超薄的隔音材料提出声学方向的设计原则。本课题主要研究了纺织材料 中三类织物的隔音性能，包括机织底部在内的汽车内饰隔音绒织物，多层机织织物以及经镀覆金属处理 后的织物复合树脂后日j 隔织物的隔肯性能。 从以往研究的纺织材料隔音织物来看，主要是非织造织物对于针织普通织物的研究也有一些，汽 车内饰绒织物是非常重要的车用隔音材料，由于国内没宵专门的织物测试装置，所以对其隔声性能研究 较少。 一般单层机织物的尺寸稳定性差。厚度受到限制，而多层机织物可织造厚度大，且尺寸稳定性好， 江南人学硕十学位论文 如何设置参数可以使其的性能达到最优就要综合考察其各方面性能。 机织日j 隔织物是纺织材料的种，这种结构在国内能织造的很少。所以对其隔声性能的研究在国内 还没自报道。机织日j 隔织物是在机织布机上织成的在厚度斤向引入日j 隔纱把上下两个表层组织连接起 来的一种整体织物。在织造过程中，自- 两套纱线形成日j 隔织物的上下表层织物，另有一套纱线连接这两 层织物，与多层织物的区别在于，这两层织物之间足自i 一。定跑离的且距离可调。在问隔f - j ；c l 充其它材料 ( 例如泡沫甥料) 可以增强其隔音隔热的性能，机织日j 隔织物本身性能优良，与针织相比，可以玻璃纤 维来织造，达到防火阻燃，高强高模隔音隔热的性能要求，更适合产业用。例如，在车用方面，可以 利用机织间隔隔肯织物对发动机的噪声，车辆i j 驶的高速噪声以及风噪进行控制，在发动机盖，后备箱 以及车门覆盖此织物都可达到减小噪肯的目的；在建筑用方面可以在】； i 面上贴附机织日j 隔隔音织物以 达到减小生活噪音的i = 1 的“；复合树脂后的l 隔织物强力增加，尺寸稳定，耐气候性好，可以用作道路 的声屏障。纺织材料具有一定的隔声效果，且其可以应用的范同很广一从汽车隔音到道路声屏障。广泛 测试研究纺织材料的小同品种类型，了解其影响冈素，为研制史好的轻质隔声材料打下基础。 4 第一：章声波、噪声的基本概念及噪声的控制方法 第二章声波、噪声的基本概念及噪声的控制方法 2 1 声波的产生和基本参量 日常生活中的绝大多数声音来源于物体的震动，如果讲话的声音来源于喉内声带的振动，扬声器发 声来源于纸盆的振动，机械噪声来源于机器部件的振动，凡是发出声音的物体，都可以称为声源，声源 不一定是同体液体和气体同样会由于振动而发声，如浪涛声和汽笛声就是由流体诱发引起的。 声音是听觉系统对声波的主观反应，而声波的产生来源于声源诱发的振动在介质中的传播因此t 产生声波的必要条件足声音和介质( 空气水等) 。真空中没有介质存在，冈而在真空中不能传播声音。 需要注意的是，声波在介质中的传播只是介质振动状态的传播，介质本身并没宵向前运动它只是在其 平衡位置附近来同的振动所传播出去是物质的运动形态，这种运动叫做波动。声音是机械振动状态的传 播，这种传播过稃是一种机械性质的波动，故而称为声波。 在气体，液体等理想流体介质中，声音振动传播的方向与介质质点振动方向是一致的，此类声波是 纵波，描述声波的最常见的物理晕是声压，它是介质受扰动后产生的逾罱压强，其单位是压强的单位： 1 p a = 1 n m 2 。 频率在2 0 i t z - - 2 0 k h z 的声音称为音频声，也可以称为可听声它是具有正常听力的人能够听得到的 声音；小于2 0 h z 的声音称为次声，大于2 0 k h z 的声音称为超声“。 2 1 1 声波的基本特性 2 1 1 1 波的分类 按媒质质点振动方向，波传播方向或波的形状等来划分主要有以下几种类型”。 ( 1 ) 纵波与横波 纵波：如前所述是指媒质质点的振动方向与波的传播方向相同的波。 横渡：指媒质质点振动方向与波的传播方向垂直的波。如前面提到的石子投入水中在水面上产生的 波。 波在气体和液体中传播一般为纵波。在有限尺寸的同体中传播时受到同体界面的制约使同体本身成 为一种“机械制导”而形成各种各样的制导波。制导波也分纵波和横波以及两者合成的复杂波。 ( 2 ) 连续波和脉冲波 连续波和脉冲波的蔗别在于它们的波形连续与否。 连续波：介质的并质均作连续小断地振动的波称为连续波，如正弦波。 脉冲波：如撞击发生的声波。这种非连续的脉冲波相对来说振动时日j 短，间歇周期长。波形在某 一瞬问常常出现很高的峰值。 ( 3 ) 平面波、球面波和柱面波 以波降面的形状可分为平面波、球面波和柱面波等。波阵面是指波传播时在同一时刻运动状态相同 的相邻各点所形成的面，亦称波前。平面波是指波阵面为平面的波，球面波和柱面波是指波阵面分别为 球面和柱面的波。 2 1 1 _ 2 声场的分类 声场足指声波到达的空间，声空间总体上分为自由空间和有界空间两大类。理想的自由空间是指无 限大的、没白障碍物的空阈。有界空间指的是空删部分或全部被边界所包围，又分为两类：一类指那些 有部分开l 的闭合空间。如通风管道输液输气管道、消声器道等由此形成的声场称为管道声场；另 一类指完全封闭的闭合空甘j ，如生产空间、办公室、音乐厅、会议室等，由此形成的声场为封闭空间声 场。 纯粹的自由空间并不多见，如果空间边界和空问内物体对声传播方式的影响很小，则该空间中的声 场可近似为自由声场。如旷野【 | 的变压器噪声声场、空中航行的飞机辐射噪声声场、封闭空日j 中机械设 江南人学硕十学位论文 备所在位置附近区域商达声形成的声场等。 在自由声场中，声波只是从声源向四周辐射出去，而不受边界和其他物体的阻碍，同时也没有另外 的声波1 二扰，声场中传播自由行波。 对于一维管道，如果管道无限长，则在管道方向上的声传播与自由空日j 无异，所传播的声波为行波。 在管道横截面上声波则形成特定形式的驻波。任意声源都可以激发出许多波，当声源的振动频率小于管 道截j p 频率时，管道l i 的高次波将沿管道方向逐步衰减，晟后只能传播均匀平面波。 封闭空f h j 中，当声源发出声波向四周传播在碰到边界产生反射之前的声波称为直达声；一次以上 的反射声波将在空问中产生驻波，形成混响声。按声源频率的高低，混响声场又分为驻波声场和扩散声 场。在低频段，声波在空甘j 的传播会形成明显的驻波分布，每一个具有驻波形式的声场分布又称为声模 态相应的声场分析采用驻波理论或波动声学理论；当声源频率逐渐升到所谓的s c h r o e d e r 频率后，一 个声模态特征频率的半功率带宽内存在三个以上的声模态时，声场中各点的声能密度从统计的观点来看 表现出人致均匀的倾向，此时的声场称为扩散声场“。 2 i 2 声学的基本参量 2 1 2 1 声压与声压级 声波在大气中传播时使空气时而变密、时而变疏，产生大气压的起伏变化。这个起伏部分，也就是 超过静态大气压的帚称为声压。正常人耳刚刚能听到的声乐称听阈声压，为2 1 0 5 p a 。使人难以忍受， 产生疼痛的声压为痛闽声压，其值为2 0 p a 。可知人耳对声压的感受从听到痛相差一百万倍。因此用声压 的绝对值来表示声音的强弱很4 i 方便。于是人们采用一个成倍比关系的对数鼍一称之为“级”的睡 来表 示声音的人小。“级”的景的单位为d b n 2n 2n 印= l g 与( 口) = 1 0 i g 与( 拈) = 2 0 i g 生( 拈) 成店po ( 2 1 ) 式中q 一声压级( d b ) ：p 一实际的声压绝对值( p a ) ：风基准声压，p o = 2 i o6 p a 。 把听阈声压和痛阈声压值代入声乐级定义式，可得它们的声压级再为o d b 和1 2 0 d b 。说明用声压级 概念后把原来从听闽声压到痛阈声压问一百万倍的变化改成o 一1 2 0 d b 的变化。而且用d b 表示的声压级 数值的变化关系又接近于人耳对声音的反响。例如两声源在声压级数值上相差一倍时，人耳对此两声 源听到的大小也近似差一倍。( 由于人耳是非线性听觉器官，当两声源如声压数值上相差一倍时，人耳 感觉此两声源的声音大小不是相差一倍) u 。 2 1 2 2 声强与声强级，声功率与声功率级 声波在媒质中传播，一方面使媒质质点在平衡位置附近产生振动使媒质质点具有动能。同时声波也 在媒质产生压缩和膨胀的过程中使媒质具自- 形变位能。在声的传播过程q ，媒质具有的声能也跟着转移。 因而也可用能茸的人小来袁征声音的强弱，引出了声强和声功率的概念。 ( 1 ) 声强i 声强是指垂直于声波传播方向上单位时间内通过单位面积的声能。一般用i 表示。 ，= ， ( 2 2 ) 式中五一声能：，时间；s 一面积。 声强i 与声压之间有着内在的联系，当声波在自由声场中传播时，在传播方向上声强i 与声压p 的 关系为 i = ( 2 3 ) 式中p 一有效声压；j 一声强；岛一媒质密度； c 一声传播速度。 可知在媒质的声特性阻抗p “确定以后，声强与声压的平方成正比。测出了声压即可知声强。从人 耳对声压的感受变化范围可知人耳对声强感受变化范围将高达1 0 “倍。与采用声压级现同的原因，声强 用声强级来表示。声强级 6 第二章声波噪声的基本概念及噪声的栉! 制方法 l l ：1 0 1 9 _ i f 0 ( 2 4 ) 一声强；1 0 一基准声强1 0 = 1 0 1 m 2 。 ( 2 ) 声功率w 声功率是指单伍时间内声源辐射出来的总声能。 声功率与声强的关系为： 肚4 1 d s ( 2 5 ) 式中d 包甬声源测罩球面上的微面积；。一一声强在d 3 法向的分量。 2 ，i 2 3 响度、响度级与计权刚络 声压( 级) 、声强( 级) 、声功率( 缀) 等都是客观描述声青强弱的参芾。但是人耳对声音的感觉不 仅与这些晕有关而且还与声波的频率青黄密切的关系。人耳对声贵丽言是非线性的传感器官，它对客 观上强弱相同而频率小同的声音的反应足小同的。人耳对高频声音灵敏，对低频声音反响迟钝。例如， 声压级相同频率4 i 同的音乐，听起来是不一样响的。像日常生活中虽然毛纺纺纱车日j 和小汽车鸣号时 的噪声级都接近9 0 d b ，但由于纺纱车日】内是高频噪声，小汽车喇叭是低频声，人耳昕起来纺纱车日j 的噪 声比小汽车喇叭要响的多。因此为了如实描述入耳对声音的实际感受情况一主观感觉，引用响度级与响 度的概念。 ( 1 ) 响度级 是表示人耳对声音感觉的主观晕度。它既考虑声音的物理效戍，又考虑声音对人耳听觉的生理效应， 是对噪声评价的基本晕之。晌度缎的单俺为“方”，以1 0 0 0 h z 的纯音为基准，当要确定某一噪声的 响度级时，调节1 0 0 0 h z 的纯音声压级。使人耳对它感觉与要确定响度缎的噪声听起来。一样响”，则 此时1 0 0 0 h z 纯音所具有的声压级数值就是该噪声响度缴的数值。例如，某一噪声听起来与频率为 1 0 0 0 h z ，声压级9 0 d b 的纯音一样响，则这一噪声的响度级就是9 0 方。 ( 2 ) 响度 响度绂是个相对晕，还不能反映一个声音比另一个声音响多少的定晕关系。响度是一个用绝对值来 表示声音对人耳感觉程度影响的帚值。单能为“宋”。规定声压级为4 0 d b 的1 0 0 0 h z 的纯音的响度为1 宋。( 此时的响度级为4 0 方) 。响度级每增加1 0 方或减少1 0 方。相应的响度增加一倍或减少l 2 倍。 也就是5 0 方为2 宋6 0 方为4 宋3 0 方为0 5 宋，依次类推。 ( 3 ) 计权嗍络 为简便得描述人耳听觉得主观感受在等响曲线中选择三条曲线。 第一条是4 0 方等响曲线，代表人耳对低声强的响度感觉。 第二条是7 0 方等响曲线，代表人耳对中等声强的响度感觉。 第三条是1 0 0 方等响曲线，代表人耳对高声强的响度感觉。 在设计测黾仪器时相应的设置三种电路对所接受的声肯按人耳对不同频率时的三种不同感觉进行 相应的衰减一即进行( a 、b 、c 三种) 计权。由此可知，a 计权删络实际是对应于倒置的4 0 方等响曲线。 b 计权嗍络对应于倒置的7 0 方等晌曲线。c 计权网络对应于倒置的1 0 0 方等响曲线。a 计权嘲络使接受 的声音在低频段( 5 0 0 h z 以下) 钉较人的衰减，中频段次之，高频段基本小衰减。其性能与入耳对声音 的主观感觉基本一致。也较好的反映了对人耳听力损伤的程度。用a 计权刚络测得的声缎称“a 声级”。 记做d b ( a ) 。现在一般都用a 声绂来评价噪声。同样，用b 计权叫络和c 计权刚络测得的噪声声级分别 称为b 声级和c 声级记做d b ( b ) 和d b ( c ) 。b 声缴现已小常用，c 声级在整个可听频率范同内自i 较 平直的特性一即对所有可听频率范围的声音基本不衰减。因此一般可用c 声级代表总声压级。此外还有 d 计权蹦络和线性网络。d 计权删络主要用于评价飞机的噪声。线性州络具有完全平直的响应。客观反 映声压级的情况。 2 1 3 纺织纤维和织物的基本声学性质 ( 1 ) 声波与纤维的相互作用 7 江南大学硕十学位论文 、声波作用于纤维，如同光线照射到纤维上，会产生反射，透射、吸收等。声波作用还会像机械拉仲 收缩作用+ 栉使纤维发生宏观的振动，并随声波的疏密振动，形成逐段波动和向前扩展。其作用“振动 子”相对于电磁波要大，可以是声子，分子链段和整个分子甚全更人的结构单元，由此形成纤维的振 动、内摩擦和发热损耗等。 ( 2 ) 纤维- ，声波传播的备向异性 纺织纤维是典型的各向异性体，因此，声波的疏密振动传捅在纤维中具有各向异性。声波为弹性波， 是靠原子、分子和品格的振动而传递的。因此，声波在纤维人分子轴i ；j d ：传递，是通过分子主链原子的 振动和键的变形完成的故声速在平行纤维轴向上较快。而在垂直于分子土链方向的传递，声波足靠非 键接分子日j 的振动传播，所以声速较慢。 2 2 噪声及其评价 2 2 i 噪声的概念与类别 2 2 1 1 噪声的概念 人们生活在充满声音的世界里，备种声音始终包围着我们。有的声音听了觉得悦耳，使人心情愉快， 例如各种乐器声和歌声：有的声音听后使人心烦意乱，甚垒痛苦难受，例如各种机械的撞击声刺耳的 尖叫声汽车急刹车时轮子与地面摩擦的声音等。和谐动听悦耳的声肯时一种美的享受小但使人心旷 神怡还能提高t 作效率。而混乱嘈杂的声音则不但使人厌烦，还会危害人们的生活、工作和健康。一 般地说t 上述混杂地声音就称为噪声。噪声也是一种声音。从物理学观点来说，噪声是指声肯强弱和频 率地变化都无规律地杂乱无章的声音。而从生理学的观点讲，凡是人们小喜欢的，听了令人烦恼、讨厌， 刺激的声音都可称为噪声。 随着近代t 业和交通运输业的发展，工业噪声已经成为危害人身健康和污染环境的主要冈素，它和 空气污染并列为当代三个土要污染源。而且噪声足受到人们抱怨和控告最多的污染源，l 三经称为当今世 界性的犬口j 题，被列为国际公害之一。如何减少噪声的危害l 成目前一项迫切的任务。为此，我们需要 认识噪声，弄清它的性质和来源，以便采取措施减少它的危害。 2 2 1 2 噪声的类别 噪声分为连续噪声、脉冲噪声和有调噪声等。 ( 1 ) 脉 - 噪声在撞击等过程中产生的噪声，它随时日j 的变化则足瞬时脉冲，其频谱图为连续且星 脉冲波形的谱图，特点是持续时间短，强度高。 ( 2 ) 连续噪声连续噪声是由许多频率和强度都是无规则连续变化杂乱无章的成分组合而成的。 ( 3 有调噪声有调噪声具有连续噪声的性质外且有明显的音调，其频谱图上有离散的频率成分， 机床的变速箱在运行过枵中常产生此类噪声。 噪声是一种声波，研究噪声可按声波的物理性质定出“客观”的评定标准。但由于人的声感觉器官 一人耳对声的感受具有选择性，即人耳是个非线性的声传感器，对于相同强度的声音当其频率小同 时，有小同的感受，所以评价噪声还要有“主观”评定杯准，要从主观和客观两个方面来考虑。 2 2 2 噪声的危害 噪声的危害是多方面的，对人体，噪声能引起耳聋和诱发出各种疾病，强烈的噪声能损害建筑物， 影响仪器的正常运行等等。 ( 1 ) 噪声性耳聋 噪声对人体的危害首先表现在对听觉器官的损伤，一个人在强噪声环境中t 作和生活时b 】长了就 会引起听觉能力的下降一耳聋。严重的听觉损伤就会使人耳完全听小见，即完全性耳聋，这种由于噪声 损伤而引起的耳聋称为噪声性耳聋短时删的或小很强烈的噪声所引起的人耳功能性病变即所谓感觉疲 劳，是可以经过一定时b j 后而自行消除的，但强噪声引起的人耳器质性病变就难以恢复，而成为听力的 永久性损伤。 8 第一章声波、噪声的基本概念及噪卢的控制方法 噪声性耳聋的程度直接与噪声的频率和强度有关。频率高，强度大的噪声就容易引起噪声性耳聋， 而且突然受到极强烈的噪声容易使听觉器官发生急性外伤引起鼓膜破裂导致两耳完全失去听觉。 ( 2 ) 其他疾病 噪声除引起耳聋外还可诱发出其他疾病。噪声对人体的影响主要作用于人的中枢神经系统，使人的 基本生理过稃一人脑应层的兴奋与抑制失调，导致头疼、脑胀、昏晕、耳鸣、多梦、失眠、心慌和全身 疲乏无力等神经衰弱症状。也会影响消化系统和心脏系统，造成消化液分泌异常，胃酸度降低、四收缩 功能减退、消化小良、食欲小振、恶心呕吐，以至发生胃溃疡等等。噪声q 激使心跳加快，心律小齐， 血管瘴孪，血压升高一产生冠心病的症状，极强的噪声甚至可能造成死亡。 ( 3 ) 影响正常生活 工厂、施t 机械、交通车辆等产生的噪声都会影响人的正常生活、学习和工作尤其对睡眠、休息 和日常谈话的干扰更为明显。 ( 4 ) 影响生产与安全 噪声极易影响人的情绪，使劳动生产率降低，甚至引起死亡事故。在咱杂的环境中使人情绪烦躁， 注意力不容易集中且易疲劳，影响思考问题，使人反映迟钝诱发工伤事故。 ( 5 ) 破坏设备、建筑物等 大功率噪声会影响仪器设备的正常运行和损坏建筑物：如使仪表读数不准、失灵；金属材料囡声疲 劳而破坏：强烈噪声引起的训- 击波能使楼房等建筑物损坏。 需要说明的是绝对的安静对人体也小利。试验证明，一个人如在无声的密封仓中呆一个小时就有可 能圉为过分寂静而发疯， 4 小时的绝对寂静也可能会便人失去理智。正常的生活、学习工作环境是需 要有合适程度声音的。过分寂静的宇宙环境l 三经成为宇宙飞行中急需解决的难题之一 2 2 3 噪声的评价 噪声对人的干扰与危害是很复杂的，不仅与噪声的强度、频率、持续时间长短等因素有关，而且还 与人们的心理状态、身体状况等有关。在制订控制标准时茸先遇到如何评价的题。 在噪声科研和实际技术1 ：作中经常遇到的两类i j 题是： ( 1 ) 确定声源所辐射噪声大小及其性质，或是在某些已知条件下对声源性能进行预测估计。 ( 2 ) 噪声对人类符种影响的评价与估计。 为解决第一类j u j 题，规定了用来确定噪声大小及其性质的一些物理晕，如声压级、声功率级等，对 噪声进行客观的评价。对第一类u j 题由于噪声对人的影响足多方面的有心理及社会活动等多种因素， 因此表征噪声对人影响的效应小能单采用仪器直接测罱，而是用在一定条件下把噪声的物理特性与人 为规定的主观效成联系起来的办法，从中找出评价噪声对人影响的参数，建立其主观效应与客观物理量 统一的关系一噪声评价数与响度等。 噪声评价数1 9 6 1 年幽际标准化组织推荐采用综合考虑噪声的强度与频率有关的称之为这噪声评 价数n 一的评价方法。m 值由下式确定： 卟字 亿26 一， of) “r 一噪声评价数( d b ) l p 线性计权网络测得的倍频程声压级； a ，b - - - 与倍频程中心频率有关的常数。 2 3 噪声的控制方法一吸声、消声和隔声 噪声是声源以弹性波的形式向空中辐射出来的一种压力脉动。在环境中不积累，也不远距离扩散 一日声源停止发声噪声会立即消失。只有当声源、声青传播途径和接受者三冈素同时存在才会形成 噪声干扰。因此任何噪声控制技术或措施都是以声源控制、传播途径控制和加强保护声的接受者，这 三方面考虑。噪声控制的主要的基本途径是吸声、隔声和消声“。 9 江南人学硕士学位论文 2 3 1 吸声原理及常用吸声材料现状 2 3 1 1 吸声原理 当声波传播到任何一个物体的表面时，总会有一部分能鼍被吸收，转化为热能而逸散。吸收的声能 与入射的声能的比称为吸声系数1 。 声波入射到任何物体的界面时，或多或少都会有一部分声能进入该物体并被吸收掉一部分。当声 波入射到钢筋混凝十顶制天化板或楼板、光华的端面和水泥地面时，大部分声能都被反射同来。操作人 员除了听到机器传来的直达声外，还可听到由半整坚硬的室内表面几次来同反射形成的反射声( 又成混 淆声) 。这两种声音香加，就加强了噪声的强度。当声波入射到一些多孔、透气或纤维性的材料时，声 波则会进入材料从而激起材料空隙中的空气和纤维发生震动，由于摩擦和枯滞阻力以发纤维的导热性 能，一部分声能转化成热能而耗散掉，从而减弱了反射声使总的噪声降低，这时人们听到的主要为直达 声。利用这种措施来降低噪声的方法称之为吸声。按物理性能和吸声方式，吸声可分为多孔材料吸声和 共振结构吸声两人类。前者以吸收高频为主，后者以吸收低频为主。 2 3 1 2 吸声材料及结构 所谓吸声材料就是可以把声能转换为热能的材料，它按吸声机理可分为多孔吸声材料和共振吸声结 构材料两人类。 ( 1 ) 多孔材料”1 多孔材料的结构特征是材料中有许多微小间隙和连续气泡，具有一定的通气性能。当声波入射到多 孔材料时，声能衰减的原冈主要足声波引起小孔或材料纤维之日】空隙【 1 的空气的运动，其次是由于空 气与孔擘或纤维之日j 的热传到所引起的热损失。所以多孔材料的吸声性能与材料内部、材料表面的多孔 性有关。 多孔吸声材料按其选材的物理特性和外观主要分为有机纤维材料，无机纤维材料，吸声金属材料和 泡沫材料四人类： 有机纤维材料早期使用的吸声材料主要为植物纤维制品，如棉麻纤维、毛毡等有机天然纤维材料。 有机合成纤维材料主要是化学纤维，如涤纶棉等。这些材料在中、高频范甬内有良好的吸声性能，但防 火、防腐、防潮等性能较差，且在超高频声波场中，基本上没有任何吸声作用。 无机纤维材料无机纤维材料不断问世，如玻璃棉、矿i 奄棉等。这类材料不仅具有良好的吸声性能 而且质轻、不燃、不腐、价格低廉，但无机纤维吸声材料存在性脆易断、受潮后吸声性能急剧下降、质 地松软需外加复杂的保护材料等缺点。 金幅吸声材料是一种新犁实用t 程材料，于七十年代后期出现于发达t 业国家。如今比较典犁的 金届材料是铝纤维吸声板和变截面金属纤维材料。单一材料吸收高频噪声的性能优异，在配合微穿孔板 或增加空气层后，金属纤维材料的低频吸声性能得到明显改善。在高温、油污、水汽等条件下，仍可以 作为理想的吸声材料。 泡沫材料根据泡沫孔形式的不同，可分为开孔型泡沫材料和闭孔璋! 泡沫材料。前者的泡沫孔是相 互连通的，届于吸声泡沫材料。泡沫材料的发展晟为迅速，开发的种类也相对较多。 ( 2 ) 薄板吸声结构 建筑 j 常用的薄板吸声结构有胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板以及金届薄板等。通常是 把它们的周边同定在端或顶棚的龙骨上，在它们的背后留有空气层，形成了共振吸声结构。当声波入射 到板材上时，如果入射声波的频率和吸声结构的共振频率一致时，薄板就产生共振，也就是声能转化为 机械振动，晟后转化为热能而消耗掉声能。 ( 3 ) 穿孔板吸声结构 穿孔板吸声结构是目前常用的吸声处理方法之一，它是指厚度超过数毫米的非金属板制品，有胶合 板、硬质纤维板、石膏板和石棉水泥板等，在其表面开一定数晕的孔，其后具有一定厚度的封闭空气层 所组成的吸声结构。它的吸声性能足和板厚、孔径、孔距、空气层的厚度以及板后所填的多孔材料的性 质和位置钉关。它的吸声特性足以定的频率为中心呈山形，主要足吸收中、低频的声能，在空腔中填 以多孔材料可以展宽它的吸声频率范用。 穿孔板的吸声原理是：认为孔的两端是自由的，孔和屙空的尺寸和入射声波的波长相比是很小的， 因此4 l n 的空气可以看成是一个质阜，而后空的空气层是密闭的成为一个弹簧所以组成了一个共振 系统。当入射声波的频率和系统的频率丰日当时，系统就激烈的振动，在孔径处的空气质萤产生摩擦而消 o 第二章声波，噪声的基本概念及噪声的控制方法 耗声能”。 根据这种吸声原理可以设计，一面为密实结构，一面为多孔结构间隔织物可以达到这种设计。 密实结构可以达到很好得隔声效果，而多孔结构是良好的吸声结构，综合隔声和吸声性能，有可能达到 好的声学性能。 “) 特殊的吸声结构 帘幕、空日j 吸声体和吸声尖劈都擒于特殊的吸声结构。 帘幕是具有通气性能的纺织品，从本质上说它具有多孔材料的吸声特性，但本身吸声值很小。当它 离开端面一定距离时，对中、高频具有一定的吸声效粜， 由于声波和悬挂空阿吸声体的整体再面都自接触。在投影面积相同的情况下，相应地增加了有效地 吸声面积和边缘效应并且还有衍射效应所以大人的提高了实际地吸声效果，尤其以中、高频吸声效 果地提高最为显著。 吸声尖劈一般是用在声学实验室地消声室中端部面积较小，一般是由玻璃棉或泡沫迥料做成，能 获得宽频带的高吸声效果。 2 3 2 消声 消声是采用消声器来达到降噪效果的。消声器是一种既控制气流通过管道或开口向外传播的噪声， 而又使气流顺利通过的一种消声装置。它是利用声的吸收、反射、干涉等达到降低声源辐射噪声。在工 业噪声与王f 境噪声中自相当部分噪声是由于高速的气流产生的，在声源处控制气流噪声是相当困难的， 而利用消声器控制空气动力性噪声，简单而又有效。 一般消声器分为：阻性消声器，抗性消声器，阻抗复合式消声器等，可以根据分析结果和消声景要 求，选择适当的消声型式并确定消声器尺寸。 2 3 3 隔声原理及常用材料现状 所谓隔声就足利用隔声材辜斗或隔声结构隔离或阻挡声能的传播。把噪声源引起的吵闹环境限制在局 部区域内或者在吵闹的环境r f 一营造出一个安静的场所1 。 隔声作用包括对声的反射和吸收两部分。在噪声控制中，应首先了解两类不同的噪声而后采取不 同的隔声措施。凡是空气中传播的声音隔绝称为空气声隔绝，例如风杌的进排气声，汽笛声等：将机械 振动、物体撞击建筑结构而引起和传播的声音隔绝或减弱，称为撞击声隔绝，例如日常听见的楼板脚步 声，捶击地血等产生的噪声。对声在织物中传播的形式而占，可以分为在纤维内部的晶格( 或声子) 的振 动来传递声波和在纤维问空气介质中的气体分子振动的传播。 不同材料具有小同的透声特性与吸音特性，这主要取决于材料的密实程度与表面声阻抗。一般来讲， 坚硬光滑结构紧密和厚重的材科吸声能力差，反射性能强，如果将其作为隔声材料应用，则其隔声性 能较好。而对于比较松软，且自互相贯穿微孔的多孔材料来说，虽然其吸声性能好，但其反射能力很差， 所以其隔声性能并不一定好。材料隔声性能主要取决于材料对声音的反射和吸收，这两者作用的结合往 往在织物材料中很难达到平衡。 通常采用的隔声犁式有以下几种：隔声门，采用多种材料( 如木和钒皮) 番合在一起做成门扇，其 目的饰声波通过小同材料产生反射；隔声窗，3 口厚玻璃同定窗平均隅声量2 6 8 d b ；声屏障，可以用不 同材料，金属板，泡沫等。 隔声罩经常用传声损失( t r a n s m i s s i o nl o s s 。t l ) 描述。传声损失的定义是入射到结构上的声能和 透过结构能之比的分蚍数，其数学表达式如下“： 儿：l o i g ! f ( 2 7 ) - 为结构传递系数 缈 f = o 彬 ( 2 8 ) 江南人孕硕士学位论文 形为入射声功率，形为透射声功率。 2 3 4 纺织材料隔声机理及纺织隔声材料研究现状 对于织物的隔声机理，织物本身具有一定的隔音能力。织物的隔音效果与原科的品