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纤维材料对不同频率声音隔音效果的研究 第39页 共39页1 引言随着社会的高速发展和人民生活水平的不断提高，人们对生活和工作环境舒适度的要求越来越高。噪声污染作为工业文明危害环境的三大污染之一，成为破坏人们工作和生活环境质量的罪魁祸首。它不仅能够严重危害人的听觉系统，使人易感疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物、机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命1。目前，在室外噪声污染防治与室内音质设计中，隔音材料是一种不可缺少的重要技术材料。因此，寻找能满足现代技术发展需要的，特别是技术性能全面、适用性好的隔音材料，提高控噪工程的质量，改善人居环境，成为人们关注的一项重要工作。纺织材料作为隔音材料使用已有悠久的历史。在交通工具和建筑物装饰等领域中常使用纺织品作为减噪隔声材料。强噪声环境下的作业人员也常使用由纤维集合体制成的减噪耳塞。为了评价纤维材料的隔音效果，生产出更加理想的隔音材料，对于纤维材料隔音机理、隔音效果、隔音性能测试方法的研究，成为一项十分重要的基础性研究。1.1 噪声的基本知识 噪声是声音的一种，对人们的日常生活有害无利。要研究隔音材料的隔音效果及其测试方法，首先应该了解有关噪声的一些基本知识。1.1.1 噪声的危害噪声作为声音的一类，产生于物体的振动，并通过气体、液体或固体等介质以波的形式进行传播2。噪声可以分为工业噪声、交通噪声、建筑噪声、社会噪声等。当噪声强度超过人们生活和生产活动所能允许的程度时就成为噪声污染。噪声是一种不能积累的物理污染，因此很容易被人们忽视。但是，噪声的危害和影响是多方面的，随着现代工业的迅速发展，噪声污染的危害越来越严重：（1）噪声是一种人们所不需要的声音，它不仅影响人们的正常工作，妨碍睡眠，干扰谈话，还会引发各种疾病，影响人们的身心健康；同时也是降低工作人员的劳动效率，导致各种事故的重要原因。（2）噪声会使仪器设备失效甚至损坏。对于小型设备或元件来说，噪声往往是通过壳体直接作用于内部零件；而对于体积较大的设备仪器，噪声除直接通过壳体作用外，还会使仪器设备的外部结构振动，传输到内部的框架，使装置在框架上的零部件受激振动，从而是仪器设备受损。此外，噪声在其他诸多领域的影响也是多样且有害的。1.1.2 噪声的评价噪声的评价是指对不同强度的噪声及频谱特性以及其噪声的时间特性等所产生的危害与干扰程度所作的研究3。噪声评价是为了有效的提出适合人对噪声反映的主观评价量，也是评判吸声降噪效果的手段。在噪声的传播过程中,其变化特性的差异以及人耳对噪声的主观反映是复杂的，因此，人们对噪声的评价也较为复杂。在噪声的物理度量中，声压和声压级是评价噪声的常用量。声压级用于反映声波的强弱，它是人的主观感觉的最直观的反映。声压级越高，噪声越强；反之，噪声越弱。1.1.3 噪声的测试技术要进行隔音材料的研究就必须掌握噪声的声学特性。由于实际噪声源的复杂性、多变性，很难对其进行精确的理论分析和计算，所以，噪声测试分析是研究声学特性的主要手段。在噪声测量分析中常用的技术如下3：（1）确定声级声级包括声压级、声强级和声功率级。声压级和声强级都代表了测点位置处的噪声强弱，声功率级代表了噪声源辐射声能量的大小。声级反映了声音的强弱，是人耳对声音的主观感受的最直接的反映。只有确定了声级，才能了解噪声的强弱，才能更准确地采取方法进行控制。（2）确定噪声谱 由于噪声的频率特征与其产生、辐射和传播都密切相关，因此它为寻找噪声源提供了重要的依据，所以在噪声测量分析中通常采用频谱分析法研究噪声的强度和频率特性。对噪声源进行频谱分析，可以帮助我们找出产生噪声的机制，为有效合理的控制噪声提出科学依据。（3）确定噪声源 在噪声控制中，噪声源的诊断是一项极为重要的工作。确定噪声源的目的就是通过某种手段鉴别测量对象各部分辐射噪声能量的大小，并可进一步探寻发声的根本原因，以便采取有效的措施进行降噪。1.2 隔音材料的基本知识噪声污染时刻影响着人们的生活和身体健康。为了控制噪声，传统的隔音材料一般采用海绵、工业橡胶板等。但是，诸如工业橡胶板等传统的隔音材料一般比较笨重，对可加工性、使用范围等有较大限制。因此，为了满足不同使用环境的要求，提高隔音效果，就需不断推出降噪新材料。其中，纺织纤维及其材料由于具有多孔性、柔软性及弹性、蓬松、加工方法多样等特性，非常适合用作隔音材料。纤维材料具有优越的降噪性能，它不但集吸声与隔声为一体，而且材料质量轻，原料丰富，应用领域广泛。纤维材料在隔音材料领域的开发和应用具有很大潜力。1.2.1 隔音材料的分类隔音材料根据隔音机理的不同，主要分为两大类：一类是吸声材料，另一类是隔声材料。吸声和隔声是两个不同的概念。当声波入射到一些多孔、透气的纤维性材料时，会进入材料从而激起材料空隙中的空气和纤维发生振动，由于摩擦和粘滞阻力以及纤维的导热性能，一部分声能转化为热能而耗散掉，从而减弱了反射声，使总的噪声降低，即为吸声材料4。多孔吸声材料主要以吸收高、中频噪声为主5。隔声材料是靠材料的密实性、坚实性，使声波在隔声结构上反射，要求透过的声能越小越好。即当噪声在传播中遇到一个边界很大的屏障时，会有一部分声能被屏障吸收，一部分声能被反射，其余部分则透出屏障，如果屏障的隔声性能好，则透射的声能小。目前，纺织纤维主要以吸声材料的形式用于降噪领域。近些年来，人们在吸声材料方面开发出了许多新材料和新技术，但关于隔声材料的研究报道却很少。所以，研究隔声材料以及兼顾吸声和隔声性能的材料，并进行推广和使用是一项很有意义的工作。1.2.2 隔音材料的原料早期使用的具有隔音作用的纤维材料主要为植物纤维，如棉、麻纤维等。这些材料对声波段的中、高频范围噪音具有良好的吸收性能，但防火、防腐、防潮等性能较差。随后，无机纤维材料问世，如玻璃棉、矿棉和岩棉等5，这类材料不仅具有良好的吸声性能，具有不燃、不腐等特性，而且较工业橡胶板等传统的隔音材料轻便，从而替代了天然纤维吸声材料。但无机纤维吸声材料在施工安装过程中因纤维性脆，容易折断形成粉尘散逸而污染环境，影响呼吸并刺痒皮肤，因而其应用受到局限。近年来，各种化学纤维也开始用于降噪复合材料的制造，如涤纶纤维、丙纶纤维等，大大改善了隔音材料的降噪性能6。新型无机纤维如玻璃纤维等的应用加速了隔音材料的发展。由于纺织材料原料品种繁多，且成本较低，因此，在隔音材料的制造中，纺织材料的应用正逐渐趋于多样化和合理化。1.2.3 隔音材料的应用现状目前，用于制造隔音材料的纤维种类很多，生产出的隔音产品也是多样的。下面介绍几种不同原料、不同用途的隔音材料。（1）合成纤维类合成纤维主要用于制造汽车内装饰织物、地毯、墙布、织物帘幕等材料7。汽车内装饰织物需要隔声、阻燃等性能。由于纺织纤维具有的特殊吸声效果，常用机织、针织、非织造方法制作各种织物用于汽车内装饰。地毯是地面装饰类纺织品，其丰厚质地与毛绒簇立的表面具有良好的吸音效果，并能适当地降低噪声的影响。由于地毯吸收音响后减少了声音的多次反射，从而改善了声音的清晰程度，使室内的音响设备音乐效果更为丰满悦耳；此外，住房铺设地毯后，室内走动的脚步声也会降低，减少了周围环境的音响干扰，有利于形成一个宁静的居室环境。现在，国内有许多生产地毯的厂家在选择确定纤维原料、毯面厚度与密度时，考虑地毯毛丛的吸音效果以满足不同环境需达到的吸声隔声性能要求。墙布是极好的吸声材料。墙布纤维的多孔结构具有吸收声波的性能。室内各种声响经墙布吸收、衰减后，又以漫反的形式进入到人耳中，声音清晰圆润。织物帘幕是一种具有特殊吸声结构的多孔材料织物。织物组织中的纤维互相交织形成多层结构。这类织物在阻挡外界噪声的同时也能较好地吸收室内音响，声源经过织物后形成漫反射而有所损耗，使声音更加清新悦耳。近年来，各种功能性非织造布的开发与应用在隔音材料方面也有了比较大的突破。各种合成纤维也用于降噪复合材料的制造。这类纺织纤维主要有聚丙烯纤维、涤纶纤维等。如涤纶超短纤维用于室内隔音材料的填料，在发泡材料内加入少量的超短纤维，可以增加一定的表面磨损程度，也可以在填料的表面形成微绒起到一定的隔声效果；又如南通工学院对新型PP纤维/麻复合材料进行了研究，利用低熔点PP纤维和麻进行复合，中间是麻纤维层,上、下表面是PP纤维薄层，这种热塑复合材料具有强度高、隔音、吸音、防腐、绝缘等优良性能，无污染，成本低，应用十分广泛。（2）金属纤维类8-10近几年，金属纤维也开始用于隔音降噪领域。用于降噪领域的金属纤维主要有铝纤维、钢纤维。如日本森本澈研制的新一代铝制吸声板铝纤维吸声板。铝纤维吸声板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。铝纤维吸声板吸声特性好，且具有强度高、抗风、不燃、耐水耐热以及抗冻等耐侯性能，因此，十分适合于户外露天环境和地下建筑中使用，应用十分广泛。国外在汽车内已开始使用一种异形截面金属纤维的吸声材料，国内奥迪、桑塔纳汽车生产厂也开始采用该种材料做消声器芯的汽车消声器。日本丰田汽车公司联合一家化纤公司研制成功一种隔声材料，它通过引进改性的异形纤维来提高传统汽车饰布的隔声性能，在纤维材料中加入惯性负载如重金属粒子铅、铁等。国外对减振、防噪材料的研究主要是针对由铅纤维制成的复合材料。这种材料具有隔音、吸声、减振等多种功能。各种金属复合材料的隔音性能较好，其中铅纤维复合材料的隔音效果尤为突出。美国已开发出一种纤维Polprent，其主要成分是聚酯纤维再加一小部分聚丙烯纤维,通过热粘合方法加工而成非织造布,其本身与其他的非织造布没有任何区别,但在其夹层中加入金属层或金属网,就有了良好的隔音性能。（3）无机纤维类随着无机纤维的问世，吸声材料常采用如玻璃纤维、岩棉纤维、矿渣棉纤维。这类纤维材料不仅具有良好的吸声性能，而且具有不燃、不腐、不易老化、强度高等性能。如以岩棉、聚氨酯等为芯材制作的彩钢复合板（厚50mm），不但隔声性能优良，而且自身轻、美观且维护容易7。由于这类无机纤维具有独特的性能，从而替代了天然植物纤维的吸声材料，在声学工程中获得了广泛的应用。但无机纤维吸声材料存在一些缺点，如在施工安装过程中因纤维性脆容易折断，形成粉尘散逸而污染环境等，在使用条件方面有一定的局限性。目前，国内纺织纤维及其复合材料在隔音降噪领域中的应用还十分有限，应大力开发和推广新的纺织隔音降噪材料，来改善人居环境。1.2.4 隔音材料的发展前景面对人们对生活质量的高质化要求以及现代工业化步伐的加快，人居音效环境亟待改善。要提高隔音材料的综合性能，我们应该走改性纤维以及复合纤维的发展道路7，有效合理的利用复合、改性、后整理等方法，兼顾材料吸声和隔声性能的综合发挥，以研制出新型的多功能隔音材料。除此之外，如何降低生产成本，使生产规模化、产品优质化，也应是今后该领域的研究重点。2 隔音性能的测试方法生活中噪声普遍存在。采用吸声、隔声材料进行降噪在工程中有着广泛的应用，这是减小噪声污染对人类和自然影响的有效手段。不同的噪声源具有不同的频谱特性，对隔音降噪材料的要求也不同。这就要求我们了解吸声、隔声的机理以及对隔音效果的评估测试。了解和掌握这些内容是正确和合理的设计、选择隔音材料，达到最优隔音效果的前提条件。2.1 材料的吸声性能测试11整个测试是在封闭声室中进行的，测试过程示意图如图2-1所示。计算机控制的音频讯号发生器驱动扬声器发出不同强度不同频率的音频信号（信号源），并以平面波的形式向外传播。测试吸声性能时，声波直接进入被测试隔音材料中，经过吸收、反射后，传入声级计中。声级计的声波强度信号通过RS232接口进入计算机，由数据采集软件进行数据采集。通过发射音频讯号的强度与入射声级采集信号强度的比较，来判定不同材料的不同吸声效果。音频讯号发生器数据采集装置吸声材料声级计扬声器图2-1 材料吸声性能的测试过程示意图2.2 材料的隔声性能测试11与吸声性能的测试方法相似，隔声性能的整个测试是在封闭声室中进行的，测试过程示意图如图2-2所示。计算机控制的音频讯号发生器驱动扬声器发出不同强度不同频率的音频信号（信号源），并以平面波的形式向外传播。测试隔声性能时，声波透过传声窗口进入被测试降噪材料中，经过传播、反射、吸收后，传入声级计中。声级计的声波强度信号通过RS232接口进入计算机，由数据采集软件进行数据采集。通过发射音频讯号的强度与入射声级采集信号强度的比较，来判定不同材料的不同隔声效果。音频讯号发生器数据采集装置扬声器传声窗口吸声材料声级计发声室受声室图2-2 材料隔声性能测试过程示意图2.3 吸声系数的测试方法纺织材料具有良好的隔音性能，它主要通过对声音的反射与吸收来阻碍声音的传播。声音在穿透材料的过程中被吸收和反射的吸收分量与反射分量的比例随材料的不同而有所不同。材料的吸声隔声原理如图2-3所示。根据图2-3所示的材料吸声隔声原理图，可得如下结论 12：设入射到屏障上的总声能为，反射声能为，透射声能为，被材料消耗吸收的能量为，则它们间的相互关系为：=+。吸声作用是依靠材料对声音的吸收作用来减少声音的反射，吸声材料的吸声性能通常用吸声系数来表示：=。它表示入射到材料表面上的能量中不被反射的部分所占的比例。吸声系数是衡量材料吸声能力的一个重要标准。因此，熟悉材料吸声系数的测试方法具有重要的意义。实验室测量材料吸声系数的方法很多，如混响室法、驻波管法、传递函数法、声强法等13。但使用较多的主要有两种，一种是混响室法，另一种是驻波管法。A侧材料B侧透射声能，透射声强吸收声能反射声能入射声能入射声强图2-3 材料吸声隔声原理图2.3.1 混响室法混响室法是用于测试材料吸声系数的一种常用方法。在测试过程中，声波从各个方向同时入射到材料结构的表面，因此得到的吸声系数为无规则入射的吸声系数。用于测量吸声降噪材料或吸声结构的混响室需要满足以下要求11：混响室的容积至少大于，最好是，室内最大直线，混响室可用于测量的频率下限为=，而且室内各边界面能有效的反射声波，并使各方向的声波尽可能相等，形成扩散场条件。混响室的形状可以是不规则的，也可以是在室内随机分布地悬挂扩散体，以便得到充分扩散的声场。在放入待测吸声材料或吸声结构之前，需要测取空室的混响时间。然后把被测的材料放在混响室内地面中心部位进行测量，最后根据公式求出无规则入射的吸声系数:=+式中 材料的吸声系数;=混响室放置吸声材料前的平均吸声系数；混响室内表面的总面积()；吸声材料面积()；混响室的体积()；未放置吸声材料的混响时间()；放置吸声材料后的混响室时间()。混响室法测量声波无规入射与实际工程中声波的入射方式较为接近，因此所测得的数据与实际更为相符。但是，在混响室中测量材料吸声系数时，也会出现一些问题13：如各个混响室对同一材料的吸声系数的测量值有时差别较大，致使测量结果不具有可比性；吸声系数的大小随材料面积及其在室内位置等的变化而变化；等。因此，我们需要进一步研究，以改善混响室法测量结果的准确度。2.3.2 驻波管法11驻波管法用于测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度14。用于测试的驻波管是一个具有刚性内壁的矩形或圆形截面的管子，在管的一端放置扬声器，而另一端安放吸声材料，在管中有一根和传声器相连的探管，用以测量探管端部的声压，同时，传声器还与频谱分析仪相接，传声器固定在小车上，以使其往复运动。如图2-4所示为驻波管测试装置图。驻波管法测量吸声系数的工作原理 ：声波以平面波的形式在管内传播，当碰到左端的吸声材料或吸声结构的时候，一部分声波被吸收，另一部分声波被反射。被反射的声波与入射的声波在管中形成驻波。移动传声器的探管，测出管中的驻波声压的极大值和极小值，然后根据公式计算得到吸声系数。被测吸声材料扬声器音频振荡器探管频谱分析仪传声器小车标尺轨道图2-4 驻波管测量吸声材料吸声系数的装置驻波比：=；吸声系数：=为了保证驻波管中的声波是平面波，管子的界面尺寸要比所测的最高频率声波相对应的波长小，其尺寸满足下列要求：矩形管长边的边长，圆形管内径。2.3.3 总结吸声系数的测试方法有很多种，且各有利弊。混响室法测得的是无规入射吸声系数，它能用于测试横向和法向有明显不同结构的材料，与实际情况接近，但要求有较大面积的测试样品，因此有所局限。而驻波管法对材料的正向入射吸声系数可做出精确的测量，测试样品面积较小，容易制作，开发成较本低，但不及混响室法测量接近实际情况。2.4 计权隔声量的测试方法11纺织材料的隔声是利用隔声材料隔离、阻挡声音的传播，把噪声源引起的噪音限制在局部区域或在嘈杂的环境中隔离出一个安静的场所。隔声与吸声不同，好的吸声材料不一定是好的隔声材料，反之亦然。声音穿过隔声材料有两种形式：（1）通过孔洞直接进入；（2）声波撞击到隔声材料引起振动而辐射声音。两种方式均为空气声传声。参照GB/T50121-2005建筑隔声评价标准、GBJ75-84建筑隔声测量规范、GB/T 19889.3-2005声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量、ISO11546-1-1995声学-隔声罩隔声性能的测定-第1部分：实验室测量，测试构件隔声性能的实验室要求如下：（1）实验室是由两个相连的混响室构成，在两个混响室之间有一个安装试件的洞口，如图2-5所示；（2）两间混响室的体积应大于50立方米，两个房间的体积和形状不应完全相同，其体积相差不应小于10%；（3）房间尺寸比例应合理选择，各尺寸中不应有两个相等或成整数比；（4）安置试件洞口的面积取10平方米，试件楼板的面积宜取1020平方米，墙与楼板的短边长度均不应小于2.3米；试件计权隔声量可由公式确定：=。式中：透射系数，即透射声能与入射声能之比。传声器接收室声源室传声器试件扬声器图2-5 隔声室结构示意图计权隔声量是反映隔音材料隔音性能的一个重要指标，对计权隔声量的测量是把握材料隔声性能的关键。2.5 小结纺织材料兼具有吸声和隔声的性能。吸声系数的测试方法和计权隔声量的测试方法分别是针对材料吸声降噪效果和隔声降噪效果进行测定的方法。吸声系数的测试要求声发射源和声信号采集仪在被测定件的同一侧，隔声量测试要求声发射源和声信号采集仪在被测定件的两侧。用于吸声系数测试的驻波管法测试精度高，适应性较宽，可以对尺寸较小的试样进行测试，但是必须购置专门的仪器。混响室法是以一种建筑声材料为主要对象测试材料吸声系数的方法，需要建立一个大型的声学测试房间，测试试件的尺寸比较大，不适用于材料的降噪性能的实验室测试。为了改善人们的生活质量，目前，对于隔音材料的研究越来越受到各国科研工作者的重视。但对纺织材料吸声、隔声性能研究的资料还比较少。国内的研究也只是停留在一些新型和常用的室内装饰纺织材料性能的定性评价上，而且这些研究仅着眼于织物材料的吸声性能，是对整体环境效果的一般评价，而没有针对织物本身的吸、隔声效果和机理的分析。由于在实际噪声防护工作中，经常要求对隔音材料的吸声和隔声性能进行评测，同时，在材料制备的研究中，也要求试样的尺寸尽可能小，以便进行测试。因此，建立一个小型、便捷、可靠、准确的实验室测试系统，兼顾纺织材料吸声和隔声性能的测试，是一项有意义的尝试。本文在现有条件下分别对纤维（棉纤维、涤纶纤维、纽代尔纤维、镀银纤维）、非织造布及机织物进行隔音性能实验，分别测试同种材料在一定容重下，随厚度的变化对不同频率声音的隔音效果变化规律；同种材料在一定厚度下，随容重的变化对不同频率声音的隔音效果变化规律；加入空气层后，非织造布的隔音效果变化情况；同时，根据实验数据，可分析比较相同条件下，不同种类纤维材料的隔音效果差异；通过观察折线图，可看出对于十种不同的声源，随材料参数的变化隔音效果的变化趋势。 3 纺织材料隔音效果的测试与研究设计一个适合实验室测试的简易测试系统，用于测试纺织材料的隔音性能。通过对测试数据的归纳分析，比较纺织材料对不同频率声音隔音效果的差异。这一实验有助于对最佳隔音材料的开发以及隔音材料参数优化设计的了解，对实际控噪工程的发展也有意义。3.1 各部分实验仪器简介（1）实验用噪声源：是在测试仪器可测量频率范围内较接近实际的工业噪声，通过扬声器播放。（2）图1所示的简易装置：该装置主要用于试样和发声装置的放置，使用方法简便。其内径d=56mm，有效长度（可用于固装试样的长度）为120mm，在此范围内能够自由调节试样的厚度和容重。 图1 简易实验装置实物图 图2 AWA6218B型噪声统计分析仪（3）噪声信号采集系统：采用AWA6218B型噪声统计分析仪，如图2所示。AWA6218B型噪声统计分析仪是一种袖珍式高智能化的噪声测量仪器，它采用数字检波技术，频率变化范围为20Hz12.5kHz，声压级测量范围有A、C、Z三种，A为30dB130dB，C为40dB130dB，Z为45dB130dB，时间计权有F、S两种。由于采样间隔设的太大可能会使测量结果偏小，因此建议设为0.05秒。综合以上因素，本测试选择F/A一般测试系统，每组测试时间为10秒，采样时间间隔为0.05秒。使用时注意插拔打印线或传输线时应关闭仪器电源。此外，AWA6218B型噪声统计分析仪可与Up40Ts微型打印机相连，方便数据记录和实验分析，基本实现自动化数据采集记录。实验结果具有一定的可靠性。3.2 测试系统的整体设计如图3所示为隔音性能测试系统的示意图。如图放置实验仪器，将布类试样剪成圆形，纤维类材料按需称量，在材料室中可填入实验设计所需的实验材料，并可根据不同需求进行厚度和容重的自由调节，安放好试样后，打开声源，按下AWA6218B型噪声统计分析仪的启动按钮，即可测试记录下材料隔音后噪声的声压级。通过不同条件下测试声级变化量的比较，可得出纺织材料在不同情况下的隔音效果以及不同纺织材料隔音效果的差异。AWA6218B型噪声统计分析仪材料室声源螺杆旋转阀带孔壁带孔挡板图3 隔音性能测试系统示意图3.3 测试系统的设计要点本实验针对实验室筛选材料的要求，设计了一个小型、简易的测试系统，在声源发射以及声信号采集方面基本实现了自动化。通过分析AWA6218B型噪声统计分析仪的记录结果，决定采用在相同条件下所测试的纺织材料声级的变化量来评价材料的隔音效果，并通过对比来反映相同材料和不同材料隔音效果的变化规律。设计要点：（1）抗干扰性：对纺织材料进行隔音性能测试，即测试纺织材料在某一频率或某一频段范围内吸收声能或阻碍声波传递的多少，也就是声压级降低的程度。因此，对声级检测装置而言，噪声干扰问题值得关注。在隔音性能测试过程中，如果存在不良噪声的干扰，不仅会带来测量的误差，有时甚至还会引起整个测试系统的紊乱。当两种或两种以上的噪音同时存在时，它们会互相干扰而难分辨出所需的声音，从而导致声源失败。所以，在纺织材料隔音性能的测试过程中，排除外界噪声的干扰对于保证测试准确度具有关键作用。排除外界噪声的干扰有两个措施11，其一是测试过程要在一个相对安静的大环境中进行；其二是设计具有良好密封性和隔声效果的封闭声室，最大限度的避免外界噪声对测试结果的影响。（2）防振性：对于小型的纺织材料隔音性能测试装置而言，在进行测试时，需要将此装置平稳的放于某一固定位置，外界的振动有可能通过直接接触传递到测试空间内。为了避免测试过程中由于外界干扰引起的振动而造成测试结果的不可靠性，在放置测试装置的时候，采取被动隔振的方法，即在测试装置的底部垫橡胶垫，隔绝或减弱外界振动能量的传递，以确保测试结果的准确性。（3）测试装置材料的选择：为了能准确的测得纺织材料的隔音降噪效果，声波在测试装置内部的声场应相当于一个扩散声场，使得声波在任意方向的传播都接近于全反射的状态。因此，测试装置的内壁应选择吸声系数很小的材料制成。在测试纺织材料的隔音效果时，测试室内要安装被测试材料，因此，制造测试室的材料应该具有方便安装的特点。考虑到测试装置的轻便、抗振性和隔音的效果，测试装置的材料也不宜选择金属材料。总之，测试方案设计的合理性会直接影响测试结果的准确度。因此，在现有条件下，应尽量使设计方案科学可靠。3.4 测试环境在噪声测试过程中，为了使测试得到的数据准确可靠，不仅要求有精确的测试仪器，而且还要考虑外界因素对测试过程以及结果的影响，如大气压力、温度、风、气流、湿度、本底噪声等。此次实验的测试均是在一个安静的房间内进行的，测试结果均是在外界没有突发干扰的情况下测得的。在进行材料的隔音性能测试之前，对此房间的本底噪声进行了测试，多次测试取平均值，得到此房间的本底噪声级为30dB，而在测试过程中，被测试的噪声级最小值高于40dB，本底噪声级与被测噪声级的差值大于10dB，因此本底噪声不会影响测试结果。此外，测试环境是一个封闭房间，不存在风和气流对测试的影响。而且房间内温度以及湿度的波动范围很小，因此不会影响测试仪器的数据采集，进而不会影响测试结果。3.5 试样准备及测试为了评价纺织材料的隔音效果随各参数变化的规律，需要对纺织材料进行隔音效果分析。在保证其它条件相同的情况下，考虑某一种参数的变化对材料隔音性能的影响。目前，实验可用试样有三类，分别为纤维材料、非织造布和机织物。纤维材料有四种：棉纤维、涤纶纤维、纽代尔纤维和镀银纤维；非织造布有两种：针刺法非织造布和熔喷法非织造布；机织物有两种，为密度不等的两种平纹织物。应用已有实验材料，将纤维类材料按需要称重分组，将织物按需要剪成圆形试样，直径为56mm，再进行分组测试：（一） 纤维材料将四种纤维材料进行分组，第一组：棉纤维，第二组：涤纶纤维，第三组：纽代尔纤维，第四组：镀银纤维。应用电子天平（MP200 Electronic Balance，capacity 200g，精确度0.001g）将每组纤维分别称出3g、6g、9g，待实验使用。测试一：纤维材料厚度一定时，测试随材料容重（单位体积内纤维重量的克数）的变化隔音效果的变化规律。表3-1 测试一的试样参数 组别参数四组纤维材料123厚度（mm）404040质量（g）369容重（g/cm3）0.030.060.09根据现有实验仪器情况，考虑到所持原料的量和仪器固装稳定性等因素，取实验材料厚度l=40mm，仪器内径d=56mm，根据公式，可得实验试样所占体积为，而纤维材料的容重,各种纤维材料试样在3g、6g、9g的条件下，其容重分别为0.03g/cm3、0.06 g/cm3、0.09 g/cm3。试样各参数如表3-1所示。实验时，首先测出40mm不放任何纤维材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入纤维材料后，四组纤维在容重为0.03g/cm3、0.06 g/cm3、0.09 g/cm3时，信号接收端噪声的声压级。根据在不同容重下，声压级减小量大小的比较来评价纤维材料隔音效果的变化规律。测试二：纤维材料容重一定时，测试随材料厚度的变化隔音效果的变化规律。表3-2 测试二的试样参数 组别 参数四组纤维材料123厚度（mm）204060质量（g）369容重（g/cm3）0.060.060.06根据现有实验仪器情况，考虑到所持原料的量和仪器固装稳定性等因素，取实验材料容重为0.06 g/cm3，试样厚度分别为20mm、40mm、60mm，根据容重、可得l与m成正比，因此可得20mm、40mm、60mm厚时，纤维材料的重量分别为3g、6g、9g。试样各参数如表3-2所示。实验时，首先测出20mm、40mm、60mm厚不放任何纤维材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入纤维材料后，四组纤维在容重为0.06 g/cm3，三种厚度情况下信号接收端噪声的声压级。根据在不同厚度下，声压级减小量大小的比较来评价纤维材料隔音效果的变化规律。（二）非织造布将现有非织造布分为两组，第一组：针刺非织造布；第二组：熔喷非织造布。（1）针刺法非织造布测试三：非织造布厚度一定时，测试随容重的改变隔音效果的变化规律。表3-3 测试三的试样参数 组别 参数针刺法非织造布123厚度（mm）404040质量（g）4.3507.25010.150容重（g/cm3）0.0440.0740.103考虑到实验设备尺寸和材料现有量的限制，取厚度为l=40mm，仪器内径d=56mm，实验试样所占体积为，非织造布的容重，针刺法非织造布为纤维毡，试样的平均厚度约为8mm，平均重量约为1.450g，则分别取试样3块、5块、7块，其重量分别为4.350g、7.250g、10.150g，由此可得针刺法非织造布的容重分别为0.044g/cm3、0.074g/cm3、0.103g/cm3。试样各参数如表3-3所示。实验时，首先测出40mm不放任何材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入材料后，容重为0.044g/cm3、0.074g/cm3、0.103g/cm3时，信号接收端噪声的声压级。根据在不同容重下，声压级减小量大小的比较来评价非织造布隔音效果的变化规律。为了探究空气层对材料隔音效果的影响，测试加入空气层后非织造布隔音效果的变化，以达到所耗材料相同时增加隔音效果的目的。测试四：非织造布容重一定时，测试随厚度的改变隔音效果的变化规律。表3-4 测试四的试样参数 组别 参数熔喷法非织造布123厚度（mm）244056质量（g）4.3507.25010.150容重（g/cm3）0.0740.0740.074考虑到实验条件的限制和实验简便的原则，取实验材料厚度分别为24mm、40mm、56mm，由此可得材料容重为0.074g/cm3，l与m成正比，则取试样分别为3块、5块、7块进行测试。试样各参数如表3-4所示。实验时，首先测出厚度为24mm、40mm、56mm不放任何材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入材料后，三种厚度情况下信号接收端噪声的声压级。根据不同厚度下，声压级减小量大小的比较来评价非织造布隔音效果的变化规律。（2）熔喷法非织造布测试五：非织造布厚度一定时，测试随容重的改变隔音效果的变化规律。考虑到实验设备尺寸和材料现有量的限制，取厚度为l=40mm，仪器内径d=56mm，得实验试样所占体积为，熔喷法非织造布的容重，试样平均重量为0.131g，则分别取试样10块、20块、30块，其重量分别为1.310g、2.620g、3.930g，由此可得熔喷法非织造布的容重分别为0.013g/cm3、0.026g/cm3、0.039g/cm3。试样各参数如表3-5所示。表3-5 测试五的试样参数 组别 参数熔喷法非织造布123厚度（mm）404040质量（g）1.3102.6203.930容重（g/cm3）0.0130.0260.039实验时，首先测出40mm不放任何材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入材料后，容重为0.013g/cm3、0.026g/cm3、0.039g/cm3时，信号接收端噪声的声压级。根据在不同容重下，声压级减小量大小的比较来评价非织造材料隔音效果的变化规律。测试六：在非织造布容重一定时，测试隔音效果随厚度的改变而变化的规律。表3-6 测试六的试样参数 组别 参数熔喷法非织造布123厚度（mm）204060质量（g）1.3102.6203.930容重（g/cm3）0.0260.0260.026考虑到实验条件的限制和实验简便的原则，取实验材料厚度分别为20mm、40mm、60mm，根据公式可得材料容重为0.026g/cm3，l与m成正比，则取试样分别为10块、20块、30块进行测试。试样各参数如表3-6所示。实验时，首先测出厚度为20mm、40mm、60mm不放任何材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入材料后，三种厚度情况下信号接收端噪声的声压级。根据不同厚度下，声压级减小量大小的比较来评价非织造布隔音效果的变化规律。（三）机织物（1）白布：平纹 T/C 80/20 4545 9476（2）灰布：平纹 T/C 80/20 4545 11076测试七：测试不同厚度的同种机织物的隔音效果和不同种机织物的隔音效果。表3-7 测试七的试样参数 组别 参数机织物123厚度（mm）101520机织白布经密94根/10cm机织灰布经密110根/10cm由于机织物密且薄，因此取测试样厚度分别为10mm、15mm、20mm，试样各参数如表3-7所示。实验时，首先测出厚度为10mm、15mm、20mm不放任何材料时，信号接收端噪声的声压级，再分别测出放入材料后，三种厚度情况下信号接收端噪声的声压级。根据在不同厚度下，声压级减小量大小的比较来评价机织物隔音效果的变化规律；根据同厚度情况下，不同织物声压级减小量大小的比较来评价两种机织物隔音效果的差异。3.6 数据处理分析3.6.1 音量的影响表3-8 当声源与信号采集装置的距离为20mm、40mm、60mm时所测得的声压级 声源距离（mm）123456789102068.971.770.769.073.771.472.573.872.573.44068.870.870.068.273.070.671.472.770.572.66069.972.371.870.174.572.573.474.673.674.0表3-9 测试间距为20mm、40mm时音量的差值 声源音量差（dB）12345678910间距20mm0.10.90.70.80.70.81.11.12.00.8间距40m00.61.11.10.81.10.90.81.10.6由表3-8可知声源与信号采集装置的距离为20mm、40mm、60mm时噪声的声压级，进而可得到间距为20mm、40mm时的音量差，如表3-9所示，求得音量差的平均值：20mm间距时为0.9dB，40mm间距时为0.81dB,音量相差不超过1dB，因此，间距为20mm、40mm时，音量差基本不变，音量大小在实验过程中的影响是很小的，可以忽略。3.6.2 隔音效果分析对实验所测数据（见附录）进行绘图分析，如下所示：（一）纤维材料测试一：纤维材料的厚度一定时，随着容重的变化隔音效果的变化规律。容重：1. 0.03g/cm32. 0.06g/cm330.09g/cm3图3-1 厚度l=40mm时，棉纤维对不同频率声音的隔音效果随容重变化的规律由图3-1可得：在一定厚度下，棉纤维的隔音效果随容重的增加而变好；对于不同频率的声音，其隔音效果不同；在本实验所测容重增加的过程中，隔音量增加的绝对值在减小；在声音9处材料隔音效果较差，声音5处隔音效果较好。容重：1. 0.03g/cm32. 0.06g/cm330.09g/cm3图3-2 厚度l=40mm时，涤纶纤维对不同频率声音的隔音效果随容重变化的规律由图3-2可得：在一定厚度下，涤纶纤维的隔音效果随容重的增加而变好；对于不同频率的声音，其隔音效果不同；在本实验所测容重增加的过程中，隔音量增加的绝对值变化不太明显，稍有增减；在声音9处隔音效果依然较差，声音5处隔音效果较好。容重：1. 0.03g/cm32. 0.06g/cm330.09g/cm3图3-3 厚度l=40mm时，纽代尔纤维对不同频率声音的隔音效果随容重变化的规律容重：1. 0.03g/cm32. 0.06g/cm330.09g/cm3图3-4 厚度l=40mm 时，镀银纤维对不同频率声音的隔音效果随容重变化的规律由图3-3、3-4可得：在一定厚度下，纽代尔纤维和镀银纤维的隔音效果随容重的增加而变好；对于不同频率的声音，其隔音效果不同，但变化不大；在本实验所测容重增加的过程中，隔音量增加的绝对值变化不太明显；但在声音9处隔音效果依然较差，镀银纤维在声音5处的隔音效果较好。综合以上结果可得图3-5、图3-6、图3-7，显然,在厚度、容重及其他测试条件均相同的情况下，隔音效果：棉纤维纽代尔纤维镀银纤维涤纶纤维。但在容重较小时，棉纤维的隔音效果较其他几种纤维好得多，随着容重的增加，纽代尔纤维和镀银纤维的隔音效果增加很快，越来越接近棉纤维，而涤纶纤维隔音效果的增加幅度始终不大，当容重为0.09g/cm3时，纽代尔纤维的隔音效果与棉纤维几乎相等。对于这四组纤维，在声音9处隔音效果均相对较差，容重为0.06g/cm3和0.09g/cm3时，声音5处隔音效果较好。1.棉纤维2.涤纶纤维3纽代尔纤维4.镀银纤维图3-5 厚度为40mm，容重为0.03g/cm3，其他测试条件均相同时，四种纤维对不同频率声音的隔音效果变化规律1.棉纤维2.涤纶纤维3纽代尔纤维4.镀银纤维图3-6 厚度为40mm，容重为0.06g/cm3，其他测试条件均相同时，四种纤维对不同频率声音的隔音效果变化规律1.棉纤维2.涤纶纤维3纽代尔纤维4.镀银纤维图3-7 厚度为40mm，容重为0.09g/cm3，其他测试条件均相同时，四种纤维对不同频率声音的隔音效果变化规律测试二：纤维材料的容重一定时，随着厚度的变化隔音效果的变化规律。厚度：1. 20mm2. 40mm360mm图3-8 容重为0.06g/cm3时，棉纤维对不同频率声音的隔音效果随厚度变化的规律由图3-8可得：在一定容重下，棉纤维的隔音效果随厚度的增加而变好；对不同频率的声音，其隔音效果不同；在本实验所测厚度增加的过程中，隔音量增加的绝对值有所减小，但也不是十分明显；在声音9处，隔音量变化较明显，厚度为20mm、40mm时，在声音5处隔音效果相对较好。 厚度：1. 20mm2. 40mm360mm图3-9 容重为0.06 g/cm3时，涤纶纤维对不同频率声音的隔音效果随厚度变化的规律由图3-9可得：在一定容重下，涤纶纤维的隔音效果随厚度的增加而变好；对不同频率的声音，其隔音效果不同；在本实验所测厚度增加的过程中，隔音量增加的绝对值增加。厚度：1. 20mm2. 40mm360mm图3-10 容重为0.06 g/cm3时，纽代尔纤维对不同频率声音的隔音效果随厚度变化的规律厚度：1. 20mm2. 40mm360mm图3-11 容重为0.06 g/cm3时，镀银纤维对不同频率声音的隔音效果随厚度变化的规律由图3-10、图3-11可得：在一定容重下，纽代尔纤维和镀银纤维的隔音效果随厚度的增加而变好；对不同频率的声音，其隔音效果不同，但变化不是很大；在本实验所测厚度增加的过程中，隔音量增加的绝对值有所增加。综合以上结果可得图3-12、图3-13、图3-14，显然,在厚度、容重及其他测试条件均相同的情况下，隔音效果：棉纤维纽代尔纤维镀银纤维涤纶纤维。纽代尔纤维和镀银纤维对不同频率声音的隔音效果变化曲线趋于平行。随着厚度的增加，四种纤维的隔音效果均在增加，但在40mm时，声音9处的隔音效果相对较差。1.棉纤维2.涤纶纤维3纽代尔纤维4.镀银纤维图3-12 厚度为20mm，容重为0.06g/cm3，其他测试条件均相同时，四种纤维对不同频率声音的隔音效果变化规律1.棉纤维2.涤纶纤维3纽代尔纤维4.镀银纤维图3-13 厚度为40mm，容重为0.06g/cm3，其他测试条件均相同时，四种纤维对不同频率声音的隔音效果变化规律1.棉纤维2.涤纶纤维3纽代尔纤维4.镀银纤维图3-14 厚度为60mm，容重为0.06g/cm3，其他测试条件均相同时，四种纤维对不同频率声音的隔音效果变化规律（二）非织造布（1）针刺法非织造布测试三：非织造布的厚度一定时，随容重的变化隔音效果的变化规律；探究耗材相同时，加入空气层对隔音效果的影响。容重：10.044g/cm32. 0.074g/cm33. 0.103g/cm3图3-15 厚度l=40mm 时，针刺非织造布对不同频率声音的隔音效果随容重变化的规律由图3-15可得：在一定厚度下，针刺非织造布的隔音效果随容重的增加而变好；在本实验所测容重增加的过程中，隔音量增加的绝对值增加；对不同频率的声音，其隔音效果不同；在声音9处隔音效果较差，声音5处隔音效果较好。1. 布/空气层/布 2无空气层图3-16 所用材料质量为4.350g不变时，针刺非织造布的隔音效果与空气层的关系由图3-16可得：在所耗材料一定的情况下，加入空气层，针刺非织造布的隔音效果变好；但依然是在声音9处隔音效果较差，声音5处隔音效果较好。因此，对于针刺非织造布，所耗材料一定时，加入空气层有助于隔音效果的优化。测试四：非织造布的容重一定时，随厚度的