Desarrollo de materiales absorbentes de sonido poroso

1. Historia de los materiales absorbentes de sonido

Los humanos se han dado cuenta durante mucho tiempo de que las telas pueden bloquear efectivamente el sonido, por lo que desde la prehistoria hasta la época egipcia e incluso romana, las personas han estado utilizando telas, cañas, heno, etc. como materiales que absorben el sonido para eliminar los ecos y resistir el ruido, haciendo que las personas se sientan más cómodas. Estos materiales son esencialmente materiales de fibra orgánica, y las pequeñas brechas entre ellos los convierten en materiales naturales que absorben el sonido, y los materiales absorbentes de sonido de fibra orgánica todavía están desempeñando su papel hasta el día de hoy.

En la antigüedad, muchos países y pueblos han logrado grandes logros en la investigación acústica y han acumulado mucha experiencia, pero la investigación sobre materiales absorbentes de sonido siempre ha sido limitada. La investigación científica sobre materiales fonoabsorbentes está estrechamente relacionada con la teoría del diseño acústico de interiores. Finalmente, en 1898, W.C. Sabin fundó la teoría de la reverberación, y señaló que la absorción del sonido juega un papel decisivo en la reverberación de una habitación, y el desarrollo de materiales absorbentes de sonido entró en una nueva era.

De 1910 a 1915, trabajó con la compañía, primero desarrollando una cerámica porosa, y más tarde un ladrillo poroso, para la Iglesia de Santo Tomás y la Iglesia Riverside en Nueva York. Para "maximizar la suavidad y riqueza del sonido del órgano", sugirió usar tableros de fieltro y alambre de 1 pulgada de grosor espaciados a 1/4 de pulgada de distancia en la sala de música; para absorber frecuencias bajas, sugirió usar un revestimiento interior muy delgado de madera de 1 pulgada de espesor de espacio. Se puede decir que sentó las bases para la investigación de la acústica moderna de la habitación.

la acústica de mi país comenzó en 1929. Después de que el profesor Ma Dayou fundara el Laboratorio de Investigación Acústica en 1957, la investigación acústica de mi país ha progresado sustancialmente. Bajo la dirección del profesor Ma Dayou, mi país propuso la teoría del cuerpo absorbente de sonido microperforado y desarrolló un silenciador de pequeño orificio para reducir eficazmente el ruido del flujo de aire. Y estableció la ley de presión del ruido del flujo de aire. Ha sentado una base sólida para el desarrollo de la acústica en mi país.

En la década de 1950 la gente comenzó a estudiar la psicología del sonido. Del efecto Haas en 1951, la audiencia binaural a fines de la década de 1960

A partir del concepto y los indicadores como la claridad y el coeficiente de correlación binaural IACC propuesto en la década de 1970, estas teorías proporcionan un apoyo teórico confiable para la disposición precisa de los materiales absorbentes de sonido. Durante este período, la investigación sobre materiales absorbentes de sonido comenzó a ser profunda y meticulosa. El estudio de los materiales absorbentes de sonido también implica otras propiedades además del rendimiento sonoro. Factores como las propiedades mecánicas, térmicas y ópticas de los materiales, la resistencia a la humedad, la resistencia al fuego, el mantenimiento, la construcción y los efectos artísticos de los materiales, y la selección y ubicación de la instalación de los materiales absorbentes de sonido se están volviendo gradualmente más precisos. En el diseño del teatro, la audiencia también se estudia en detalle como un gran absorbente de sonido.

De acuerdo con las características sonoras de los materiales sueltos y porosos, las personas han creado materiales que absorben el sonido, es decir, materiales porosos que absorben el sonido. Los materiales porosos son los materiales absorbentes de sonido más utilizados en la actualidad. Sus tipos incluyen materiales inorgánicos y orgánicos fibrosos porosos absorbentes del sonido. materiales, materiales absorbentes de sonido porosos similares a espumas, materiales absorbentes de sonido porosos granulares, etc. Con el desarrollo y la innovación de la acústica y la tecnología, la investigación dedicada de los trabajadores acústicos y el desarrollo del mercado, habrá nuevos materiales porosos que absorben el sonido. En la actualidad, los materiales porosos que absorben el sonido se utilizan ampliamente en salas de conferencias, salas de conciertos, auditorios y otros edificios con altos requisitos de sonido.

2. El principio de los materiales porosos absorbentes de sonido

El llamado material poroso fonoabsorbente es que este tipo de material está compuesto por costillas sólidas y microporos o huecos. Los materiales porosos que absorben el sonido tienen una gran cantidad de microporos o huecos interconectados, y los poros son pequeños y se distribuyen uniformemente dentro del material, abriéndose hacia afuera y profundizando en el interior del material. El mecanismo de absorción del sonido es que cuando la onda sonora es incidente en la superficie del material, una parte de ella se refleja en la superficie del material, y la otra parte penetra en el interior del material y se propaga hacia adelante. La fricción ocurre en la pared de la costilla o el agujero, y la energía sonora se convierte en energía térmica y se disipa debido a la viscosidad y el efecto de conducción de calor. Después de que la onda de sonido se refleja en la pared rígida, cuando pasa a través del material y regresa a la superficie, parte de la onda de sonido se transmite al aire y parte de la onda de sonido se refleja de nuevo en el material. Hace que el material absorba parte de la energía del sonido. Las ondas sonoras de alta frecuencia pueden acelerar la vibración de las partículas de aire en el espacio, y el intercambio de calor entre el aire y la pared del orificio también se acelera. Esto hace que el material poroso tenga buenas propiedades de absorción de sonido de alta frecuencia.

3. Clasificación de los materiales porosos fonoabsorbentes

Los materiales porosos que absorben el sonido tienen mejores efectos de absorción del sonido y son los materiales absorbentes de sonido más utilizados. Inicialmente, estos materiales eran principalmente materiales orgánicos como el cáñamo y el algodón, y ahora son principalmente lana de vidrio y lana de roca.

3.1 Materiales de fibra

Los materiales de fibra se dividen principalmente en materiales absorbentes de sonido de fibra orgánica y materiales absorbentes de sonido de fibra inorgánica de acuerdo con sus propiedades físicas y apariencia.

3.1.1 Materiales de fibra orgánica

Los materiales tradicionales que absorben el sonido de la fibra orgánica tienen buenas propiedades de absorción del sonido en el rango de frecuencia media y alta, y se dividen aproximadamente en fibras animales y fibras vegetales. Los materiales de fibra animal incluyen principalmente alfombras de fieltro y lana pura, que se caracterizan por un buen rendimiento de absorción de sonido y un magnífico efecto de decoración, pero son caros y rara vez se usan. Materiales de fibra vegetal, como materiales de fibra natural orgánica como tablero de fibra de caña de azúcar, tablero de fibra de madera, tablero de fibra de madera de cemento y materiales de fibra química como fibra de acrilonitrilo, fibra de poliéster, melamina, etc., pero estos materiales tienen poca resistencia al fuego, resistencia a la corrosión y resistencia a la humedad. , la aplicación está restringida por las condiciones ambientales.

3.1.2 Materiales de fibra inorgánica

Los materiales de fibra inorgánica incluyen principalmente lana de roca, lana de vidrio, lana de escoria y lana de fibra de silicato de aluminio, etc. Debido a su buen rendimiento de absorción de sonido, peso ligero, sin polilla, sin podredumbre, sin combustión, sin envejecimiento, etc., han reemplazado gradualmente los materiales tradicionales de absorción de sonido de fibra natural que se han utilizado ampliamente en ingeniería acústica. Sin embargo, debido a que la fibra es frágil y fácil de romper, el polvo de fibra resultante volará en el aire y el polvo formado picará la piel, contaminará el medio ambiente y afectará la respiración, que es su desventaja en la aplicación. En comparación con las fibras orgánicas sintéticas, las fibras de vidrio y las fibras naturales no son fáciles de envejecer, lo que solía ser una ventaja del rendimiento del material de fibra de vidrio, pero desde la perspectiva de la protección del medio ambiente, el material no es fácil de degradar, por lo que eventualmente se convertirá en residuos sólidos. contaminación secundaria del medio ambiente.

3.2 Material de espuma

Los materiales de espuma incluyen principalmente plástico de espuma de arroz, plástico de espuma de poliuretano, espuma de vidrio y concreto aireado. De acuerdo con las diferentes formas celulares de materiales de espuma, se puede dividir en células cerradas, células abiertas y células semiabiertas. Las espumas de celda cerrada se llaman espumas de celda cerrada, las que están conectadas entre sí se llaman espumas de celda abierta, y las que están conectadas y cerradas son espumas de células semiabiertas.

3.2.1 Espumas de celda cerrada

El material de espuma metálica con estructura de celda cerrada está representado por aluminio espumado de celda cerrada. El coeficiente de absorción de sonido del aluminio espumado de celda cerrada es relativamente bajo, porque es difícil que las ondas sonoras lleguen al interior de los poros e interactúen con él. Solo hay algunas grietas y microporos. No se puede utilizar como un buen material absorbente de sonido.

3.2.2 Espumas de células semiabiertas

La espuma de aluminio de celda semiabierta se puede preparar mediante infiltración a alta presión, y durante su preparación, se puede lograr la conectividad de poros esperada controlando los parámetros de preparación.

3.2.3 Espumas de celda abierta

La porosidad y la forma de los poros se pueden controlar controlando la forma y el tamaño de las partículas, y se pueden hacer materiales de alta porosidad. Dado que el material de espuma de celda abierta tiene una estructura de canal compleja y vacíos internos ásperos, tiene una alta resistencia al flujo, por lo que las espumas de celda abierta tienen una alta resistencia al flujo. El rendimiento general de absorción de sonido de la espuma de aluminio celular es mucho mejor que el de las celdas cerradas.

3.3 Materiales particulados

Los materiales granulares se dividen principalmente en bloques y placas. Los bloques incluyen principalmente ladrillos absorbentes de sonido de escoria, ladrillos absorbentes de sonido de perlita expandida y ladrillos absorbentes de sonido de terracota, que se utilizan principalmente para silenciadores con grandes secciones de mampostería. El tablero incluye principalmente tablero decorativo absorbente de sonido de perlita expandida, que es liviano en peso, no combustible, preservación del calor, aislamiento térmico y baja resistencia. Sin embargo, el efecto de absorción de sonido de los materiales granulares es relativamente pobre, por lo que generalmente se utilizan en ocasiones con altos requisitos de resistencia a la humedad y protección contra incendios.

3.4 Materiales metálicos

Los materiales porosos que absorben el sonido producidos con polvo metálico como materia prima son nuevos materiales absorbentes del sonido que han aparecido en los últimos años, como los paneles absorbentes de sonido de metal Carrom producidos en Japón. Su ventaja es que tiene la resistencia del metal, y se puede doblar y cortar con herramientas simples. Pero la mayoría de estos materiales son delgados y necesitan confiar en la cavidad detrás.

4. Perspectivas futuras

Ahora, después de estudiar la relación entre la forma de la superficie del material absorbente de sonido y el coeficiente de absorción de sonido, la gente ha inventado el material absorbente de sonido poroso en forma de cuña, que puede mejorar la absorción de sonido y la pérdida de transmisión en una determinada banda. Y los materiales absorbentes de sonido de fibra han comenzado a mostrar su fuerte vitalidad debido a su bajo costo, y los materiales absorbentes de sonido de tipo partícula también han comenzado a aprovechar sus ventajas duraderas en entornos especiales.

Con el fin de reemplazar los materiales absorbentes de sonido de fibra mineral que son perjudiciales para la salud, Alemania desarrolló por primera vez una placa microperforada, una estructura verde y eficiente de absorción de sonido de resonancia. Tiene amplias perspectivas de aplicación en el control de ruido en la industria, especialmente en entornos extremos con alta temperatura, alta intensidad sonora o en entornos especiales con altos requisitos de limpieza, por lo que también será una dirección de investigación que continuará desarrollándose en el futuro, especialmente la expansión de la absorción de ruido. Investigación sobre ancho de banda acústico y ruido de baja frecuencia, uso de diferentes materiales o estructuras derivadas microperforadas-paquete de tubos flexibles estructura de absorción acústica de placa perforada, y el desarrollo de placas y estructuras microperforadas en diferentes proporciones ambientales

Como aplicaciones en alta temperatura, alta intensidad de sonido y otros entornos, tiene una amplia gama de perspectivas de aplicación.

Con el progreso de la sociedad, las personas tienen requisitos cada vez más altos para la calidad del medio ambiente sano. Un solo material fonoabsorbente ya no puede cumplir con los requisitos de protección del medio ambiente y absorción acústica de alta eficiencia. Entre los desechos sólidos industriales, debe fortalecerse la investigación sobre la preparación de materiales que absorben el sonido a partir de desechos sólidos a granel, como escorias de alto horno, cenizas volantes y gangue de carbón, y debe explorarse más a fondo la posibilidad de preparar materiales que absorben el sonido a partir de escorias de acero, relaves en polvo, desechos de construcción, etc. como materias primas. , para realizar la preparación de bajo costo y la aplicación industrial de materiales que absorben el sonido.

En el futuro, los materiales acústicos "respetuosos con el medio ambiente" y "seguros" serán el foco del desarrollo. La protección del medio ambiente ecológico y el desarrollo sostenible son el foco de la renovación arquitectónica en el nuevo siglo, y también son el tema principal de la investigación mundial en el siglo 21. La producción de materiales que absorben el sonido que son inofensivos para el cuerpo humano, se pueden reciclar y son altamente eficientes tiene buenas perspectivas de aplicación. Al mismo tiempo, también se debe prestar atención al diseño estético del producto, de modo que el material absorbente del sonido sea práctico y ornamental.