复合隔声设计

单层墙隔声量受质量定理限制，如使用相同的材料，墙的厚度增加一倍，隔声量只增加6dB，厚度再增加一倍，隔声量也还只增加6dB。显然越是到后来，为了得到6dB 的隔声量付出的代价就越大，自然也越不经济，所以如何能用较少的材料获得足够的隔声能力，这就成为大家所关心的问题。目前常用的双层墙就是一个比较行之有效的方法。
　　对于如左图所示的一个双层复合隔声板。即假定在左图所示的模型中，一平面波pi 在流体媒质（空气或液体）1 中以θ角入射到厚度为l1 的固体媒质2中，再通过厚度为D 的媒质3，（其中媒质3 可以是空气，也可以是多孔吸声材料）到厚度为l2 的固体媒质4 中，后形成透射波pt。
　则可由上述材料参数，计算该复合结构的隔声性能如下图所示。可以看到，当这两块板中加入合适的吸声材料后，可大幅提高构件的隔声性能。

阻尼的温度变化特性
在外力不变的情况下，随着温度从低到高，分子的流动性增加，微观上呈现出不同的分子运动形式，宏观上，聚合物将经历玻璃态、橡胶态和黏流态三种力学状态。下图为聚合物的温度形变曲线。
当温度较低时，分子处于“冻结”状态，几乎不能运动，只有链内原子的键长、键角改变，以及某些侧基、支链和小链节的运动，即只有分子链构型的变化而没有构象的变化，链段运动的松弛时间几乎为无穷大。因此这时的材料，质硬而脆，类似于坚硬的玻璃，故名玻璃态。材料处于玻璃态，不能耗散能量，而将能量作为位能储存起来，外力除去后，储存的能量释放出去，重新返回外界。
随着温度的升高，进入玻璃态和橡胶态（高弹态）之间的过渡区，称玻璃化转变区。玻璃化转变不是热力学的相变而是一个松弛过程，在玻璃化转变区，分子链开始“解冻”。分子的运动空间变大，运动变得活跃起来，出现了链段的运动，这是产生阻尼作用的运动
形式。因为体系的黏度还很大，分子内摩擦力仍然较大，机械能通过分子的内摩擦而转化为热能，因此链段的运动具有不可逆性，除去外力之后，链段无法完全恢复到原来的状态，产生*形变，聚合物表现出黏性行为。外力作用到黏性成分上的那一部分机械能不能返
回外界，转化为热能而被耗散掉，这就是材料的内耗或阻尼。本质上来说，内耗指的是高分子的键角、键长、基团、链节、链段等各运动单元沿力的作用方向取向为克服内摩擦阻力而耗散掉的能力。在这个区域内，聚合物的松弛特性比较显著，分子基团具有一定的自由度，能够大量吸收振动能量。同时在该区域，材料的模量随温度升高而*降低，损耗因子则达到一个较大值，即阻尼峰值，此时所对应的温度称为玻璃化转变温度，通常用Tg来表示，而后损耗因子*下降。玻璃化转变区形变虽然*增加，但高聚物由坚硬的固体变得柔软而有韧性，虽然链段的滑移会*变形，但整个分子链并未滑动，因此材料仍保持宏观完整的形态。通常而言，玻璃化转变区的温度范围就是材料有效阻尼的温度范围。因而玻璃化转变区在阻尼材料研究中非常重要，作为理想的粘弹性阻尼材料应该有较宽的转变区和较高的内耗峰，而且，转变区的温度范围应和材料的工作温度范围一致。
继续升高温度，进入橡胶态，也称高弹态。在橡胶态，分子链的运动更加自由，不断改变其构象，从蜷曲状态变为伸展状态，但仍以链段运动为主，不是整个分子链的运动，未出现分子链的滑移，形变具有可逆性。处于橡胶态的高聚物柔软而有弹性，宏观上变形很大，受较小的力就可以发生很大的形变，外力除去之后分子链又重新恢复到原来的蜷曲状态，形变可恢复，无*变形。
从以上讨论可知，粘弹阻尼材料的阻尼作用主要发生在玻璃化转变区。这是由于只有温度与Tg 重合才能产生的阻尼效果。阻尼作用产生需要两个条件：一是大分子的链段运动，二是分子运动的内摩擦阻力。没有链段的运动，分子运动的内摩擦阻力就无法显示；
有了内摩擦阻尼，分子链段的运动就不能完全恢复，才能产生能量的损耗。在玻璃化转变区，既有较为明显的链段运动，又有较大的分子内摩擦阻尼，这才会出现显著地阻尼作用。因此在设计阻尼材料时，就是调节阻尼材料的玻璃化温度，使其与工作温度吻合。聚合物玻璃化温度是链段开始运动的温度，玻璃化温度与高分子链的柔顺性和分子之间的作用力有关。影响玻璃化温度主要因素有：
1）分子结构的影响。这是影响高聚物玻璃化温度的主要因素。
2）共聚与共混。共聚与共混通常用来调节玻璃化温度，获得所需要的玻璃化温度范围。例如可以由高Tg 的聚合物与低Tg 的聚合物共聚或共混，得到合适的Tg 范围较宽的阻尼材料配方。
3）增塑剂的影响。加入增塑剂会使分子间作用力僐弱，增大分子链段运动的空间，因此玻璃化温度Tg 下降，玻璃化温度转变区变宽，硫化胶的硬度和模量下降。
4）外界条件。外界条件主要包括升温速率、外压力和频率。一般而言，玻璃化温度随着升温速率的增加、受压缩以及频率的升高而增大。

隔声是声波传播途径中的一种降低噪声方法，它的效果要比吸声降噪明显，所以隔声是获得安静声环境的有效措施。根据声波传播方式的不同，通常把隔声分成两类：一类是空气声隔声；另一类是撞击声隔声，又称固体声隔声。一般把通过空气传播的噪声称为空气声，如飞机噪声、汽车喇叭声以及人们唱歌声等。利用墙、门、窗或屏障等隔离在空气中传播的声音就叫做空气声隔声。建筑因机械振动中通过结构产生和传播而来的噪声，如楼板上行走的脚步声、桌椅的拖动声、小孩蹦跳以及开关门窗时的碰撞声等，称为撞击声，又叫结构声或固体声。利用弹性阻尼材料进行隔振或减振的方法来隔离在结构中传播的撞击噪声就叫做撞击声隔声。
一般说来，建筑隔声构件的表面应该是比较坚硬密实的材料，对于入射其上的声波具有较强的反射，使透射的声波大大减小，从而起到隔声作用。而吸声材料的表面一般是多孔松软的，对入射其上的声波具有较强吸收和透射，使反射的声波大大减小。这是吸声材料和隔声材料的主要区别。
隔声材料如果按照使用场合分类的话，可主要分为建筑用隔声材料、隔声器件以及产品设备内的隔声等。对于空气声建筑隔声材料主要包括墙、门、窗等。这些材料由于主要用于建筑隔声用，它建成后不需要搬动，也不会对重量有较高的要求，因此这类材料一般具有较大的密度和较为经济的成本。而对于产品设备的隔声材料，如乘用车、高速列车、飞机等舱室内隔声材料，需要采用像隔声垫一样的隔声材料。这些材料一般由高分子聚合物构成，由于隔声的质量定理和这些产品的轻量化要求，因此这些隔声垫的密度需要根据实际情况设计。
隔声材料在实际设计和应用时，首先是要求设计噪声频带范围内隔声量尽可能大，结构尽可能轻薄的隔声结构；同时在实际使用中还需要考虑现场密封以及其他组合结构对整体隔声的影响。

在工程中，常见一些动力机械的外罩、管道、船体、车体等，它们大多是金属薄板制成的，这些薄板受到激振后，能辐射出强烈的噪声。这类由金属薄板结构振动引起的噪声称为结构噪声。控制结构噪声一般有三种方法：种是减小激励力；其次是通过修改结构的参数，以错开结构固有频率和激励力频率；*三则是增加系统的阻尼，以抑制结构振动减小噪声，这种措施称为阻尼减振。相比较而言，在大多数工程实际中，阻尼减振技术是上述三种方案中经济、简单以及有效的办法。
　　粘弹性阻尼材料的主要成分是高分子化合物，通常也被称之为高聚物或聚合物，由于它同时具有黏性液体和弹性固体的特征，故又称之为粘弹性材料。凡是以聚合物作为基体材料的阻尼材料，习惯上称之为粘弹性阻尼材料。粘弹性阻尼材料是能量蓄积能力（弹性部分）和能量损耗能力（黏性部分）以不同比例结合的材料。在经受交变应力的作用时，作用到弹性成分的机械能像位能那样存储起来，然后再返回外界，材料表现为弹性。而作用到黏性成分的另一部分能量则不返回外界，由于材料的内耗，转化为热能而被耗散掉，振动的幅值随时间*衰减，从而起到减振作用，辐射的噪声也因此而降低。
　　粘弹性阻尼材料的阻尼能力用它的动态力学性能表征，有:
M*=M+jM' β=M'/M (1)
式中：M*为复数模量，如杨氏模量、弯曲模量等；M为复数模量实部，称为储能模量；M'为复数模量虚部，称为耗能模量；β(tanδ)为损耗因子；δ为相位角，也称损耗角。

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