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如何实现材料声特性的设计及数据管理

2019-07-10 21:33:41·  来源：试验那点事  作者：冯涛  
　
一、声学工程中经常面对的难题... 1 多数噪声的低频段声能量高，而单一均质的材料，不论薄厚，低频段的吸声量与隔声量却都很小2 声学工程往往会对材料的中低频声
一、声学工程中经常面对的难题...    

1 多数噪声的低频段声能量高，而单一均质的材料，不论薄厚，低频段的吸声量与隔声量却都很小

2 声学工程往往会对材料的中低频声学特性提出特定的要求，但却没有根据需求实现材料声特性计算设计的平台

3 现有的计算模型功能单一、适用面窄，声学材料的设计开发基本依赖于实验，效率极低

4 尽管知道多层材料可以改善材料整体的声特性，但难以获得优化组合方案

5 众多材料的声特性数据无法有效管理，难以为其他声学设计软件提供可靠的物性参数

二、为需求而设计-变“地毯轰炸”为“精确制导”        

2.1 中低频-声学材料的“痛”

实际工程中，噪声能量大多集中在中低频段，其中很多情况还会呈现出明显的窄带特性如图1，但常用材料的声特性又如何呢？图2是它们随频率变化的一般趋势，可以看出，频率越高，材料的吸隔声特性越好，但却与图1噪声能量的频率分布正好相反。增大材料厚度可以整个频率段的吸隔声量，却并非针对低频噪声频谱特点，有效提高材料低频段吸隔声特性，就像是地毯轰炸，但现在地球人都知道，精确制导才是效果最佳、效率最高的方式。

图1

图2

2.2 不懈地追寻

马大猷先生提出的微穿孔板吸声材料可通过微穿孔板的结构设计实现特定要求的吸声特性，还有很多中外学者一直在研究探索材料声特性的优化设计方法，材料吸隔声特性的“精确制导”，一直以来都是声学研究人员追求的目标。单纯的理论计算与实际差距较大，完全的试验摸索又导致设计效率极低。什么时候可以实现特定目标下材料声特性的设计？怎样才能实现设计结果与实测基本一致？有没有可能不再要求设计人员必须具备深厚的声学理论基础？等等…大家一直都在苦苦追寻。

2.3 MultiLayer-让声学材料可以“精确制导”

MultiLayer以多层材料中声传播理论为基础，建立了数值与实验混合的材料声特性计算模型，在基本声学材料库的基础上，实现了新型多层声学材料的创新设计。MultiLayer可兼顾准确和效率，实现了材料声特性的优化设计。特别适用于声学工程中材料吸隔声特性的设计计算、安装方法的影响评价、多层材料声特性的预估以及新型声学材料的生产制造等工程应用领域。

三、MultiLayer特色优势        

1 有限材料类型满足无限声学需求

2 材料低频声特性设计，定向应对低频噪声顽疾

3 立足实际材料特性，推算无限设计组合

4 无缝融合实测数据，自行扩展材料数据库

MultiLayer材料声特性设计及数据管理软件简介

选择合适的声学材料是实现声学工程设计目标的重要手段。下图是四种材料的吸声系数随频率变化曲线。从图3中可以看出，频率越低，单一均质材料的吸声量越小；将多种单一均质材料多层复合，则有可能获得较好的低频声学特性，下图所示的泡沫-铝板多层复合材料相比于单纯地泡沫材料其低频吸声特性有了很大改观。但在目前的声学工程领域一直以来都缺乏一套专业的软件平台，可以围绕特定吸隔声目标，实现材料声学特性的设计优化。 
图3

MultiLayer以多层材料中声传播理论为基础，建立了数值与实验混合的材料声特性计算模型，在基本声学材料库的基础上，实现了新型多层声学材料的创新设计，是多层材料低频吸隔声特性优化设计的有效平台。

1 工程中常用声特性参数的种类

- 刚性壁背衬条件下吸声系数或声表面阻抗率 

- 空气层背衬吸声系数或声表面阻抗率 

- 材料传声损失 

2 软件适用的声学材料

- 纤维材料，包括玻纤、纺织纤维、金属纤维、毛毡等

- 多孔材料，包括塑料泡沫、金属泡沫、珍珠岩等

- 薄板材料（含穿孔板），金属、塑料、其它材料

3 软件平台的特点

- 基础材料数据可定制

- 材料有限，组合无限

- 实验与数值混合模型，计算预测结果与实测更为接近

- 以多层组合方式实现材料声特性优化设计

4 软件的主要功能

- 两种设计模式，人机交互式，自动优化

- 基本材料库可定制，方便扩展

- 显示模式多样

- 数据导出方式多样（吸声、隔声、声表面阻抗率）

5 应用领域

- 运输工具（汽车、高铁及飞机）舱室声学包设计

- 多层材料低频吸隔声特性设计优化

- 机电产品低噪声设计

- 其它需要使用声学材料的场合
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