改善可持續(xù)保溫材料的吸音性能：天然麻纖維

與傳統(tǒng)的合成纖維材料相比，天然纖維是可再生材料，可用于建筑結(jié)構(gòu)，噪聲控制工程和聲學(xué)處理。天然纖維由于其良好的吸濕性而主要用于建筑行業(yè)，如果天然纖維也能同時用于聲控，那么這種材料的市場應(yīng)用前景將會得到大大提升。盡管合成纖維材料的研究已有近五十年，但是我們對天然纖維的了解還很有限。天然纖維受多種物理特性的影響會產(chǎn)生多種不同的變化，因此在數(shù)值建模中會有多種不確定性，在聲學(xué)處理的設(shè)計過程中會很復(fù)雜。

本文研究討論了在大麻纖維材料生產(chǎn)過程中增強其聲學(xué)性能的可能性，并研究了每種不同生產(chǎn)方式對該材料的物理特性及其吸聲系數(shù)的影響。此外，本文通過使用Castagnède開發(fā)設(shè)計了一種簡化數(shù)學(xué)模型，通過流體動力學(xué)計算方法，根據(jù)給定密度的參數(shù)，可以相對精確地評估大麻纖維材料在不同壓縮率下的物理和聲學(xué)性能。為了能夠評估具有高壓縮率的材料，即高密度和低孔隙率，本文的簡化數(shù)學(xué)模型還提供了用于計算空氣的一維線性方程式，并引入指數(shù)校正系數(shù)來修改流動電阻率。在每個不同的生產(chǎn)階段，測量了五個不同密度和厚度的大麻纖維樣品（如圖1所示），并對實驗結(jié)果進行比較，簡化數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計算結(jié)果能夠預(yù)測所有實驗參數(shù)，具體包括：空氣流動阻力，曲折度和法向入射吸聲率。同時使用反向演算從實驗數(shù)據(jù)中確定了大麻材料的粘性和熱特征。對比驗證突出顯示了數(shù)值計算方法獲得的結(jié)果與實驗物理參數(shù)之間的良好一致性。本文所提出的方法具有簡單和實用特性，但在最高密度下以及對于具有粗糙纖維的材料，預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)有一定的偏差。實驗結(jié)果和數(shù)值結(jié)果之間的差異與從同一樣品的不同測量獲得的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差相當(dāng)。此外，本文所做的法向入射的吸聲實驗也和Johnson-Champoux-Allard模型計算的結(jié)果進行了比較，以旁證本文所用到的簡化數(shù)學(xué)模型的整體可靠性。

圖1 研究中使用的一種大麻纖維（a）為松散大麻纖維（b）為在試驗臺內(nèi)d纖維材料樣品（c）為用于限制樣品架中纖維的金屬網(wǎng)

資料來源：Santoni et al 2019, Applied Acoustics Journal, iss. 150, pp 279–289.