吸聲降噪材料在棉花公檢實驗室中的應(yīng)用研究

郭 全 張 海 王 波 劉濱璐 紀(jì)曉杰

［國家棉花質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（青島），山東青島，266000］

噪聲作為當(dāng)今世界三大污染源之一，對我們的生活影響越來越大。這主要包括兩個方面，首先是對我們身體健康的影響，包括聽覺系統(tǒng)的破壞和神經(jīng)系統(tǒng)的損傷等［1］，其次還會加快機(jī)械結(jié)構(gòu)老化速度，從而影響儀表和設(shè)備的精確度及使用壽命，嚴(yán)重影響建筑物的使用安全性［2］。對于棉花公檢實驗室來說也同樣存在這兩方面的問題。由于棉花品質(zhì)檢驗的特殊性，連續(xù)工作時間長、空間封閉，噪聲污染就顯得尤為突出，采取適當(dāng)?shù)奈暯翟氪胧┦呛苡斜匾?，也是未來實驗室智能化改造的研究方向?/p>

1 吸聲降噪材料的分類

根據(jù)材料的作用機(jī)理，可以將吸聲降噪材料分為阻尼材料、吸聲材料和隔聲材料三大類［3］。

1.1 阻尼材料

阻尼材料主要用于抑制固體結(jié)構(gòu)的振動，是一種能將聲波振動或者機(jī)械振動產(chǎn)生的能量通過材料的熱效應(yīng)等轉(zhuǎn)化成熱能被耗散掉或者位能被存儲起來的材料。阻尼材料又分為黏彈性高分子阻尼材料、金屬類高阻尼材料和復(fù)合型阻尼材料。

1.2 吸聲材料

吸聲材料主要靠吸收空氣中的聲音來降低噪聲。聲波傳播到材料的界面時，很少一部分聲能被材料邊界面反射，大部分聲能在材料內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能被耗散掉或者轉(zhuǎn)化為振動能沿材料的邊界傳遞轉(zhuǎn)移。吸聲材料主要包括多孔性吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)兩大類，其中多孔性吸聲材料對高頻聲波吸聲性能優(yōu)異，而共振吸聲結(jié)構(gòu)對低頻區(qū)聲波吸聲性能優(yōu)越。常用的吸聲結(jié)構(gòu)一般有薄膜、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)和穿孔板、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)等。

1.3 隔聲材料

隔聲材料的主要功能是阻斷空氣中聲音的繼續(xù)傳播，也就是增加聲波被反射的能量，盡量減少通過該材料的能量。

2 吸聲降噪材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前，吸聲降噪材料廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，大到摩天大樓中的離心水泵、體育娛樂場館、艦船艙室、工廠，小到汽車、空調(diào)、冰箱、抽油煙機(jī)等都有涉及。阻尼材料最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，由于其抑制固體結(jié)構(gòu)振動的特點，在大型離心機(jī)、公共娛樂場館、艦船飛機(jī)汽車等的艙室得到廣泛應(yīng)用。生活中，為了降低噪聲，使用的吸聲材料一般能夠吸收10 dB～20 dB，再加上墻壁等設(shè)施的隔聲材料作用（例如一些纖維基質(zhì)的吸聲材料），能夠很大程度地改善我們的居家生活環(huán)境［4］。但尚未查閱到棉花公檢實驗室應(yīng)用的相關(guān)資料。

未來的吸聲降噪材料將趨向于多種功能于一身的復(fù)合型降噪材料，在研發(fā)超材料和超結(jié)構(gòu)的同時，降低生產(chǎn)成本，研發(fā)新工藝，加強(qiáng)對綠色環(huán)保吸聲降噪材料的研發(fā)。如一種以棕櫚中空原纖為原料發(fā)明的棕櫚原纖非織造吸聲材料，其制取簡單、成本低廉，同時又帶有棕櫚纖維本身的香氣，還有一定的抑菌性，可生物降解。

3 棉花公檢實驗室中的吸聲降噪措施

3.1 控制方式

一般來說，對噪聲的控制主要有噪聲源控制、傳聲途徑的隔斷、噪聲受體的防護(hù)等3 種方式。其中，在傳聲途徑上進(jìn)行吸聲降噪控制是目前最常用、最有效的方法。根據(jù)棉花公檢實驗室的實際情況，通過隔斷傳聲途徑達(dá)到吸聲降噪的目的也是我們目前最關(guān)注的問題。為了保障HVI 設(shè)備檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，對設(shè)備內(nèi)部主要發(fā)聲部件（電機(jī)、真空泵等，即噪聲源）不做改動。為方便檢驗員的操作，我們對人員防護(hù)也不做過多處理。

3.2 主要控制的噪聲類型

低頻噪聲是指頻率在500 Hz 以下的聲音，或者稱為中低頻噪聲，生活中主要來源于交通出行噪聲（發(fā)動機(jī)、胎噪等）、電梯轎廂、中央空調(diào)等［5］。因此，可分析出棉花儀器化的公檢實驗室主要噪聲類型是由恒溫恒濕空調(diào)、HVI 電機(jī)和真空泵等發(fā)出的低頻噪聲。由于聲音在空氣中傳播時，其衰減與頻率的平方呈正比，因此低頻噪聲在空氣中傳播時的衰減很小，導(dǎo)致這一類型噪聲相對更難處理。

3.3 吸聲降噪材料的選取及其處理措施

在采取吸聲降噪處理前，應(yīng)先對實驗室發(fā)聲源、空間聲場、聲音傳播規(guī)律進(jìn)行分析，而后選出最適合的吸聲材料和吸聲降噪措施［6］。通過對棉花公檢實驗室噪聲源和噪聲類型的分析，我們主要從設(shè)備和環(huán)境兩方面選材并采取相應(yīng)吸聲降噪措施。

一是考慮在HVI 設(shè)備表面貼附阻尼材料或在四周安裝共振吸聲結(jié)構(gòu)，如國產(chǎn)化HXD2 型機(jī)車多孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)等，在空調(diào)出風(fēng)口稍遠(yuǎn)處加裝共振吸聲結(jié)構(gòu)，既有效抑制了固體結(jié)構(gòu)振動發(fā)聲，又可以阻斷在空氣中傳播的低頻噪聲。

二是考慮在實驗室四周墻面，貼裝類似于壁紙的機(jī)織物結(jié)構(gòu)纖維基吸聲材料，再通過對墻體表面的處理，對反射后聲音進(jìn)行有效阻斷。這是一種非常成熟的噪聲控制技術(shù)，雖無明確的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但在各類涉及建筑環(huán)境吸聲的教材或書籍中均有相關(guān)內(nèi)容的論述，已廣泛應(yīng)用于噪聲治理工程中［7］。對于實驗室吊頂和地板，考慮采用吸聲天花板和吸聲地板。

由于實驗室屬封閉環(huán)境，在選材時主要考慮綠色環(huán)保材料，避免對實驗室空氣質(zhì)量造成二次污染；盡量選取耐火材料，保證棉花實驗室的消防安全。通過查閱文獻(xiàn)，符合條件的材料主要有以下幾種：一是鈦科絲板［8］，它主要應(yīng)用在天花板上，具有無毒、無放射性、不會滋生細(xì)菌以及釋放有害物質(zhì)的特點，是一種綠色的室內(nèi)裝飾吸聲材料；二是纖維基柔性吸聲降噪材料，這一類材料具有結(jié)構(gòu)疏松、材料輕薄，加工性能好，可加工成各種形狀，而且排列規(guī)則、分布均勻；三是叢生竹地板或毛竹地板［9］，該材料主要以原生竹類為原料，由于竹類本身具有質(zhì)輕、多孔、疏松等結(jié)構(gòu)特點，因此非常適于制作吸聲降噪材料。又因為竹材本身具有抗菌除臭功能，還能達(dá)到凈化環(huán)境的目的。吸聲降噪的核心工作主要集中在吸聲結(jié)構(gòu)和吸聲板材的選取上，目前這些類型的材料款式眾多，材料的最終選取還需要大量的試驗數(shù)據(jù)做支撐。通過安裝適合的吸聲降噪材料，最終實現(xiàn)實驗室環(huán)境噪聲的大幅改善［10］。

4 數(shù)據(jù)的采集與上傳

吸聲降噪措施是實驗室智能化改造的重要組成部分。未來，我們希望通過聲信號傳感器及控制器，將現(xiàn)場采集的改善后實驗室聲音數(shù)據(jù)上傳至智能化實驗室的網(wǎng)絡(luò)層，再通過平臺層對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析存儲后，讓應(yīng)用層的移動端APP 和PC端能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控實驗室的聲音質(zhì)量。

5 結(jié)語

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，HVI 檢驗室的噪聲總平均值為 68.13 dB（A），超過了 GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的55 dB（A）限值。雖然超標(biāo)不多，但是噪聲的作用具有累積效應(yīng)。隨著時間的推移，這種作用不斷累積，當(dāng)身體出現(xiàn)不適時，很可能是不可修復(fù)的永久性損傷。因此，提早做好吸聲降噪處理勢在必行。

在棉花公檢實驗室中應(yīng)用吸聲降噪材料尚屬首次討論，各項措施大多處于起步規(guī)劃階段，有些想法還不成熟，因此，我們也期待與吸聲降噪領(lǐng)域的專家在實驗室智能化改造過程中進(jìn)行合作共建。雖然尚處于探索階段，實際投入使用的時間周期較長，但是本著以人為本的實驗室建設(shè)核心，邁出這一步只是時間問題。