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第 38 卷 第 1 期 白聪等： 含三聚氰胺多孔材料分层复合介质吸声特性 77
电路分析时，电路结构复杂，容易出错，尤其是对于
0 引言 穿孔板还需要做修正。
Wang 等 [10] 将多孔材料和弹性板组合形成双
近年来，科研工作者对多孔材料吸声特性进行
层复合板结构，基于 Biot 理论结合传递矩阵方法推
了大量的研究，多孔材料一般可以充当吸声结构的
导了声波垂直入射的吸声系数，详细分析了多孔材
填充层，实际工程中大都采用多孔材料与其他高分
料流阻、厚度、压缩率参数对吸声特性的影响。Liu
子薄膜、弹性板或者空腔复合，形成分层复合结构，
等 [11] 使用微穿孔板、多孔材料、空腔组合成复合结
使得声波在复合结构中逐层衰减，可以达到较好的
构，先根据马大猷提出的理论模型计算微穿孔板声
吸声效果，在建筑、航空、交通工具等工程领域有广
阻抗，和 Johnson-Champoux-Allard(JCA) 提出的
泛的应用 [1] 。相比传统的聚氨酯材料，三聚氰胺泡
等效流体模型计算多孔材料声阻抗，并结合传递矩
沫属于高开孔率多孔材料，有着优良的吸音、隔热、
阵数学方法推导了多层复合结构的吸声系数，最后
防火和环保特性，可作为新一代的声学材料。研究
通过阻抗管实验对理论结果进行了验证。文中详细
者开始使用三聚氰胺泡沫与其他弹性板、空腔复合
探讨了空气层厚度和微穿孔板的穿孔率对复合结
形成复合结构，例如：三聚氰胺泡沫可以和毛毡、纤
构吸声特性的影响。刘新金等 [12] 、宁景锋等 [13] 采
维、金属箔和塑料薄膜等模压在一起制成轮廓填充
用 Johnson-Allard(JA) 模型和波动学理论，建立声
部件，作为隔音器、消音器、隔热板等结构的吸声或
波在分层介质中传播方程，推导了多孔材料背衬刚
隔声材料 [2−3] ，也可作为层压式吸音单元，安装在 性壁面和多孔材料背衬空气介质的双层复合结构
汽车引擎罩的下方用于空腔填充，或者铺设在车身
的垂直入射吸声系数，详细分析了多孔材料孔隙率、
端壁前以及传输通道内，用于发动机机舱消音。 流阻率和空气背衬层厚度等参数对双层结构吸声
已经有许多学者对含多孔材料复合结构的 特性的影响。但是，JA等效流体模型不考虑多孔材
隔声特性做了研究。Bolton 等 [4] 首次采用 Biot 理 料骨架和空气流体的耦合作用，对于其中的一些参
论 [5−6] 较完整地建立了复合板结构隔声特性理论 数需要做修正。
模型，以聚氨酯芯层双层复合板作为算例，分析含多 赵松龄 [14] 通过实验研究，对比了采用玻璃纤
孔材料 -空气 -弹性板复合结构的隔声特性，并通过 维布和塑料薄膜分别作为护面层时，泡沫塑料块
实验验证了该理论计算结果具有较高的精度。在此 垂直入射吸声系数，指出薄膜护面层适合中低频范
基础上，Liu [7] 同样对三层聚氨酯芯层复合板结构 围。但是文中并没有给出泡沫塑料多孔材料的具
隔声量进行了研究，计算了六种不同布局的复合结 体声学参数，后来学者很难进行理论计算、定性分
构隔声量。詹沛等 [8] 采用传递矩阵法推导了隔声量 析多孔材料加了薄膜护面层后的吸声特性。姜生
计算公式，给出了空气层与多孔材料对复合结构的 等 [15] 将穿孔板与氯化聚乙烯 (CPE)/七孔涤纶短
隔声特性影响。 纤 (SHPF) 薄膜材料复合形成多层孔膜结构，同样
在实际使用中，多孔材料经常和空气层、薄膜 采用驻波管实验测试了多层孔膜复合结构的吸声
结合形成非均匀复合结构，可以在较宽频率范围内 系数，详细分析了穿孔板与 CPE/SHPF 薄膜采取
获得令人满意的吸声效果。目前，对于此类复合结 不同组合方式的吸声特性。如果仅采用实验研究法，
构的吸声特性，国内外学者也展开了理论与实验研 费时费力，成本高，测量结果受实验条件影响较大。
究，主要有声电类比法 [9] 、传递矩阵法 [10−11] 、解析 综上所述，已有的研究局限于分析垂直入射吸
法 [12−13] 、阻抗管实验法 [14−15] 。Pieren 等 [9] 使用 声特性，不考虑声波从其他角度入射的效果，而无规
声电类比法推导了多层纤维材料和空腔复合结构 入射吸声系数是声波从各个角度入射时的平均值，
的垂直入射吸声系数计算公式，以双层纤维多孔材 更加符合工程实际应用。以往的理论和数值分析大
料加空腔复合结构为例，计算了垂直入射吸声系数， 多采用 JCA或者 JA等效流体模型来对多孔材料进
通过阻抗管实验验证了理论模型结果的正确性，并 行建模，不考虑空气 -骨架耦合作用，是一种简化的
且优化了纤维材料的流阻、质量、厚度等参数。但 模型，结果不够精确。特别是针对含薄膜护面层复
是，采用声电类比法时，如果对含有的空腔进行等效 合结构的吸声特性研究，大多采用实验方法，既费时
