（1）多孔材料吸聲機理總述

多孔材料的吸聲機制主要是孔隙表面的黏滯損耗和材料的內在阻尼。首先，當空氣壓入或抽出開口多孔結構時，會產生黏滯損耗，而閉孔則會大大減小吸收；其次，材料中存在著內在的阻尼耗散，即聲波在材料自身內部傳播時每個周期波的部分能量損耗。大多數金屬和陶瓷的內在阻尼能力都較低，而聚合物及其泡沫體中的內在阻尼則較高

在多孔材料中，聲波的衰減機制可分為幾何因素和物理因素兩個部分。幾何因素包括由于波陣面的擴展，聲波通過界面時的反射、折射以及通過不均勻介質（不均勻尺度與波長尺度可相比擬）時造成的散射所引起波動振幅的衰減；物理因素是與多孔材料的非完全彈性直接有關的衰減，也稱為固有衰減或內摩擦。

第一類因素（幾何因素）：由于孔隙介質的厚度有限，由波陣面的擴散引起的衰減可以忽略，其中主要是反射及散射所引起的波動振幅的衰減。聲波是P波，入射后經不均勻介質產生散射，在介質內部經過不規則反射，除產生反射的P波外，同時還會出現反射的S波成分向不同方向傳播并彼此干涉，最后轉化為熱能而消耗，使聲波發生衰減。

第二類因素（物理因素）：主要是指多孔材料內部的耗散，包括摩擦、黏滯效應等，內在耗散主要與多孔材料的微結構（比表面積、孔隙表面的粗糙程度和孔隙的連通性）、孔隙內部流體以及聲波頻率等均有關系。Biot理論指出，孔隙中的流體對于聲波的傳播有重要影響。黏滯流體中，在流體與固體之間的分界面上會出現耦合力，這種力使流體和流體與固體組合之間產生某種差異運動，從而引起能量的損耗，造成衰減。

如果流體無黏滯，則在流體與固體之間的分界面上不出現黏滯耦合力；如果流體非常黏滯，則存在巨大的耦合力以阻止差異運動。衰減與流體的黏滯性有關。對于空氣，由于黏滯性較低，此時主要應考慮內部摩擦所引起的能量耗散，主要的影響因素為多孔材料的微結構。

（2）多孔材料吸聲機理展述

在多孔材料中，固體部分組成材料的骨架，而流體（液體或氣體）可在相互連通的孔隙中運動。研究發現，當聲波入射到多孔材料表面時，一部分被表面反射，另一部分則透入內部向前傳播。在聲波進入開孔泡沫體的傳播過程中，其產生的振動引起孔隙內部的空氣運動，造成空氣與孔壁的相互摩擦。由于摩擦和黏滯力的作用，相當一部分聲能轉化為熱能，從而使聲波衰減，達到吸聲的目的。其次，孔隙中的空氣和孔壁之間的熱交換引起的熱損失，也使聲能衰減。研究還發現。多孔材料也可通過聲波射入多孔體的孔隙表面發生漫反射而干涉消聲。此外，通過結構設計，在多孔材料后面設置空腔（背腔），也可提高其低頻吸聲特性，其機理主要是亥姆霍茲吸聲共振器原理：入射聲波的頻率與多孔結構的固有頻率相吻合，產生共振，從而引起較大的能量損耗。

聲波進入多孔材料后碰到孔壁會發生反射和折射，能量較小的低頻聲波產生彈性碰撞而有較小的能量損失，因此吸聲系數（吸收聲能與入射聲能之比）較低；能量較大的高頻聲波則因其振幅較大而可能產生非彈性碰撞，于是具有較大的能量損耗。反射或折射后的聲波如仍有較高能量，則可再次與孔壁產生非彈性碰撞，直至原有入射聲波的大部分能量變成熱能散失到環境中。

如上所述，多孔材料的吸聲機制主要包括材料本身的阻尼衰減，流體在孔隙間的熱彈性壓縮和膨脹、孔隙內流體與孔壁摩擦的黏滯耗散等。在聲波的傳播和吸收過程中，作用機制需要考慮材料的結構形態和應用環境，情況不同則各個影響機制發揮作用的程度也不同。

按照吸聲機理，吸聲材料可分為共振吸聲結構材料和多孔吸聲材料兩大類，目前所研究的吸聲材料平均吸聲系數均大于0.2，而平均吸聲系數大于0.56的稱為高效吸聲材料。

共振吸聲結構材料主要為亥姆霍茲共鳴器式結構，其利用入射聲波在結構內產生共振而使大量聲能得以耗散。而多孔吸聲材料則能使大部分聲波進入材料，具有很強的吸聲能力，進入的聲波在傳播過程中逐漸消耗。共振吸聲結構利用了共振原理，因而吸聲頻帶較窄，而多孔材料的吸聲頻帶就較寬。

共振吸聲結構材料的主要應用為微穿孔板（厚度小于1mm，穿孔率約1％～5％，孔徑為0.1mm級），共與后背空腔（背腔）組成微穿孔吸聲體。單層的穿孔板具有很強的共振效果，入射聲波頻率與系統共振頻率一致時穿孔板頸的空氣產生激烈振動摩擦，加強了吸收效應并形成吸收峰，聲能得到顯著衰減；入射聲波頻率遠離共振頻率時吸收作用減小。

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