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声学材料_图文_百度文库

作者:四人打麻将时间:2020-07-04 01:41

  声学材料 ? 王斌 ? 中南大学材料学学与工程学院 目录 吸声材料 ? 2 声光材料 ? 3 吸波材料 ? 4 扬声器材 ?1 1.1吸声材料原理 ? ? 吸声材料是可以吸收由空气传递的声波能量的 建筑材料。 为了改善声波传播质量,保持良好的音响效果 和减少噪音,在音乐厅、影剧院、大会堂、播 音室等室内的墙面、地面、顶棚等部位,应用 吸声材料。 1.2吸声材料现状及发展 ? 人们对声环境的要求已 经愈来愈高。噪声危害 着人们的听力、睡眠、 生理、心理,社会对吸声 材料的需求量迅猛增长, 同时也对吸声材料的性 能提出更高的要求。 1.2吸声材料现状及发展 ? 吸声材料必须实现从过去单一吸声功能向高吸声 性、装饰性、经济性和环保性等多功能转变 1.3吸声材料分类 ? ? ? ? ? ? 1.穿孔吸声材料 2.矿棉吸声板 3.阻燃轻质吸收材料 4.纤维喷涂 K-13喷覆式材料 5.空间吸声体 6.反声罩 1.3.1穿孔板吸声材料 ? ? 穿孔板吸声结构是用穿孔的胶合板、纤维 板、金属板或石膏板等为结构主体,与板 后的墙面之间的空气层(可填充多孔材料) 构成吸声结构。 穿孔板结构吸声的频带较宽,对中频的吸 声能力最强。 1.穿孔板吸声材料原理 ? 经钻孔处理后的材料, 增加了有效吸声表面 面积,同时使声波易 进入材料深处,从而 材料的吸声性能。穿 孔板后面贴附玻璃棉 更增强了吸声效果。 “帕特”穿孔木制吸声 板 2.复合穿孔吸声板的应用 1.3.2矿棉吸声板 矿棉吸声板是以矿渣 棉为主要原料,加入 胶粘剂、防尘剂和憎 水剂经加压成型、烘 干、固化、切割、贴 面等工序而成。具有 保温、吸声、抗震、 不燃等特性。 矿棉吸声板 1.3.3阻燃轻质吸声材料 ? 该材料是由天然植物 纤维素,如碎纸、废 棉絮等经防火和防尘 处理,吸声保温性能 接近玻璃棉。现场喷 粘或成品铺装而成。 阻燃轻质吸声材料 1.3.4纤维喷涂 K-13喷覆式材料 ? K-13是由天然植 物纤维经化学处理而 成的喷涂式吸声、隔 声、保温材料。 ? 天然植物纤维经 特殊化学处理后具有 防火性,抗压性及防 霉、防虫蛀的特性。 1.K-13系列喷涂式声学材料种类 K-13系列喷涂式声学材料包括:K-13、Sonaspray “fc”、Celbar、 Protek-13及Sonakote五个品种,分别适用于体育馆、会议厅、游泳馆 等各种需要作声学及保温处理的场所。 K-13:材质较为细腻,主要应用于6米以上的高层空间。如:体育场 馆、会展中心的屋面底层。 Sonaspray “fc”:材质非常细腻,装饰效果美观大方,主要用于会 议室、学校、礼堂等较低空间的屋面底层。Celbar材质较为粗糙,主要 用于隔墙、电梯井等无需外露的地方。 Protek-13:外表面坚实,可冲洗,抗磨损;主要用于走廊、墙壁等 较易受到损坏的地方。 Sonakote:材质细腻,可冲洗,为Sonaspray “fc”的高一级产品, 主要用于游泳馆、滑冰馆等水汽较重及装饰性很强的场所。 2.纤维喷涂 K-13喷覆式材料应用 纤维喷涂 K-13喷覆式材料 1.3.4空间吸声体介绍 ? ? ? 空间吸声体具有较高的吸声效率。 空间吸声体具有更大的有效吸声面积(包括空 间吸声体的上顶面、下底面和侧面)。 声波在吸声体的上顶面和建筑物顶面之间多次 反射,经多次吸收提高了吸声效率。 空间吸声体应用 空间吸声体主要用 于降低厅堂和工厂 车间内的混响时间 与混响场声级,具 有设计灵活、简单, 使用安装方便、美 观等许多优点。 空间吸声体 1.3.5反声罩 ?反声罩由上顶反声板、后反声板和侧反 声板三部分组成,充分地利用自然声能, 而不使用扩音设备,避免声音失真。 ?反声罩采用复合铝蜂窝结构,由预成型 的盒状面板和背板与铝合金蜂窝芯材热压 复合成型。 反声罩的应用 反声罩是音乐 厅不可或缺的 建筑声学结构, 是在乐队演奏 或独唱中改善 剧场声学条件 的设备。 声学材料 2.声光材料 ? 2.1 声光材料的发展史 ? 2.2 声光材料的原理 ? 2.3 声光材料的分类 ? 2.4 性能及影响因素 ? 2.5 应用领域 ? 2.6 展望及研发 2.1声光材料的发展史 ? ? ? ? ? 1922年,L.N.布里渊在理论上预言了声光衍射。 1932年 P.J.W.德拜和F.W.席尔斯以及R.卢卡斯和 P.比夸特分别观察到了声光衍射现象。 1966年到1976年期间,声光衍射理论、新声光材 料及高性能声光器件的设计和制造工艺都得到迅 速发展。 1970年,实现了声表面波对导光波的声光衍射, 并研制成功表面(或薄膜)声光器件。 1976年后,随着声光技术的发展,声光信号处理 已成为光信号处理的一个分支。 2.2声光材料的原理 ? ? 声光材料是具有声光效 应的材料。 超声波引起介质的局部 弹性应变,随时间和空 间作周期性变化,介质出 现疏密相间的现象,如 同一个相位光栅,当光 通过这种状态的介质时 就会发生衍射现象,这种 现象就是声光效应。 2.3声光材料的分类 液态 固态 水 玻璃 晶体 声光材料的分类 ? ? ? 声光材料有 液态和固态。 水是很好的声光互作用介质。其他液态材料因 对声波和热的作用易于产生骚动而不能保持稳 定的光学性能和声衰减过大没有使用意义。 固态材料包括玻璃和晶体两类,是目前使用较 多的声光材料。 2.3.1声光玻璃材料的优点 ? ? ? ? ? ? 玻璃是最常用的声光介质材料。玻璃介质具有某 些突出的优点: (1)易于批量生产,易得形状各异的大尺寸块体; (2)退火后, 其光学均匀性良好, 光损耗小; (3)易于加工; (4)价格低廉。 价格低廉是玻璃被广泛地用作声光介质的最主要 原因之一。 声光玻璃材料的缺点 玻璃介质主要缺点是: ? 难以获得折射率大于2.1 的透明玻璃。 ? 玻璃的弹光系数都小。 两个原因造成玻璃的声 光优值较低;而且玻璃 中声衰减与频率的二次 方成正比,玻璃只适用 于声频低于100MHz的 声光器件。 声光玻璃 2.3.2声光晶体材料 ? ? ? 单晶介质是应用最多的声光材料,声衰减系数 小,适宜用来制造频率高于100MHz的高效率 声光器件。 各向异性使单晶材料选择声模和光模的最佳组 合来获得独特声光性能。 晶体生长技术相当复杂,难于获得实用的大晶 体,生产成本高,研究周期长,耗资大。 声光晶体材料种类 ? 其中常用的声光晶体材料为:Te02、PbMo04、 GaP、LiNbO3、Tl3AsS4、Tl3AsSe4、Ge和 GaAs。而前两种尤为重要,下面详细介绍。 二氧化碲(Te02)声光晶体材料 ? 二氧化碲单晶属四 方晶系,点群为 422,空间群为P4, 2,2,具有变形金 红石结构。单晶具 有压电、声学和光 学等多种性能。 二氧化碲(Te02)晶体 2.4性能及影响因素 ? ? ? ? ? ? 一种优良的声光材料,须具备下列条件: 1)在使用光波范围内有良好的光学质量和透 明度; 2) 容易获得大的尺寸,化学稳定好、机械强 度高; 3) 光学和声学衰减低; 4) 声速的温度系数低; 5) 声光优值高。 2.5声光材料的应用领域 ? ? 声光材料主要应用在以下几个方面:声光调制器, 声光 偏转器,声光滤波器 声光器件在信息方面也有重要应用,如脉冲压缩、光学 相关器和射频频谱分析等。 ? 声光调制器,改变超 声波的强度便可改变 经声光材料衍射的衍 射光束强度。从而实 现对衍射光的强度调 制。 光纤耦合声光调制器 ? 声光偏转器,改变声 波的驱动频率便可改 变衍射光束的方向, 用这一原理可制成高 速偏转光束的声光偏 转器。 声光偏转器 ? 声光滤波器,声光衍 射原理在许多方面与 透射型衍射光栅相似, 而声光光栅常数可以 用电控改变,完全有 可能制成电子调谐分 光计。 声光可调滤波器 2.6展望及研发 ? ? 在过去的多年的时间里,由于许多介质材料 的声光性能不断提高和新声光介质的出现, 促使声光器件的性能取得了很大的提高,并 为人们广泛利用。 声光器件性能的进一步提高,并扩大其应用 范围,除了有赖于设计原理进一步改进外, 还有赖于现有声光介质材料性能的进一步改 善及新声光材料的开发应用。 声学材料 3.吸波材料 ? ? ? ? ? 3.1 吸波材料概念 3.2 吸波原理 3.3 吸波的材料背景 3.4吸波材料的分类 3.5 吸波材料的军事用途 3.1吸波材料概念 ? 吸波材料:将电磁波转换为其他形式的能 量(如机械能、电能和热能)而消耗掉的 材料。 3.2 吸波原理 入射波 反射波 折射波 3.3 吸波材料的背景 ? ? ? 电磁波辐射对环境的影响日益增大。 在机场,飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误 点;在医院,移动电话常会干扰各种电子诊疗 仪器的正常工作。 寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料—— 吸波材料,已成为材料科学的一大课题。 要想对电磁波进行有效的吸收: (1) 使电磁波最大限度进入到材料内部,以减少电 磁波的直接反射。 介质对电磁波的 反射系数为: Z和Z0分别是介质的特性阻抗和自由空间的波阻抗 (2) 电磁波进入材料内部后,要设法对入射的电磁 波进行有效的吸收和衰减。 能量损耗: tanD= tanDE + tanDM = Ed/Ec+ Ld/Lc DL为感应电场D相对于外加电场的滞后相位; DM为感应磁场B相对于外加磁场的滞后相位; Ed 为在外加电场下,材料的电偶极矩产生重拍引起的损耗 的量度; Ld 为在外加磁场下,材料的磁偶极矩产生重拍引起的损耗 量度; Ec和Lc分别为材料在电场和磁场作用下产生极化和磁化的程 度。 3.4 吸波材料的分类 按材料的成型工 艺和承载能力 涂覆型吸波材料 结构型吸波材料 吸收型 按吸波原理 干涉型 按材料的损耗 机理 电损耗型:介质的极化弛豫损耗 磁损耗型:磁滞损耗和磁畴共振 传统的吸波材料:铁氧体、金属微粉、石墨、 碳化硅、导电纤维等 按研究的时期 新型的吸波材料:纳米材料、手性材料、导 电高聚物、多晶纤维等。 几种吸波材料 (1)涂覆型吸波材料 ? 涂覆型吸波材料主要 包括吸收型、干涉型 和谐振型,电磁波吸 收剂是导电介质的粉 体。电波入射到材料 表面时,受有线电导 率和有限磁导率作用 而把电磁能转换成热 能损耗掉。 吸波涂料 涂覆型吸波材料主要特点和应用 ? ? 主要特点:具有厚度薄、吸收频带宽 ( 2~18GHZ),对镜面波和表面波都具有良 好的吸收特性。适合于复杂、曲面的施工。 主要应用领域:RCS减缩、抗电磁干扰等。 (2)泡沫类吸波材料 ? ? ? 泡沫类吸波材料采用电磁波吸收剂与透波材料 复合。 电磁波吸收剂包括碳粉,碳纤维,石墨粉,铁 氧体等。 透波材料包括聚乙烯,聚苯乙烯,聚丙烯等塑 料,是发泡的主体。多孔的发泡结构,高达30 倍的发泡密度,可将充分的吸收电磁波。 泡沫类吸波材料的特点及应用领域 ? ? 主要特点:重量轻、柔性好、吸收性能良好。 主要应用领域雷达及微波通信系统的杂波抑制, 抗电磁干扰、微博暗室等技术领域。 3.5 吸波材料的军事用途 ? ? ? 在雷达或通信设备表面涂复吸波材料,可更灵 敏、更准确地发现敌方目标; 雷达抛物线天线开口的四周壁上涂复吸波材料, 降低假目标反射的干扰作用; 应用于卫星通信系统可以改善星载通信机和地 面站的灵敏度,提高通信质量。 3.5 吸波材料的军事用途 ? 在飞机、导弹、坦克、舰艇、仓库等各种武器 装备和军事设施上面涂复吸波材料,就可以吸 收侦察电波、衰减反射信号,减少武器系统遭 受红外制导导弹和激光武器袭击的一种方法, 这是反雷达侦察的一种有力手段。 3.5 吸波材料的军事用途 歼20 声学材料 4.扬声器材 4.扬声器材 ?4.1 ?4.2 ?4.3 ?4.4 扬声器分类 结构原理 扬声器系统 扬声器(音箱)的选用 ? 扬声器 Loudspeaker :换能器 电能→机械能→声能 ? 4.1 扬声器分类 ? 换能原理:电磁式、压电式、电动式 (动圈、带式、平面驱动式)、静电式 辐射原理: 直辐式 间辐式(号筒式) ? 辐射口径:小<100mm中200mm<大 ? 辐射频段:低频、中频、高频、全频 ? 膜片形状:锥形、球顶、平板 ? 磁路结构:内磁、外磁 ? 4.2 结构原理 动圈式:F=BIL ? 当载流导体在磁场作用下作机械运动时, 电能转换为 机械能,这 是扬声器换 能原理。 ? 低音单元 ? 低音单元主要是负责低 音频段重放的扬声器, 最常见的有以下几种: 纸盆,又有敷胶纸盆、 纸基羊毛盆、紧压制盆 等几种。 (1)、纸盆扬声器:音频电流 折环 音圈 纸盆 空气 纸盆扬声 器结构简 单、低音 丰满、音 质柔和、 频带宽, 但效率较 低。 纸锥 柔顺引线 防尘帽 定心架 顶板 音圈 盆架 端子 空心环 磁柱 (2)羊毛编织盆扬声器 质地较软,对柔和音乐 与轻音乐的表现十分优 异,但是低音效果不佳, 缺乏力度与震撼力。 羊毛盆低音单元 (2)PP(聚丙烯)盆广泛 流行于高档音箱中,一 致性好失真低,各方面 表现都可圈可点。 聚丙烯pp盆低音单 高音单元 ? 高音单元是为了重播高频声音的扬声器单元。 结构形式主要有号角式、锥盆式、球顶式和 铝带式几大类。 (2)球顶式高音单元是目前在家用音箱和 小型监听音箱中最常用的高音单元。 ? 球顶式高音单元从球顶材料上分,又分为硬 球顶和软球顶两大类。 ? 硬球顶高音的振膜材料有铝合金、钛合金、 钛合金复合膜、玻璃膜、钻石膜等数种。硬 球顶高音单元所重播的高音,音色明亮,具 有金属感。 ? 软球顶高音的振膜材料有绢膜、蚕丝膜、橡 胶膜和防弹布膜等数种。软球顶高音单元重 播音乐时的高音灵巧、松弛,具有很好的自 然表现力。 ? 号角式高音单元由于指 向性强,在号角正面能 听到强大的高音,多用 于大功率的扩声、会议 音箱和一少部分的监听 音箱。 (2)、号筒扬声器: 音频电流 音圈 空气 振膜 号筒 它的频率 高、音量 大,常用 于室外及 广场扩声。 扬声器口径尺寸大,低频特性好; ? 扬声器口径尺寸小,高频特性好; 即扬声器的口径对应其辐射的高低频特性。 ? ? 家庭影院扩声系统中通常使用内磁式扬声 器。 4.3 扬声器系统 ? 一只扬声器不带任何附件而单独使用时, 称之为扬声器单元。 扬声器系统又称为音箱,一般由单只或 多只扬声器、分频器、衰减器、箱体等 组成。 ? 常见的音箱有敞开式、密闭式、倒相式、 声阻尼式。 ? 为什么用音响系统: ? 由于扬声器结构的特殊性,一般单个扬 声器不能覆盖整个音频频率范围,只能 对应音频范围内的某个特定区域。所以 一般用多个(2个或3个)不同工作频域 扬声器构装在一个音箱里,承担完整的 音频频域放音。 ? ? ? 1、敞开式:由障板与共鸣腔组合 而成,盖面上有许多孔眼,如家 用收录机,电视机等。 2、声阻尼式:在音箱的开口孔道 内,装有许多玻璃石等声阻材料 以此来降低箱内的共振频率,改 善音箱的低频特性。 3、密闭式:把音箱封闭起来,在 面板上只留喇叭口,减少声反射。 使扬声器前后的墀不会产生干涉, 改善低频特性,同时丰富中、高 音,体积小,讯息工期方便。 4、倒相式:在扬声器 面板上开一个口或插 入一根倒相管,使箱 内的弹性空气和管内 空气发生共振,使墀 产生180度倒相,当 纸盆振动时,前后声 波相叠加,增加低频 辐射。 5、声柱:是一种特 殊音箱,常用于大型剧 场,用金属板材或木料 制成一个长方形的柱状 体,在柱体内以直线排 列一定数量的扬声器, 形成同轴辐射声的扬声 器系统(如图)。 ? 分频器:把从功放输出的整个音频频带范 围的声音分解为高、中、低频(或高、低 频)信号分别送到高、中、低频扬声器单 元。 有两种分频方式: 功率分频 电子分频 ? 低使 音用 扬电 声子 器分 间频 的器 互能 调有 失效 真降 。低 高 音 与 ? 音箱 三组功放 独立分频器 音箱 4.4 扬声器(音箱)的选用 ? 专业扩声用扬声器 多用于各种类型的室内外演出,主要是向广大观众或 听众播放音乐,歌曲等节目。要选用功率大、频带宽、 失真小、灵敏度高的扬声器,高频单元一般选用号角 式扬声器。中、低频单元多选用纸盆扬声器,大型剧 场使用声柱。 ? ? 监听用扬声器 ? ? A、供调控人员及演奏人员监听用:监控室监听由调控 人员来监听节目信号,及时发现节目声音出现的问题 并加以调整和处理,所以要求这类扬声器保真度要高, 瞬态特性要好,能真实反映原声信号的质量。多选用 扩散型组合音箱。 B、供演奏人员监听用的扬声器:一般称为返送扬声器, 多使用小型扬声器,指向性要强,中高音特性要好, 以保证返回的声音信号有较高的清晰度,并防止演奏 现场声反馈 谢谢!

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