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木虫之王 (文学泰斗)

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[交流] 【前沿】消音板可高效吸音的理由已有3人参与

消音板可高效吸音的理由
2010/08/05 00:00
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　　这里有两张图。乍一看像是温度分布，而实际上这是对声压分布进行模拟的结果。要问是什么声压，其实就是列车通过时车轮与铁轨间产生的噪声。红色的部分为噪声最大，其次是绿色、蓝色，越靠近紫色噪声越小。上、下两图在条件上只有设置于车辆左右的消音板不同。对比两图来看的话，令人意外的是消音板较低的上图在更广的范围内显示出了安静状态。
　　具有奇特静音性能的是神户制钢所和神钢建材开发的消音板。下方照片是试制品。可高效吸音的理由就隐藏在该消音板的内部。下面来实际打开其内部看一下……

可高效吸音的理由
内部有4张极薄的板（图1）。从音源一侧起依次为带开孔的铝板（a）、带更细开孔的两张铝板（b、c），以及未开孔的铝板或钢板（d）。这是上图的模拟所使用的新型消音板具有的构造。
　　下图使用的原产品在用于吸收直线传播音以及防止墙壁或车辆反射音进行扩散的“吸音部分”上使用玻璃棉，而新开发的消音板只设置了带开孔的铝板。从试制品来看，在板厚以及起关键作用的孔的大小上，a均为约1mm，b和c均为约0.1mm。孔的间隔方面，b和c大致为2～3mm。
　　吸音原理如图2所示。当受到声音压力后产生振动的空气穿过开孔时，由此产生的摩擦会使声能转化为热能。而且，当孔部附近因气流紊乱而产生旋涡时，压力就会下降。这是基本的吸音原理。

　　并且，板与板之间还设有空气层，凭借穿过开孔前后所生产的压力差提高了吸音性能，而且还减小了开孔，使空气振动速度得到加快，从而加大了摩擦，提高了吸音效率。而未开孔的d则起到了隔音板的作用。
　　通过这些措施，噪声比原产品减小了3～5dB（A），按声能计算，减少了1/2～1/3。
　　在确定该构造时起到重要作用的是神户制钢所拥有的模拟技术。试制品以高频音为对象设定了孔径及开口率等，整个消音板提高了在500Hz以上高频区的吸音系数（图3）。
　　反过来说，只要改变上述条件，便可适应所有的噪声特性。比如以空气层为参数进行模拟的结果显示，通过改变每个空气层的厚度，就会显示出如图4所示的不同状态。
　　与使用玻璃棉的原产品相比，即使是更薄的板厚，也可发挥与原来同等或更高的吸音性能，因此还有望用于通常的消音壁以外的用途。比如可用于新干线车辆的车身。如果该用途得以实现，无论是出差还是旅游，都可享受到更为安静的一刻。