جاذب های متخلخل موادی هستند که در آنها انتشار صدا در شبکه ای از منافذ به هم پیوسته اتفاق می افتد به گونه ای که اثرات چسبناک و حرارتی باعث اتلاف انرژی صوتی می شود.
از جمله جاذب های متخلخل می توان پشم های معدنی، الیاف پنبه ای، فرش،فوم های آکوستیکی (سلول باز)، پرده ها، بالشتک ها و بسیاری مواد دیگر را می توان نام برد.
جاذب های متخلخل به طور گسترده برای بر طرف نمودن مشکلات صوتی، از کاهش تشدید در حفره های تقسیم دوتایی برای بهبود عایق صدا، تا کاربرد آنها برای جذب نویز و کاهش سطح صدا درفضاهای مختلف استفاده می شوند.
هنگامی که صدا در فضاهای کوچک مانند منافذ به هم پیوسته یک جاذب متخلخل منتشر می شود، انرژی صوتی تبدیل به حرارت شده و از بین می رود.
این اتفاق در درجه اول به دلیل اثرات لایه مرزی چسبناک است.
هوا یک سیال چسبناک است و در نتیجه انرژی صوتی از طریق اصطکاک با دیواره های منافذ تلف می شود. اندازه لایه مرزی در حد میلی متر است و در نتیجه تلفات ویسکوز در یک لایه هوای در حد میلی متر در مجاورت دیواره های منافذ رخ می دهد.
علاوه بر اثرات چسبناک، تلفات ناشی از هدایت حرارتی نیز وجود خواهد داشت.
برای اینکه مکانیسم‌های جذب مؤثر باشند، باید مسیرهای هوایی به هم پیوسته از طریق سطح وجود داشته باشد، بنابراین یک ساختار منافذ باز مورد نیاز است. تفاوت در ساخت بین یک سیستم منافذ باز و بسته به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است [1].
شکل شماره 1
شکل 2 و 3 ضرایب جذب برای دو جاذب متخلخل را نشان می دهد که اثر ضخامت مواد را نشان می دهند. در این حالت جاذب متخلخل بر روی یک سطح سفت و سخت نصب شده است.
این منحنی ها از شکل مشخصه ی ضرایب جذب برای یک جاذب متخلخل پیروی می کنند، همانطور که می بینیم همانند یک پاسخ فیلتر بالا گذر است.
منحنی های جذب مواد متخلخل علاوه بر اینکه به ویژگی های ماده وابسته هستند وابستگی خاصی نیز به نحوه نصب دارند. در واقع نحوه نصب جاذب های متخلخل یکی از راههای تغییر ضریب جذب و به نوعی تنظیم ضریب جذب مورد نیاز است.
با افزایش ضخامت جاذب متخلخل، معمولاً جذب در فرکانس پایین افزایش می یابد.
نکته مهم:
برای اینکه جاذب متخلخل بتواند جذب قابل توجهی ایجاد کند، باید در جایی قرار داده شود که سرعت ذرات بالا باشد.
سرعت ذرات معمولا در نزدیکی مرزها پایین است. بنابراین قسمت‌های جاذب نزدیک به مرز جذب زیادی ایجاد نمی‌کنند.
قسمت‌هایی از جاذب که دورتر از سطح پشتی هستند اغلب مؤثرتر هستند، و به همین دلیل است که به لایه‌های ضخیم جاذب برای فرکانس‌های پایین نیاز است.
برای فرکانس های پایین که طول موج آنها زیاد است، باید فاصله قابل توجهی را از دیوار طی کنیم تا به نقطه ای برسیم که سرعت ذرات قابل توجه باشد.
شکل شماره 2
یک رقم تقریبی که بیان می شود این است که جاذب باید حداقل یک دهم طول موج ضخامت داشته باشد تا جذب قابل توجهی داشته باشد [2]، و یک چهارم طول موج ضخامت برای جذب تمام صدای فرودی.
در نتیجه، با استفاده از مقداری لایه نازک رنگ نمی توان به جذب قابل توجهی دست یافت.
از آنجایی که جاذب بسیار نزدیک به مرز جذب نسبتا کمی دارد، می توان به سادگی جاذب های متخلخل را از دیوار دور کرد و عملکرد خوبی داشت.
شکل 3 یک راه ساده برای دستیابی به این هدف را با شکل دادن فوم صوتی به شکل سینوسی خشن نشان می دهد [3]. جذب صوتی به دست آمده نیز داده شده است.
شکل شماره 3
نیاز به ضخامت قابل توجه در مقایسه با طول موج باعث می شود که جاذب های متخلخل در فرکانس پایین ناکارآمد و مفید نباشند.
در فرکانس‌های پایین، تشدید جذب در شرایط خاصی ایجاد می‌شود، برای این منظور معمولاً به ترکیبی از جذب رزونانسی و متخلخل نیاز است.
اغلب جاذب های متخلخل برای محافظت از بافت های متخلخل توسط یک غشای نازک پوشیده می شوند. این ممکن است بصورت بسته بندی مواد در پلاستیکی نازک نیز باشد. این کار برای جلوگیری از آسیب دیدن جاذب یا برای جلوگیری از آسیب الیاف جاذب انجام می شود.
اثر این غشا کاهش ضریب جذب در فرکانس های بالا خواهد بود. در فرکانس‌های پایین، جرم صوتی غشاء کوچک است و صدا تا حد زیادی بدون تغییر از غشاء عبور می‌کند – اگرچه افزایش کمی در جذب به دلیل اثر پوسته ای غشا ممکن است رخ دهد.
با این حال، در فرکانس‌های بالا، جرم صوتی غشا زیاد است و از ورود بخشی یا تمام انرژی صوتی به جاذب متخلخل جلوگیری می‌کند. این اثر غشایی به همین دلیل است که جاذب های متخلخل را نباید جز با رنگ غیر پل زدنی رنگ کرد.
بیشتر رنگ ها منافذ را مسدود می کنند، از ورود انرژی صوتی به ساختار جلوگیری می کنند و بنابراین جذب را کاهش می دهند.
در مواردی جاذب متخلخل اغلب با بسته بندی پارچه ای انجام می شود.
برای محافظت از جاذب های متخلخل از پانل های سوراخ دار نیز استفاده می شود اما باید خاطر نشان کرد که این کار جذب نهایی را کاملا تحت تاثیر قرار می دهد و در واقع آنرا به یک جاذب متخلخل رزونانسی تبدیل می کند. [4]
