پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا

انتشار صدا در محیط متخلخل

پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا

مقدمه

ضریب جذب صوتی مواد یکی از موضوعات مهم است که تقریبا در اغلب صنایع با آن مواجه هستیم. بطور مثال در صنعت حمل و نقل ، ساختمان ، تجهیزات لوازم خانگی و بسیاری صنایع گسترده دیگر وجود دارد که ضریب جذب صوتی مواد در آنها از اهمیت بسزایی برخوردار است.

ضریب جذب صوتی مواد به خصوصیات ویژه ای بستگی دارند. پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا در متریال با ساختارهای فیزیکی متفاوت تا اندازه ای متفاوت هستند. از آنجا مواد متخلخل از نظر ضریب جذب صوتی از سایر بهتر عمل می کنند لذا در این مطلب پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا در مواد متخلخل را بررسی می کنیم.

ضریب جذب صوتی مواد متخلخل به پنج پارامتر بسیار مهم بستگی دارد. این پنج پارامتر عبارتند از : سرعت صدا و ساختار منافذ، تخلخل یا Porosity، مقاومت در برابر جریان هوا Airflow Resistance ، پیچ خوردگی Tortuosity و طول مشخصه چسبناک و حرارتی Viscous and Thermal Characteristic Length

1. سرعت صدا و ساختار منافذ

سرعت صدا به مورفولوژی مواد و خاصیت ارتجاعی بستگی دارد.

برای حفظ ویژگی صوتی بهتر مواد، نیاز به تغییر قابل توجهی در خواص فیزیکی یک ماده وجود دارد. به عنوان مثال، افزایش چگالی مواد منجر به کاهش سرعت صدا می شود، بنابراین تخلخل مواد باید افزایش یابد تا فرآیند متعادل شود.

ساختار منافذ باز به عملکرد بهتر جذب صدا کمک می کنند. به عنوان مثال، ساختار منافذ برای اکثر فوم ها همسانگرد و همگن است و نشان می دهد که خواص فیزیکی مواد مستقل از جهت و در سرتاسر فضای اشغال شده برابر هستند.

در مواد الیافی، ناهمگنی ممکن است به دلیل تفاوت در اندازه منافذ، توزیع الیاف و تغییر در ترکیب الیاف ایجاد شود.

2. تخلخل یا Porosity

مواد متخلخل از منافذ باز، بسته و نیمه باز تشکیل شده می شوند، اما تنها منافذ باز و نیمه باز به اتلاف مؤثرتر انرژی صوتی کمک می کنند.

بنابراین، با توجه به تعریف Allard و همکاران ، تخلخل ماده، نسبت بین حجم هوای اشباع کننده ماده در منافذ باز و نیمه باز Va ( به استثنای حجم هوای منافذ بسته ) به حجم کل Vt ماده است.

تخلخل یکی از ویژگی های مهم مواد است که برای محاسبات جذب صدا استفاده می شود.

Q = Va/Vt

3. مقاومت در برابر جریان هوا Airflow Resistance

مقاومت جریان هوا یکی دیگر از پارامترهای موثر در این مورد است و بر جذب صوتی یک ساختار متخلخل بر اساس جهت ساختار منافذ و جهت جریان تأثیر می گذارد .

به گفته لو و همکاران. این مهمترین پارامتر در میان پارامترهای دیگر است و بسیاری از محققان مقاومت جریان هوا را در ادبیات به عنوان “σ” معرفی می کنند.

به عنوان نسبت بین اختلاف فشار، بین وجه فرود و وجه مخالف نمونه آزمایش؛ و سرعت جریان در سراسر ضخامت ماده. با استفاده از این تعریف، مقاومت جریان هوا در واحد ضخامت مطابق شکل زیر محاسبه می شود. ،

پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا

که «Δp» افت فشار بین سطح عقب و سطح جلوی نمونه، «A» مساحت سطح، «L» ضخامت نمونه تحت آزمایش و «U» جریان حجمی هوا است .

لی یوانجی و همکاران از معادله زیر برای درک تأثیر مقاومت جریان هوا در جذب صدا فوم های آلومینیومی سلول باز با سلول های کروی استفاده کرد.

پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا1

که در آن، “V” و “h” به ترتیب به عنوان جریان متوسط هوا در واحد سطح و ضخامت ماده تعریف می شوند.

مطالعه دیگری که توسط جوشی و همکاران انجام شد. سازگاری اندازه‌گیری‌های مقاومت جریان هوا را نشان می‌دهد که هنگام آزمایش نمونه‌های فوم ملامینه و پلی‌اورتان به دست آمده است.

انواع جاذب متخلخل

4. پیچ خوردگی Tortuosity

پیچ خوردگی مشخصه نسبت بین مجذور سرعت متوسط ماکروسکوپی و سرعت میکروسکوپی در نقطه M است که توسط یک سیال غیر چسبناک اشباع می شود. پیچ خوردگی کلاسیک هنگامی که قاب توسط یک سیال غیر چسبناک ایده آل اشباع شده است در معادله زیر داده شده است.

پارامترهای موثر بر ضریب جذب صدا2

.

به دلیل پراکندگی سرعت میکروسکوپی که توسط هندسه منافذ غیر یکنواخت ایجاد می شود، پیچش می تواند مقداری بیشتر از 1 داشته باشد.

5. طول مشخصه چسبناک و حرارتی Viscous and Thermal Characteristic Length

طول مشخصه چسبناک و حرارتی از جمله پنج ویژگی اصلی انتقال صوتی هستند که به جذب صدا کمک می کنند.

به گفته آلارد و همکاران کار انجام شده توسط عطلا و همکاران. و جانسون و همکاران معادله طول مشخصه ویسکوز را از نظر تخلخل، ویسکوزیته، پیچ خوردگی و مقاومت جریان هوا نمونه ساده کرده اند.

طول مشخصه حرارتی نسبت بین انتگرال انجام شده روی سطح منفذ و انتگرال انجام شده بر روی حجم منفذ است. طول مشخصه چسبناک به عنوان شعاع هیدرولیکی در ریز هندسه ساختار منافذ عمل می کند. برای هندسه منافذ یکسان، طول چسبناک و حرارتی برابر در نظر گرفته می شود.

مطالعه ای که در سال 2000 توسط موساتوف و همکاران انجام شد. شامل این است که روش های رایج برای محاسبه پیچش و طول مشخصه شامل اندازه گیری سرعت صوت و تضعیف امواج درون ماده متخلخل است که توسط هوا یا هر گاز دیگر اشباع شده است.

این مطالعه از فشار گاز 6-0.2 بار و محدوده فرکانس 600-30 هرتز استفاده کرد. از مزایای استفاده از این روش می توان به استفاده از گازهای مختلف برای اشباع مواد و راه اندازی دستگاه در یک فرکانس برای بدست آوردن نسبت سیگنال به نویز بهتر اشاره کرد.

روش‌های مرسوم قبلی که برای محاسبه این ویژگی‌ها استفاده می‌شد دارای معایبی است که مربوط به تلفات ناشی از اثرات ویسکوز حرارتی و پراکندگی در فرکانس‌های مختلف است. روش دیگری که توسط ناگی و جانسون توصیه شد شامل بازرسی موج آهسته با تغییر فشار بود که منجر به جلوگیری از تلفات ویسکو-حرارتی و پراکندگی می شود.

مراجع

1. J. Allard and N. Atalla, Propagation of sound in porous media: modeling sound absorbing materials 2e. John Wiley & Sons, 2009.

2. T. J. Lu, F. Chen, and D. He, “Sound absorption of cellular metals with semiopen cells,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 108, no. 4, pp. 1697-1709, 2000.

3. Y. Li, Z. Li, and F. Han, “Air flow resistance and sound absorption behavior of open-celled aluminum foams with spherical cells,” Procedia Materials Science, vol. 4, pp. 187-190, 2014.

4. M. Joshi, P. Shravage, S. Jain, and N. Karanth, “A comparative study on flow resistivity for different polyurethane foam samples,” Journal of Acoustical Society of India, vol. 38, no. 4, pp. 153-157, 2011.

5. A. Moussatov, C. Ayrault, and B. Castagnède, “Porous material characterization–ultrasonic method for estimation of tortuosity and characteristic length using a barometric chamber,” Ultrasonics, vol. 39, no. 3, pp. 195-202, 2001

  • مطالب پیشنهادی

اشتراک گذاری

یک پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *