消声水池用低频吸声尖劈的研制

　　在声学测量系统中,要求消声水池在一定的频率下能模拟自由场的声学环境。为此,必须对消声水池进行消声处理。消声处理通常有主动和被动两种方式,主动方式即有源消声,被动方式是在表面敷设消声结构,典型的被动消声结构有平板式和阻抗过渡型结构,其中较有效的是阻抗过渡型结构。吸声尖劈就是典型的阻抗过渡型结构,它所用的材料是损耗系数高的粘弹性材料。其反射波很弱,同时由于材料的损耗系数很大,因此声波在吸声结构内传输衰减很大,从而可获得良好的吸声性能。

　　目前水下吸声结构的截止频率一般在3~4kHz以上,但也有的水池下限频率为1kHz甚至更低,因此为了获得良好的消声效果,尤其在要达到较低的截止频率时,采用低频吸声尖劈进行消声处理较为合适。本文较全面地介绍了消声水池用吸声尖劈的设计原则、材料、结构型式、分布形式等,以期为消声水池提供满意的方案。

　　1 设计要求

　　在声学测量系统中,要求在工作频段内能达到一个近似自由场的声学环境,这就要求尽可能降低吸声尖劈的截止频率,同时尽可能提高截止频率以下频段的吸声性能,为此制定的设计指标如下:

　　截止频率≤1kHz

　　工作压力30~400 kPa

　　工作温度-10~50°C

　　材料密度≥1350kg/m3

　　邵A硬度55±5

　　扯断伸长率>500%

　　扯断强度>6MPa

　　永久变形>55%

　　损耗因子(max)≥0.5(20°C,100~700Hz)

　　弹性模量>30MPa

　　耐水性能优良

　　2 材料

　　影响吸声尖劈声性能的因素主要有两个:一是吸声材料,二是吸声结构。开发性能优良的吸声材料是吸声尖劈设计中的重要一环[1]。在此开发了一种无硫橡胶吸声材料。因为含硫橡胶中的硫会使水池中水严重污染,并发出难闻的臭味,严重影响工作人员的身心健康和工作环境,如果定期换水,则很费时,费用也较高。经过材料筛选和配方试验,确定材料的最终配方为(质量份):

　　丁基橡胶100

　　氧化锌4~8

　　硬脂酸1~2

　　增塑剂13~20

　　硫化剂10~15

　　填料82~86

　　碳黑25~40

　　气泡性填料30~50

　　根据该配方制得的胶料的物理、力学性能为:

　　材料密度1383~1400kg/m³

　　邵A硬度53~60

　　扯断伸长率520%~600%

　　扯断强度6.1~6.7MPa

　　永久变形65%~70%

　　损耗因子(max.) >0.5(20e,100~700Hz)

　　弹性模量>30MPa

　　水中浸泡6个月增重率0.9%~1.0%