一般而言，声屏障的降噪效果主要取决于声波沿透射、反射、绕射三条途径的声能分配情况，当声屏障的隔声量超过该频率降噪量10dB以上时，声屏障透射声能对降噪量的影响可忽略不计。目前多采用多孔吸声材料来解决声波的绕射（包括由声波反射所引起的绕射问题），其中吸声系数（α）常被用来评价材料吸声性能的优劣，一般把α> 0.2的材料称为吸声材料；α> 0.56的材料称为高效吸声材料。

吸声材料只有对各个频段的声波都具有较好的吸收性能时，才能有效防止声波绕射作用对声屏障绕射声衰减量和降噪效果的影响。如果吸声材料仅在高频具有较好的吸声性能，中低频吸声效果较差，则对声屏障绕射量的贡献并不大。因此，研制在中低频段具有较好吸声性能的材料对声屏障降噪效果具有重要作用，可有效防止高速公路噪声污染。

吸声材料研究现状

当声波通过多孔吸声材料内部大量的孔隙时，在材料中发生多次反射，通过黏滞阻力和声波与孔隙间摩擦作用力，将声能转化为热能消耗掉。目前大部分材料对高频声波（大于2000Hz）具有较好的吸声性能，而在中频（500Hz～2000Hz）和低频（小于500Hz）的吸声效果相对不明显。

根据目前的研究现状，中低频吸声性能有所改善的材料主要包括：纤维类、泡沫类、复合类和其他材料（如表1所示），其中大部分多孔材料可以作为吸声材料，有的甚至可以作为高效吸声材料。

纤维类材料，平均吸声系数相对较高（0.67-0.76），其中天然竹纤维、多层椰壳纤维、非织布吸声材料在各个频段（125Hz～4000Hz）均具有较高的吸声系数，表现出优异的吸声性能。纤维材料良好的吸声效果与材料自身性质有关，如椰壳纤维具有纤维素含量高、气孔率高（95%）等优点。同时吸声性能还与材料的制备方法有关。

泡沫材料，作为一种新型的多孔材料，主要是经过发泡处理后形成大量的气泡构成了孔隙结构，进而改善材料的吸声性能，一般分为有机和无机两种泡沫材料。由表1可知，泡沫材料在各个频段的吸声性能基本呈现递增趋势，在中低频段的吸声性能优异（0.16-0.96）其中聚合物-无机纤维复合泡沫材料的研究表明，将具有良好中高频吸声性能的无机纤维加入复合材料中，可以提高制品的吸声性能，但是纤维加入过多会影响复合材料的发泡过程，使得泡孔生长困难，孔隙率下降，吸声性能降低。

复合材料，通过添加发泡剂等方法，将两种或两种以上的材料混合制备成吸声材料，包括聚氯乙烯基与无机物、聚氨酯与无机物、混凝土与无机物混合等。由表1可知与其他材料相比，复合材料在中低频的吸声效果较好（当频率为500Hz时，硅酸盐水泥和黏土质陶粒复合材料吸声系数高达0.92）。

其他材料，主要包括有机物（聚丙烯、聚苯乙烯等）、无机物（砾石、高硅砂等）、金属、废弃物（废旧羊毛、废硅橡胶等）。这些材料在中频的吸声效果较好，而在低频（125Hz-500Hz）、高频（2000Hz-4000Hz）的吸声效果相对于其他材料不明显。但是利用废旧羊毛、废硅橡胶改性制备的材料为声屏障吸声材料的研究和制备提供了新的思路，实现固体废弃物的资源化利用和环境的可持续发展。

影响材料吸声性能的因素

尽管多孔材料对高频段声波具有较好的吸收性能，但是可以通过增加材料的厚度、密度、容重等方式改善其在中低频段的吸声性能。因此研究影响多孔材料吸声特性的因素（如材料的厚度、密度、背后空腔等），有利于制备出高效吸声材料以防止高速公路噪声污染现象。

材料的厚度

多孔材料厚度的增加使得内部孔隙通道变长，声波与材料相互作用的时间变长，声能被削减的机会增大，材料吸声性能得到明显提高。目前关于材料厚度对吸声性能影响的研究有很多，如无机聚合物泡沫、水泥基多孔吸声材料等。由瑞利模型可知，材料厚度增加到一定程度时，对吸声性能的影响较小，因此，材料厚度并不是越大其吸声性能就越好，还与自身特性有关。材料吸声性能的改善不能盲目提高厚度，应从材料的成本、制造工艺、实际应用情况等多方面考虑。

材料的密度

声波入射到密度较大的多孔材料中会引起声能损耗的增加，提高材料对中低频声波的吸收性能，这主要是因为密度的提高会增大材料的表面积和声波与材料的接触面积。当声波进入材料表面时，声波能量较高，所需材料的吸声性能要求较高，但是随着声波在材料中的传播，声波能量逐渐降低。因此，将两种或两种以上不同密度的材料堆叠在一起有利于声波能量在不同时间和位置得到有效衰减。

背后空腔

当吸声材料背部没有空腔时，主要通过黏滞和热损耗作用将声能转化为热能消耗掉；有空腔时，能产生类似空腔共振结构的吸声作用。基于声学原理，当材料背后空腔厚度为入射声波1/4波长的奇数倍时，吸声系数最大；当厚度为1/2波长的整数倍时，吸声系数最小。空腔深度的增加相当于提高材料的有效厚度，显著改善了材料对低频声波的吸收性能。

其他因素

除了厚度、密度、背后空腔外，容重、孔径、空气流阻等因素均会影响材料的性能。对于容重而言，容重越小，孔隙率越大，材料越疏松；容重越大，孔隙率越小，材料越密实，因此吸声材料存在最佳的容重范围。对于孔径而言，尺寸较小时，高频声波的吸收性能较好，低频声波的吸收性能没有明显的变化。对于空气流阻而言（即声波透过多孔吸声材料所受的阻力大小），流阻越大，材料越密实，声波越不容易深入材料内部，吸声性能较低。反之流阻越小，材料越稀疏，声能转化为热能的效率降低，吸声性能下降。

表1 吸声材料的分类和性能研究

结语

目前，交通噪声污染现象已经引起了人们的广泛关注，多孔吸声材料的研究仍将是降噪领域的一个重要发展方向。为有效研制开发吸声材料，尤其在中低频段具有较好吸声效果的材料，本文研究了多孔材料的分类及影响其性能的因素。其中，吸声材料的厚度、密度、背后空腔等方面均会对材料的吸声性能产生不同程度的影响，探索和采用新的制备工艺方法改善并拓宽材料在中低频段的吸声性能，以期制备出具有优异吸声性能的新型环保材料应用于交通噪声污染的防治中。