与力、热、光、电、磁一样，声学性质也是纤维材料的基础物理性质之一，但是，目前对于纤维材料声学性能的关注度仍然较低。例如，在纺织学科的经典教材《纺织物理》与《纺织材料学》中，对纤维材料的力、热、光、电、磁等性质均有详细的介绍，而关于声学性质的内容则相对较少。另一方面，纤维材料一直是一种重要的声学材料，尤其是在噪声控制工程以及建筑声学等领域，经常被作为吸声降噪材料来使用。实际使用时，按照声波频率范围以及材料厚度的不同，声学材料可以分为块状材料与薄型材料。其中，块状材料的厚度与声波波长较为接近，而薄型材料的厚度则远小于声波波长。通常，块状材料一般都是多孔性材料，如多孔金属、多孔塑料与散纤维毡等，而薄型材料主要是指各类不透膜与透孔膜等，其吸声机理主要是共振作用。本课题的研究对象是薄型织物，在声学上，是一种由多孔性纤维材料构成的薄型声学材料。因此，其吸声性能是至少两种吸声效应综合作用的结果，理论分析时，并不能简单地参考多孔性吸声机理或者共振吸声机理。本课题的主要研究目的是通过实验测试与模型分析相结合的方法，揭示薄型织物吸声性能与本身的结构参数之间的关系。通过对声波在薄型织物中的传递与衰减过程的研究，为薄型织物吸声降噪性能的设计提供指导，拓宽其在噪声控制与室内声学等领域的应用。主要内容包括以下四部分：
　　（一）本课题以24种薄型穿孔织物为研究对象，这些织物均为纯棉材质且具有明显的微孔结构。首先，测试了织物的厚度、孔径、穿孔率、单位面积克重与硬挺度等结构参数，以及压差为50 Pa、100 Pa、150 Pa与 200 Pa时织物的透气率参数。同时，采用阻抗管法测试了声波垂直入射条件下织物的吸声系数，其中，背后空腔距离分别为1厘米、2厘米与3厘米，以及织物紧贴背后刚壁，空腔距离为零。结果表明：透气率与测试压差高度线性相关，24种织物的线性相关系数R2均在0.97以上，因此，在声学分析时，统一采用 100 Pa压差下的透气率。不含有背后空腔时，织物的吸声系数较低，均在0.2以下，不具备实用价值，吸声系数与结构参数之间的相关性也非常低，对研究织物结构参数与吸声性能之间的关系没有参考价值。空腔距离为1厘米、2厘米与3厘米时，吸声系数与穿孔率之间的相关系数R2分别为0.655、0.729与0.686，与透气率之间的相关系数R2分别 为0.681、0.669与0.687，均表现出负相关的关系。此外，通过多元回归分析，得到了吸声系数与结构参数之间的多元线性回归方程。在空腔距离为1至3厘米时，相关系数R2都在0.77以上，并且绝大部分的数据点都落在了95%的预测区间以内。采用三种织物验证三种空腔距离时得到的多元线性回归方程，结果表明，对于吸声系数的预测偏差均在20%以内，基本可以满足实际应用的需要。
　　（二）在表征吸声降噪材料的各种参数中，流阻是最重要的指标，按照相关标准的定义，可以分为流阻R、比流阻Rs与流阻率r。不同的表征方法具有不同的适用范围，分析薄型织物时最常用的指标是比流阻。但是，对于薄型织物等比流阻较低的材料，按照测试标准规定的直流法与交流法测试时，存在较大的偏差。对于块状多孔性吸声材料，可以通过已有的经验模型或微结构模型计算得到流阻参数。而关于薄型织物比流阻参数预测模型的研究则相对较少。本课题提出了基于织物透气率推算比流阻的方法，分别通过织物透气仪以及流阻仪测试了织物的透气率以及比流阻。透气率测试时，采用的压差分别为50 Pa、100 Pa、150 Pa与200 Pa。通过测试时的压差、透气率数值以及测试的具体条件可以计算得到相应的比流阻数值，且计算得到的比流阻随着压差的增加而逐渐增大。相比于直接测试法或声学法，该方法操作简单，可以利用纺织领域常用的织物透气仪得到薄型织物的比流阻参数，具有一定的实用意义。为了比较直接测试的比流阻值与计算得到的比流阻值的准确性，采用Pieren模型预测了薄型织物的吸声系数，并将预测结果与阻抗管测试结果进行了比较。研究表明：由100Pa或者150Pa压差时测试的透气率计算得到的比流阻数值，在预测吸声系数时更加接近实际测试结果，能够比较准确地反映出薄型织物本身的流阻特性。
　　（三）预测薄型织物的吸声性能时，常用的模型包括振动吸声模型与Pieren吸声模型。其中，振动吸声模型主要是基于声波波长与空腔距离的关系，并通过透气率参数进行修正。Pieren 吸声模型则是利用基于 T 型网络电路的等效电路法，通过比流阻、单位面积克重与空腔距离预测吸声系数。本课题选取了五种面密度相近但是条纹宽度不同的灯芯绒织物，通过阻抗管法测试了其吸声性能，并且分析了吸声性能与条纹宽度之间的关系。结果表明，在面密度相近时，灯芯绒织物条纹宽度的增加有利于吸声性能的改善。相比于振动吸声模型，Pieren模型可以更好地预测灯芯绒织物的吸声性能。同时，本课题在Pieren模型的基础上，考虑了薄型织物屈曲度，以及其对吸声性能的影响，利用 Π 型网络等效电路建立了预测薄型织物吸声性能的新模型。其中，薄型织物屈曲度参数的计算是利用Aatlla与Sgard于2007年发表的研究结果，将穿孔薄膜材料视为等效流体，通过微结构特征得到屈曲度参数。建模过程中，利用Miki模型计算出薄型织物的阻抗。研究发现，相比于已有的等效电路模型，基于Π型网络等效电路的新模型可以消除吸声曲线谷值处的预测偏差，提高预测精度。同时，本部分的工作也表明，与比流阻参数一样，屈曲度参数也是表征薄型织物声学性能的重要指标。
　　（四）微穿孔板吸声理论是为了解决恶劣环境下的噪声控制问题而发展的声学理论模型。本课题首先采用数控铣床法制备得到柔性微穿孔板，所用基体材料包括纸板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)与聚碳酸酯(PC)等。结果表明，数控铣床法制备的柔性微穿孔板孔径最小可以低至80微米，且通孔性好、精度高、穿孔形状规则。通过阻抗管法测试了柔性微穿孔板的吸声系数，测试结果与马大猷微穿孔板理论的预测结果吻合较好。需要指出的是，虽然薄型穿孔织物的结构与微穿孔板具有相似之处，但是，其孔径形状不规则且孔径尺寸较大，本身又是由多孔材料构成。为了改善薄型穿孔织物作为微穿孔板吸声体使用时的缺点，本课题采用浸泡涂层法对织物进行涂层处理，结果表明，涂层可以显著减小孔径，改善织物在中低频段的吸声性能。将测试的吸声系数与马大猷微穿孔板理论预测得到的吸声系数进行了对比，发现理论预测值与实际测试值之间存在一定的偏差，声波在涂层织物中的衰减机理并不能用现有理论很好地解释，但是浸泡涂层法仍然是改善中低频吸声性能的一种有效方法。
　　在结论部分，对本课题进行了总结，并且指出了研究工作的不足之处，对未来潜在的研究方向做了展望。