臺灣博碩士論文加值系統

目前所使用的吸音材料大多擁有高孔隙率及低密度，如玻璃棉、岩棉等，若想提高其隔音能力，一般會與其他薄板組合增加質量使其產生隔音效果。通常單一材料很難同時兼顧吸音與隔音能力，然而近年來所研發之泡沫無機聚合物，為無機聚合物添加發泡劑使內部產生孔洞，因此材料擁有高孔隙率與相對厚重的質量，可兼具兩者之性能。因此本論文利用多孔彈性理論針對泡沫無機聚合物預測材料物理性質及微觀特性如何影響其在聲學方面的表現。研究結果發現，材料密度上升，吸音係數會逐漸下降，明顯與孔隙率相關。當頻率達到泡沫無機聚合物之骨架自然振動頻率時，理論預測正向入射之穿透損失值會有明顯的波谷，適當地將楊氏模數值加入阻尼項可以減緩共振反應，使理論公式之穿透損失值更符合實驗量測值。若考慮剪力波會使多孔性材料之穿透損失值增加數dB。由理論預測值發現漫射角度範圍加大，穿透損失值會下降，特別在中高頻更為明顯，整體穿透損失值-頻率變化曲線之趨勢與實驗值更為接近。

A single material hardly has the abilities in both sound absorption and insulation. However, the recently developed inorganic polymeric foams, which are produced by mixing inorganic binders with foaming agent, have large amount of internal pores. Their high porosity and relatively heavy mass attribute absorption and insulation abilities in experiments. This research uses the poroelastic theory mainly by Biot to predict the acoustic performance of inorganic polymeric foams, and discuss the effects of their physical properties and microstructures. Our results show that the overall trend of analysis is close to that of experimental measurements.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 XIII
目錄 XIV
表目錄 XVII
圖目錄 XVIII
符號表 XXII
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2本文組織與內容 2
第二章 文獻回顧 3
第三章 聲音的基本理論介紹 5
3.1 聲場方程式 5
3.1.1 狀態方程式 5
3.1.2連續方程式 6
3.1.3動量方程式 6
3.1.4波動方程式 7
3.1.5平面波與聲學阻抗 7
3.2多孔性材料聲學特性 8
3.2.1等效流體模型 8
3.2.2 Zwikker與Kosten圓管理論 11
3.2.3 Delany and Bazley定律 13
3.3 Biot多孔性材料聲學理論 13
3.3.1多孔彈性材料應力與應變 14
3.3.2系統能量無損耗 14
3.3.3 系統能量有損耗 18
第四章 聲音反射與透射 22
4.1聲音反射及透射之主要特性 22
4.2 聲波通過多層流體 23
4.2.1 聲波通過ㄧ界面 23
4.2.2聲波經過二界面，底面為全反射面 25
4.2.3聲波通過二界面 27
4.3 聲波通過多孔性材料(等效流體模型) 29
4.3.1聲波通過底面全反射之單層材料 29
4.3.2聲波通過單層材料後無反射 30
4.4聲波通過多孔性材料(Biot理論) 30
4.4.1聲波通過底面全反射之單層材料 31
4.4.2聲波通過單層吸音材料後無反射 33
4.5 與泡沫無機聚合物之吸音與隔音實驗值比較 35
4.5.1吸音係數比較 36
4.5.2 穿透損失比較 37
第五章 聲波在多層材料內傳遞 52
5.1 入射角度與剪力波對聲波在多孔性材料內部傳遞之影響 52
5.1.1 入射角度之影響 52
5.1.2 聲波在多孔性材料內部傳播之轉換矩陣 53
5.2交界面之連續條件 53
5.2.1 兩層多孔性材料之交界面 54
5.2.2 多孔性材料與流體之交界面 55
5.2.3 多孔性材料與薄板之交界面 55
5.2.4 流體與薄板之交界面 56
5.3 聲波在多層介質傳遞 57
5.3.1系統矩陣之建立 57
5.3.2 邊界條件 58
5.3.3聲波通過多層介質之表面阻抗與吸音係數 60
5.3.4 聲波通過多層介質之聲強反射係數與穿透損失 61
5.4.1 泡沫無機聚合物考慮剪力波對於穿透損失之影響 62
5.4.2 泡沫無機聚合物入射角與剪力波對於穿透損失之影響 62
5.4.3 以泡沫無機聚合物組成三明治隔音板 63
第六章 結論 76
參考文獻 78
附錄一:聲波在圓管內部傳遞與多孔性材料為圓管孔洞 81
附錄二:多孔性材料不考慮剪力波之轉換矩陣 91
附錄三: 多孔性材料考慮剪力波之轉換矩陣 93
附錄四: 多薄板之轉換矩陣 95

1.T. C. Hung, J. S. Huang, Y. W. Wang and K. Y. Lin ,Inorganic polymeric foam as a sound absorbing and insulating material, Constr. Build Mater. , vol. 50, pp.328-334.
2.C. Zwikker, ＆ C. W. Kosten, Sound absorbing materials, Elsevier, New York, 1949.
3.D. E. Wewston , The theory of the propagation of plane sound waves in tubes, Proc. Phys. Soc. London Sec. ,vol. 66, pp.695-709, 1953.
4.M. R. Stinson, “The propagation of plane sound wave in narrow and wide circular tubes, and generalization to uniform tubes of arbitrary cross-sectional shape, J. Acoust. Soc. Amer. , vol. 89,pp.550-558 1991).
5.D. L. Johnson, J. Koplik, ＆ R. Dashen, ’’Theory of dynamic permeability and tortuosity in fluid-saturated porous media,’’ J. Fluid. Mechanics. , vol. 176, pp.379-402, 1987.
6.M. E. Delany, ＆ E. N. Bazley, “Acoustical properties of fibrous materials , Appl. Acoust. , vol. 3, pp.105-116, 1970.
7.M. A. Biot, The theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. I. Low frequency range, J. Acoust. Soc. Amer. vol. 28, pp.168-178, 1956.
8.M. A. Biot, “The theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. II. High frequency range J. Acoust. Soc. Amer. vol. 28, pp. 179-191, 1956.
9.K. Attenborough, “Acoustical characteristics of porous materials. “ Phys. Rep. , vol. 82, pp.179-227,1982.
10.J. F. Allard, Propagation of Sound in Porous Media Modelling Sound Absorbing Materials, Elsevier Applied Science, London (1993).
11.J. F. Allard , C. Depollier, P. Guignouard, ＆ P. Rebillard, Biot waves in layered media, J. Appl. Phys. vol. 60, pp.1926-1929, 1986
12.J. F. Allard , C. Depollier , P. Guignouard, ＆ P. Rebillard, “Effect of a resonance of the frame on the surface impedance of glass wool of high density and stiffness, J. Acoust. Soc. Amer. vol. 89, pp.999-1001, 1991.
13.J. F. Allard , C. Depollier , P. Guignouard, ＆ P. Rebillard, “The effect of a porous facing on the impedance and the absorption coefficient of a layer of porous material, J. Sound Vib. vol. 156, pp.541-555, 1992.
14.J. S. Bolton, N. M. Shiau , and Y.J. Kang, “Sound transmission through multi-panel structure lined with elastic porous materials, J. Sound Vib. , vol. 191(3), 317-347, 1996.
15.J. Davidovits, Geopolymers: inorganic polymeric new materials, J. Therm. Anal. , vol.37, pp.1633-1656, 1991.
16.王怡雯, 泡沫無機聚合物之物理性質, 成功大學土木工程研究所碩士論文,2009
17.范雅茱微結構及厚度對發泡無機聚合物工程性質之影響, 成功大學土木工程研究所碩士論文,2010.
18.洪塗城,泡沫無機聚合物的製作及性能,成功大學土木工程研究所博士論文,2013
19.蔡宜芬,泡沫無機聚合物材質與微結構對其隔音性能之數值分析,成功大學土木工程研究所碩士論文,2012
20.白明憲,工程聲學, 全華書局,2004.
21.F. Fahy, Foundations of engineering acoustics, Elsevier Academic Press, 2001.