产品结构设计中，如何通过材料来降低噪音？

在产品结构设计中，降低噪音是提升产品品质和用户体验的关键环节。噪音不仅会干扰用户使用产品，长期处于高噪音环境还会对健康产生不利影响。而通过合理选择和运用材料，能够有效实现降噪目标，尤其是新型减震降噪吸音材料的开发与应用，为降噪工作带来了更多创新途径。

一、噪音产生与传播的原理

在深入探讨如何利用材料降低噪音之前，先来了解下噪音产生和传播的原理。物体振动会产生声波，当声波的频率、强度等因素超出人耳可接受的舒适范围时，就形成了噪音。在产品运行过程中，机械部件的摩擦、碰撞，气流的高速流动，电磁力的作用等，都可能成为噪音源。

噪音传播需要介质，常见的传播介质有空气、固体结构等。以电子产品为例，风扇运转产生的噪音，一部分通过空气传播到周围环境，另一部分则会通过风扇与产品壳体的连接部位，沿着固体结构传递到产品外壳，进而辐射到外部。了解这些原理，有助于在产品结构设计中针对性地选择材料来阻断或减弱噪音传播路径。

二、传统降噪材料及其局限性

在新型材料出现之前，已经有一些传统材料应用于降噪领域。比如橡胶，它具有一定的弹性和阻尼特性，能吸收部分振动能量，常被用于制造减震垫、密封圈等，减少机械部件之间的振动传递。还有玻璃纤维棉，作为一种多孔吸声材料，其内部的大量细小孔隙可以使声波在其中不断反射、折射，通过与纤维的摩擦将声能转化为热能消耗掉，在建筑、汽车等领域的隔音工程中有广泛应用。

然而，这些传统材料存在一些局限性。橡胶在高温、高湿度等极端环境下，其性能可能会发生变化，导致减震效果下降。玻璃纤维棉虽然吸声效果较好，但质地脆弱，施工过程中容易产生粉尘，对人体健康有潜在危害，而且它的强度较低，在一些对材料强度有要求的产品结构中难以适用。

三、新型减震降噪吸音材料介绍

（一）高分子阻尼材料

高分子阻尼材料是一类具有优异减振降噪性能的材料，其作用原理基于高分子聚合物的分子运动特性。在玻璃化转变温度（Tg）附近，聚合物分子链段的运动较为活跃，当材料受到振动作用时，分子链段之间会发生相对位移和内摩擦，从而将机械能转化为热能耗散掉，起到阻尼减振的效果。

为了提升高分子阻尼材料的性能，研究人员采用了多种方法。例如，通过接枝和嵌段共聚制备共聚物，可在更宽广的温度范围内呈现良好的阻尼性能。增加侧链的数目和增大侧链的极性，也能提高接枝共聚物的阻尼性能。在宽温域阻尼材料设计中，让阻尼材料组分的 Tg 相隔较远，理论上可使阻尼复合材料的阻尼温域更宽。而且随着交联度的提高，能增加两组分的相容性，在较宽温域内获得较高阻尼性能。此外，添加填料可使聚合物阻尼性能增加，因为填料粒子相互接触及与高分子间的摩擦，会使界面附近高分子内耗增加。

在产品结构设计中的应用案例有很多，如汽车发动机舱内的隔音垫，使用高分子阻尼材料可以有效降低发动机振动产生的噪音向车内传播。在电子产品中，一些硬盘驱动器的减震垫也采用了高分子阻尼材料，减少硬盘读写过程中产生的振动对其他部件的影响，降低噪音。

（二）金属基复合材料

金属基复合材料是以金属为基体，通过添加增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）制备而成。这种材料结合了金属的高强度、良好的导热性和增强相的高硬度、高模量等特性，在降噪方面具有独特优势。增强相可以阻碍金属基体中位错的运动，使材料在受力时产生更多的内部摩擦，将振动能量转化为热能，从而起到减震降噪作用。同时，金属基复合材料的高刚度也有助于减少结构在振动时的变形，降低噪音辐射。

比如，在航空发动机的某些部件制造中，采用金属基复合材料，能有效降低发动机运转时产生的噪音。在汽车的变速器齿轮等部件中应用金属基复合材料，也可以改善齿轮啮合过程中的振动和噪音问题。

新型多孔吸声材料在结构和性能上相较于传统多孔材料有了显著改进。例如，一些仿生吸能材料，其孔隙尺寸处于纳米量级，具有极大的比表面积。当声波进入这些纳米孔隙时，声能会被更高效地转化为热能。还有一些梯度多孔材料，其孔隙率和孔径在材料内部呈梯度分布，这种结构可以对不同频率的声波进行有针对性的吸收。

在实际应用中，一些高端耳机的耳罩内部采用了新型多孔吸声材料，能够有效吸收外界环境噪音和耳机单元产生的多余声波，提升音质效果。在一些对声学环境要求苛刻的录音棚、音乐厅等场所，新型多孔吸声材料被用于墙面和天花板的装修，营造出良好的声学环境。

（四）智能材料

智能材料如形状记忆合金、压电材料等，在降噪领域展现出了独特的应用潜力。形状记忆合金在受到温度、应力等外界刺激时，能够恢复到预先设定的形状，利用这一特性，可以将其应用于一些自适应的减震结构中。当产品受到振动时，形状记忆合金结构会发生变形，通过自身的回复力来抵消部分振动能量。