抑制噪音之新发展—共振器式吸音薄板
机械工程系孙嘉宏助理教授
现今之生活随着科技及工业化高度发展，在提升生活品质的正面影响外，也伴随而来许多环境污染及破坏等负面作用，而噪音即為当中一项负面作用。若是长期暴露於吵杂的工作场所中，除影响工作效率，严重甚至可造成职业伤害；生活环境中若是充满噪音除干扰日常作息，影响生活品质之外，长期累积更对身心健康造成负担。桃园国际机场联外捷运系统於新北环河快速道路与疏洪东路一段转弯处之噪音，即是因公共建设引发之噪音危害，近期也引起社会大眾的瞩目及关心。噪音防制向来是工程领域中重要的研究课题之一。
传统上噪音之抑制分為隔音工程与吸音工程两种方式。隔音工程是利用空气与固体阻抗间的巨大差异，可将入射声波由隔音墙等装置予以反射。但隔音仅得到声音的隔绝，在开放性空间中，反射式噪音的隔绝方式效率有限；若是处於密闭空间中，则可能造成能量放大，甚至是产生共振的现象。在吸音工程方面，则分為多孔性的吸音材料应用及共振式的吸音结构两大类处理方法，两者都是藉由空气振动摩擦，使能量转為热能散失至环境中，达到削弱噪音的目的。前者可吸收各频率的波，而共振式的吸音结构则可针对特定频率有良好的吸效率。然而，人耳主要感受的低频声波的波长较长，不论使用隔音墙的装置或多孔性吸音材料，声波都容易绕过障碍物的阻隔，造成使用上的困难。
機械系超聲波實驗室團隊針對低頻聲波的抑止，進行共振器式吸音薄板之研究，以期應用於生活及工業中。共振式吸音結構具有荷姆霍茲(Helmholtz)及四分之一波長共振腔。其中，荷姆霍茲共振腔由一大腔體與一小頸口組成，而四分之一波長共振腔則為一端開口、一端閉口的直管。工業上應用荷姆霍茲共振器做為吸音結構的應用已成熟發展，通常安裝於管道的側邊以吸收經管道傳遞的噪音，但其共振腔具有尺寸巨大的缺點。四分之一波長共振腔則結構簡單易於製作，但同樣在吸收低頻噪音時，其共振腔也具有佔用大量空間的缺點。以波長約為 0.85公尺的400 Hz的聲波為例，共振腔的長度需要約0.21公尺才有最佳吸收效率。近期發展出螺旋形共振腔的薄型吸音板，可將四分之一波長共振器或微穿孔板後的空氣腔長度大幅降低。機械系聲波實驗室團隊針對兩種共振器形式加以分析。在荷姆霍茲共振器部份，透過系統性的分析，可設計微型的共振腔體吸收低頻噪音。直徑5.5公分，高1公分，搭配0.5公分長頸口的腔體，對於646 Hz之噪音吸收率達90%以上。四分之一波長共振腔研究上，聲波實驗室團隊對於四分之一波長螺旋式的共振腔進一步提出「雙螺旋共振腔」的設計，可更有效地使用每個單元的面積，同時達成寬頻化的目的，使之更為實用與便利。兩種共振器單元經設計後，其厚度尺寸僅有1.5至2公分，面積約在100平方公分等級。相較以往的吸音結構，新設計之共振式吸音板佔用之體積大幅降低，容易製作成吸收噪音元件。有利於布置在建築物外牆吸收特定頻率噪音，尤其適用於交通、工廠等環境，可有效抑制噪音之危害，提升大眾之生活品質。
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