JHGT-22.4(190) (2015-11) Journal of the Hwa Gang Textile 華岡紡織期刊 第二十二卷 第四期 ISSN 1025-9678 http://www.jhgt.org.tw/manuscript/pdf/jhgt-22.4(190)(2015-11).pdf

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不織布之吸音性研究 A Study of Non-woven Acoustic Absorption Properties

陳建文，劉濬瑜 C.W. Chen,, C.Y. Liu

崑山科技大學材料工程系 Department of Materials Engineering, Kun Shan University

陳建文 kwen46@mail.ksu.edu.tw

摘要

本研究主要是要了解材料中是何因素影響吸音性，尤其是要如何才能對中低頻達到吸音的目

的。因此藉由符合ASTM E1050的吸音檢測設備，並選擇不織布材料如針軋、熱烘、融噴不

織布乃至奈米不織布來探討不織布在不同基重、不同厚度、不同密度、不同製程等因素下了

解是何變數影響吸音性，同時觀察在各種不同頻率下其影響程度又有何差別。根據實驗結果

可得知，中、低頻很難將音能吸收其吸音率都很低，但在高頻處時就會很明顯發現吸音率會

隨著厚度、基重增加而上升，同時超細丹尼所製成的奈米纖維不織布，明顯在中、高頻吸音

率有顯著提高，整個吸音曲線會往左移動，克服以往吸音材只對高頻有效的問題。

關鍵詞：吸音率、不織布、基重、厚度、密度

Abstract

The purpose of this study is to understand which properties in the material affect the acoustic

absorption, in particular how to absorb the low or medium frequency of sound. This study used the

ASTM 1050 certified sound absorbing testing equipment to test different nonwoven materials like

Needlepunch, Air through, Meltblown, and Nano-nonwoven. We wanted to determine which factors

influence acoustic absorption, based on different basis weight, thickness, density and manufacturing

process. In the meantime, we also observed how different frequency affected the amount of

acoustic absorption. According to the experiments, we found that it is difficult to absorb sound at the

low and medium sound frequency. However, when the material becomes thicker and the base weight

of the material becomes heavier, the rate of sound absorption increases for high sound frequency.

Obviously, Nano-nonwoven made with fine denier fiber has good acoustic absorption at medium and

high frequency. The testing curve of acoustic absorption moves to lower frequency. The results

showed that Nano-nonwoven made with fine denier fiber is able to solve the problem where the

acoustic absorption material is only good for absorbing high frequency of sound.

Keywords：Acoustic Absorption, Nonwoven, Basis Weight, Thickness, Density

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前言

機械隆隆地運轉曾被認為是經濟繁榮的代表，

但由於工業化而帶來生活水準提高，它所產生的噪

音影響國民健康，干擾國人生活安寧，與水汙染、

空氣汙染、固體廢棄物等被稱為環境四大汙染。勞

工於工廠內每日工作時間長達 8小時以上，首當其

衝很可能受到噪音之危害，而噪音對勞工的危害為

聽力損失、干擾交談會話、降低生產力、與產生心

理上不良影響。一班人除了上班時可能受到噪音影

響，下班後能可能暴露在噪音中，如 KTV、鞭炮

聲，甚至隨身聽等均對聽覺、心理有潛伏的傷害性。

因此要保護勞工及防止一般人受噪音的危害，必先

瞭解噪音的物理性質後才能適當選擇良好的工程

控制方法、管理方法或正確使用聽力防護具[1]。

汽車是現代交通工具中最為普遍也是最重要

的一種,隨著人們對生活要求的提高，對汽車的需

求也從最初的代步工具逐漸上升為舒適的移動空

間，由於汽車噪音在行駛過程中給車內人員帶來很

大的影響，直接關係到車內人員的健康。所以，汽

車噪音就成為了衡量汽車自身機械性能和舒適性

能品質的重要標準[2]。

不織布材料因其本身優異之特性，已普遍使用

在車輛之襯材與內裝材料，由於消費者對汽車中聲

學舒適性的要求越來越高，噪音隔絕設備急速增

長，另外因為車輛上視聽娛樂設備的配置越來越普

遍，使用者對車艙內的聲學環境不再僅有安靜之要

求、個人專屬之視聽環境儼然已在車輛上出現。一

般應用於車用防音材料的首要條件，是材料具有高

吸音性和高隔音性，其中引擎穿透因是駕駛者感受

最直接且持續的項目，因此隔音與吸音強化是車廠

必要重點之一[3]。

吸音相關原理及理論

基本的吸音原理

藉由吸音材料與結構轉換入射音為熱能，能量

轉換包含二個機制：黏滯流動損失、內部摩擦。(1)

黏滯流動損失:吸音材料結構含有很多互相連結的

孔隙，音波傳入孔隙內時，音波的空氣分子速度與

孔隙內之吸音材料物面產生邊界層現象，因此在孔

隙內吸音材料表面造成音能損失，(2)內部摩擦：

部分吸音材料具有彈性的纖維狀結構或彈性的多

孔性結構，由於音波的傳入而與材料內的孔隙壁產

生摩擦。造成所謂的內部摩擦，而把音波轉換成熱

能。 一般選擇良好的吸音材料的基本判定為該材

料的吸音係數。吸音係數介於 0-1之間，係數值越

高，代表該材料吸音能力越好。一般來說吸音係數

整體要達到 0.3 以上才能被稱為吸音材料。而 0.6

以上為良好的吸音材料。下列是吸音係數及吸音率)

的計算法：α＝Ea / Ei ＝ （ Ei－Er ）/ Ei 其中 Ei

為入射到材料表面的聲能，Ea 為材料吸收的聲能，

Er 為被材料反射回去的聲能。如果某種材料的吸

音係數為 0.7，即該材料能將 70％的入射聲能吸

收。 多孔吸音材料影響吸音係數的參數有流阻、

孔隙率、結構因子、厚度、密度、材料背後的空氣

層、材料表面的護面處理、其他外在環境因素[6]。

吸音材料主要分為微孔型和纖維型的，它們並

沒有本質的區別，吸音原理是給聲音留下可進入的

通道（無數連綿在一起的微小孔洞組成的通道，或

者由數不清的纖維交叉在混在一起而形成數不清

的細小縫隙），但是聲音一旦進去就出不來了，由

於通道太亂太長，聲音在裡面鑽來鑽去左衝右撞，

在這個過程中逐漸消耗掉能量，起到了吸音的作

用。所有的具有雜亂無章的很長的細微通道的東西

可以作為吸音用途，比如棉花，各種化纖、海綿、

地毯；但像普通泡沬、雞蛋盒、木板之類的東西就

基本沒有吸音作用。不同頻率的聲音，被吸收的狀

況是不同的。高頻聲音波長短，很容易就能被吸收，

而低頻聲音的波長很長，可以輕易穿透障礙物。對

於低頻聲音，不但難以隔音，而且難以吸收。它不

像高頻聲音那樣會在雜亂的細小通道中撞來撞去，

而是會輕易地繞過去[7]。

聲波作用於牆面的效果

聲波作用於牆面會產三種現象，(1)一部份聲

音的能量會經由障礙物傳送出去。(2)一部分聲音

的能量會被反射回房間。(3)一部份聲音的能量會

損失而達到所謂吸音[8]。吸音材料的使用，主要

就是達到第三點的效果。尤其空氣是一種很好的天

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然吸音介質，因此吸音材的特徵與設計通常是如何

營造出包含空氣的孔洞，來達到消減與降低聲音音

能進入材料後反射的能量完成吸音的功能。

實驗

實驗材料與設備

1. 油壓式裁斷機

2. 電子平台秤

3. 吸音測試機

4. 融噴不織布

5. 針軋不織布

6. 熱烘不織布

7. 奈米不織布

吸音率檢測

吸音材料被廣泛使用於噪音改善的場合，而吸

音材料的吸音性能如何，則有賴吸音率的量測。對

於實用的音場設計，於迴響室內量測有、無吸音材

料的殘響時間變化，求出隨機入射吸音率，較能符

合實際使用狀況，但迴響室佔地大、造價昂貴且量

測費時。而根據美國材料測試學會 ASTM E1050

之測試規範，是使用音響阻抗管吸音率，藉由音響

阻抗管一端以喇叭發出白色噪音(white noise)至另

一端吸音材料反射音波後，以兩只麥克風量測管內

音入射波與反射波所形成的駐波之音壓訊號，在藉

由轉換函數關係，求得之正向入射吸音率，適用於

吸音材料的製程與新材料開發研究。

待測材料規格說明 :

測試頻率範圍為 125~1600 Hz：

1. 使用低頻管，待測材料為直徑 100 mm 之圓形

樣本。

2. 測試頻率範圍為 500~4000 Hz：

3. 使用中頻管，待測材料為直徑 45mm之圓形樣

本。

4. 測試頻率範圍為 1600~8000 Hz：

5. 使用高頻管，待測材料為直徑 22mm之圓形樣

本。

檢測前準備事項:

1. 將測試材料置於實驗室至少一小時以上，視材

料受環境因素影響的程度。

2. 接妥喇叭輸出訓號線及 DAQ 資料擷取訊號

線，開啟量測放大器(Measuring Amplifier)之電

源，暖機 30 分鐘以上。

3. 小心取出麥克風(Microphone)，旋緊於前置放

大器(Preamplifier)，再將前置放大器的訊號線

連接於量測放大器的 Lemo接頭。

結果與討論

不同製程的不織布對吸音性的影響

為了瞭解不織布在吸音功能上所扮演的角色，

因此首先用以不同製程，即不同的不織布結構，來

測試吸音率。本研究所採用三種不同製程所產生的

不織布:

熔噴不織布:一種將融熔高分子聚合體藉由高

熱空氣將聚合體液噴出形成超細纖維的不織布。

針軋不織布:一種藉由針勾將纖維糾結成不織

布。

熱烘不織布:一種藉由熱風貫穿纖維棉網形成

蓬鬆的不織布。

其物性如表 1，吸音測試結果如圖 1所示。

根據圖 1 顯示融噴不織布相較於針軋不織布

與熱烘不織布的測試下，高頻的吸音率明顯較好。

此乃因為融噴製程所產生的纖維極細且密度低、厚

度大，是一種非常蓬鬆的結構所以結構中有許多孔

隙，加上纖維細其所形的孔洞更為細小且多而微孔

中含有許多空氣在裡面，可將射入的聲能消耗，導

致聲音反射時，聲音能量降低。相對於針軋不織布

與熱烘不織布其密度差異不大，且其纖維細度相同

等級，並非像融噴不織布其纖維那麼細，因此孔洞

大且沒有那麼多，導致在將聲能消耗的程度上沒有

融噴不織布這麼大，因此吸音率偏低。

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表 1試片之基本物性

試片 基重

(g/m2) 厚度(mm)

密度

(g/cm3)

融噴製程 150 7.79 0.019

針軋製程 144 2.89 0.049

熱烘製程 100 1.79 0.056

圖 1 融噴、針軋、熱烘不織布之吸音率

不同基重、厚度針軋不織布對吸音性的影響

本項研究以針軋不織布製程，選擇三種不同基

重之不織布，其在相同纖維細度下，基本物性如表

2，吸音測試結果如圖 2所示。

根據圖 2顯示 C相較於 A、B明顯在高頻的吸

音率較差。此乃因為 A與 C基重相差 1064 g/m2，

厚度相差 4.5mm，雖然密度相差不多，但 C 其纖

維量多且整個產品厚，聲音進入後的行進路線較

長，導致消耗因能較多，所以 A 明顯有較良好吸

音率。A與 B基重相差 240 g/m2，厚度相差 1.5mm，

明顯聲音行進路線相差不大所以即使 A 吸音率較

好但也相差不大。另外原因是基重越大表示其纖維

量越多，在相同的纖維細度下，則其形成的孔隙越

多，所以當聲音進入時其所受孔隙內的空氣阻擋，

孔洞越多，聲音能量損耗越多，因此吸音效果也會

越佳。

表 2三種針軋不織布之基本物性

試片 密度(g/cm3) 基重(g/m2) 厚度(mm)

A 0.245 2346 9.5

B 0.263 2106 8.0

C 0.256 1282 5.0

圖 2三種針軋不織布之吸音率

不同密度、厚度針軋不織布對吸音性的影響

本研究以二種不同密度的針軋不織布，其物

性如表 3，吸音測試結果如圖 3所示，圖 3中顯示

A 高頻吸音率較 B 好，厚度相差 1.5mm。當基重

相同時，D=M/V，當厚度越厚其密度相對會越小，

且纖維細度也一樣，導致 A 樣厚度較厚時其聲音

行進路線稍長所以其消耗音能也就越多，同時空氣

在結構中的含量越多，對消耗音能也越有幫助，所

以其吸音率較好，但也可以看出兩者吸音率曲線相

差不大。

表 3兩種針軋不織布之基本物性

試片 密度(g/cm3) 基重(g/m2) 厚度 (mm)

A 0.179 899 5.0

B 0.239 838 3.5

圖 3兩種針軋不織布之吸音率

不同密度、基重針軋不織布對吸音性的影響

本研究以二種針軋不織布，其物性如表 4，吸

音測試結果如圖 4所示。

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根據圖 4顯示 A高頻吸音率較 B好，基重相

差 383 g/cm2。其實當厚度一樣，表其聲音行進路

程是一樣，但因其纖維量不同，導致在結構中的孔

細度在纖維量多的結構中有較多的量，因此聲音在

行進中會遇到較多的孔洞而消耗音能，所以結果顯

示出密度大小並不是影響吸音率的因素，最主要的

原因是來自纖維量的不一樣與產品的厚度較有關

聯，所以可以看出纖維量越多與越厚產品其吸音性

越好，這從圖 3與圖 4可以看出有一致的反應結果。

表 4兩種針軋不織布之基本物性

試片 密度(g/cm3) 基重(g/m2) 厚度(mm)

A 0.256 1282 5.0

B 0.179 899 5.0

圖 4兩種針軋不織布之吸音率

不同基重融噴不織布對吸音性的影響

本研究以融噴不織布為製程，選擇兩種不同

積重，主要是要去驗證當纖維細度變為超細纖維

時，其吸音性與重量的關係為。表 5為材料基重，

吸音測試結果如圖 5所示。

根據圖 5 顯示在不同基重下，其結果仍顯示

高基重的吸音性仍然是較高，這與先前的實驗結果

是一致，即纖維量多其孔隙多，吸音性也佳，唯一

需要注意的是融噴不織布其吸音曲線有往左邊偏

移現象，也就是說在中頻區其有比針軋的吸音率提

升的情形，此乃因其融噴纖維一般在 1D左右但針

軋纖維是在 6D左右，所以在結構中，融噴不織布

的孔隙是更細且越多，在消耗音能上其效率是更

佳，因此對中頻的聲音其吸音也提高，這也就是普

遍目前市面上，除玻璃纖維外，融噴不織布最為受

歡迎的吸音材料。

表 5 兩種融噴不織布之基重

試片 製程 基重(g/m2)

A 融噴 300

B 融噴 260

圖 5兩種融噴不織布之吸音率

奈米纖維與熱烘不織布複合材料對吸音性的影響

若以先前實驗所獲得結果，當纖維越細其吸音

性越好，若能有筆超細纖維越細的產品其吸音性會

是如何? 於是本研究以單層熱烘不織布及奈米纖

維與熱烘不織布複合之材料，測試奈米纖維層對吸

音性之影響。吸音測試結果如圖 6所示。

根據圖 6單一測試熱烘不織布吸音率偏低，加

入奈米纖維不織布後，高頻吸音率明顯提高很大。

依據先前實驗得知，融噴不織布之所以有較佳的吸

音性，主要其纖維細度細(1um ~ 6um)，同時也知

道目前目前市面上最佳吸音材是玻璃纖維，也主要

是其纖維極細，但玻璃纖維脆易斷且對人體會造成

傷害，並非很適合當材料。本實驗中也採取富雅樂

公司所研發奈米纖維不織布，纖維細 0.1um~

0.2um，了解奈米材料所能扮演的角色。實驗中奈

米纖維不織布基重 1~2 g/m2，熱烘不織布基重 100

g/m2，單獨熱烘不織布其吸音率很差約只有 0.2以

下，但在表面加一層薄薄的奈米纖維不織布其吸音

性卻遠遠高出很多，這主要來自奈米化纖維所造成

奈米孔隙遠比一般纖維所造成的孔隙更小且多，使

的聲音行進路線需通過這些許許多多的細孔，也就

提供對音能更多的消耗。

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圖 6熱烘不織布與奈米纖維加熱烘不織布之吸音率

結論

不織布是一種纖維型的吸音材料，藉由其特殊

的纖維糾纏而形成無數的小孔洞於結構內，且這些

孔洞並非是一洞到底，而是洞洞相連的存在產品結

構內形成迂迴曲折的聲音通道，當聲音進入這些曲

折通道時，會因折射、反射或直接碰撞纖維而損失

能量，造成反射出產品結構的聲波其傳播能量降

低，而達到所謂的吸音效能。因此本實驗藉由此原

理探討製造纖維不織布時不同的物性對吸音性的

影響，結論如下:

1. 製程之影響：融噴不織布製程因此致成特色是

形成細小超細纖維導致結構內的孔隙是更細

且越多，因此對中頻的聲音其吸音也提高，這

就是普遍目前市面上，除玻璃纖維外，最為受

歡迎的吸音材料。相對的針軋不織布與熱烘不

織布其密度差異不大，且其纖維細度相同等級

屬於較粗纖維，並非像融噴不織布其纖維那麼

細，因此孔洞沒有那麼多，導致在將聲能消耗

的程度上沒有融噴不織布這麼 大，因此吸音

率低。

2. 基重之影響：一般言基重不同主要在於其結構

中的纖維量不同，因此不同纖維量如果在相同

體積內其纖維量多的結構是必形成更多孔洞

而造就吸音率提高，但這只對高頻的聲音有顯

著影響，但是低頻吸音率並無顯著之增加。

3. 厚度之影響：當厚度增加時主要是因為其聲音

進入的通道距離與時間增加， 因而提供了消

耗音能的機會，導致一般材料結構其吸音率會

隨厚度增加而增加。當然這仍需配合其他條件

如纖維是否由存在，否則即使材料厚度增加，

其結構如紙蜂巢並無纖維在內時，其吸音率並

無變化，即不會因厚度而改變，但加入纖維後，

其結果就全然不一樣，明顯對吸音率有不同結

果。

4. 纖維細度：一般當條件都一樣時，纖維不織布

內的纖維越細，其所形成細小孔洞也就越多越

小，造成的路徑就越曲折，所以聲能越容易消

耗，因此其吸音率會越高。

5. 密度：在纖維型的吸音材，由本實驗結果是沒

有明顯的影響，主要是密度是因重量增加而增

加，但卻因厚度增加而減少。而厚度與重量卻

是影響吸音的因素，因此無法直接由密度來判

斷。

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