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聲學(xué)包：吸聲隔聲材料的應(yīng)用

2019-01-03 23:25:47·  來源：品質(zhì)內(nèi)外飾公眾號  作者：劉曉軍  
　
一、吸聲原理、吸聲材料及吸聲測試方法聲波在媒介中傳播或者入射到另一個媒介的過程中，聲能減少的過程就是吸聲。吸聲的原理是聲能轉(zhuǎn)換為熱能，比如吸音棉的吸音
一、吸聲原理、吸聲材料及吸聲測試方法
 
聲波在媒介中傳播或者入射到另一個媒介的過程中，聲能減少的過程就是吸聲。吸聲的原理是聲能轉(zhuǎn)換為熱能，比如吸音棉的吸音原理是由于聲音在吸音棉的中空纖維結(jié)構(gòu)中不斷消耗轉(zhuǎn)換為熱能導(dǎo)致。
圖1 入射聲波、吸收聲波和反射聲波
 
通常將吸聲系數(shù)大于0.2的材料稱為吸聲材料。吸聲材料安裝在車外，可以減小外界噪聲源；安裝在車內(nèi)，可以減小傳遞到車內(nèi)的噪聲并提升聲品質(zhì)。材料的吸聲能力采用吸聲系數(shù)來衡量。吸聲系數(shù)的大小除了與吸聲材料本身有關(guān)外，還與入射聲波的角度等參數(shù)有關(guān)。而根據(jù)聲波入射角度的不同，分為駐波管測試以及大混響室測試。
駐波管：
 
顧名思義為聲波垂直入射至樣品表面，由于聲波頻率的不同所以波長也是不同的，因此駐波管才會有大小管徑的區(qū)別，并有相應(yīng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)約束。通用的如B&K 4026型號的大管直徑100mm可下潛到100Hz左右，測試低頻長波聲音，配合一個小管直徑29mm可測試高頻截至6300Hz左右的聲音。其優(yōu)點是價格便宜，樣品要求面積小，測試方便；缺點是對于樣品邊緣的精度要求較高，誤差較大。
圖2 阻抗管測試系統(tǒng)
大混響室：
采用擴(kuò)散聲場，在混響場內(nèi)的各點聲能密度均勻，聲波方向無規(guī)，有相應(yīng)的ISO標(biāo)準(zhǔn)及國標(biāo)GBT 20247-2006約束。一般要求混響室的容積大于200m³，混響室的體積決定著所能測得的頻率的下限。相應(yīng)的，樣品面積一般為10-14m²。其優(yōu)點是所測吸聲系數(shù)能反映材料在實際工況下的吸聲能力；缺點是費(fèi)用高、樣品面積要求大。
圖3 大混響室
現(xiàn)在市面上有α 箱、β箱或者像豐田的更小的混響室，其實是為了測試無規(guī)入射聲波下的樣品的吸聲能力，但同時兼顧了樣品面積小以及測試費(fèi)用低、可驗收零件的聲學(xué)性能三大優(yōu)點而越來越受到主機(jī)廠及材料零件供應(yīng)商的青睞。雖然尚不滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，且實際測下來與大混響室測試方法有些差異，但縱向研究卻也足夠。

二、隔聲原理、隔聲材料及測試方法
 
采用特殊的材料和結(jié)構(gòu)將外界聲源與接收環(huán)境隔離開來，使得環(huán)境噪聲降低，這就是隔聲。聲音從空氣入射到另外結(jié)構(gòu)表面時，一部分聲能被反射回來，另一部分聲能透過這個材料，繼續(xù)在空氣中傳播。
通常采用STL (sound transmission loss) 來反映平板或者零件的隔聲性能，單位是dB（分貝）。單層板隔聲滿足兩個6dB原則：
  • 第一個是當(dāng)頻率增加一個倍頻程時，隔聲量增加6分貝，即隔聲量隨著頻率增加的直線斜率為6dB/倍頻程。
  • 第二原則是當(dāng)質(zhì)量增加一倍時，隔聲量增加6分貝，即隔聲曲線整體向上移6dB。
實際上，板結(jié)構(gòu)是有限，而且結(jié)構(gòu)的邊界條件、剛度、阻尼等會影響到其隔聲效果。大量的試驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)板的面密度增加一倍時，隔聲量增加量為5分貝；當(dāng)頻率增加一個被頻程時，隔聲量增加4分貝。
圖4 聲波反射和入射的示意圖及6dB原則
 
隔聲材料通常為面密度較大的材料如鋼板、EVA、EPDM等材料。在汽車前圍隔音墊、地毯、輪罩隔音墊等零件上廣泛應(yīng)用。而隔聲性能測試廣泛采用的是大混響－消聲的測試方法，阻抗管測試隔聲應(yīng)用較少。測試樣件安裝在混響室和消聲室之間的窗口上，混響室作為發(fā)聲室，消聲室作為接受室，用聲強(qiáng)法來測量消聲室的透射聲功率?？捎糜诹慵芊饧斑^孔的測試，分析薄弱的區(qū)域，這也是混響－消聲室方法優(yōu)于混響室－混響室方法的原因。
圖5 混響－消聲室法
三、 吸隔聲材料組合應(yīng)用
 
車身上的聲學(xué)包裝結(jié)構(gòu)多數(shù)是吸收材料和隔聲材料在一起的組合應(yīng)用，如前壁板隔聲墊、地毯、以及目前被很多豪華車采用的靜音鋼板等。如下圖的前壁板聲學(xué)結(jié)構(gòu)由四層組成：鋼板隔聲層+吸聲層+隔聲層。
圖6 前壁板聲學(xué)結(jié)構(gòu)
目前，在電動化的大趨勢下，對于輕量化吸隔聲材料的研究越來越深入，如九大參數(shù)對于材料聲學(xué)性能的影響，材料級到整車級的仿真等，各大主機(jī)廠和供應(yīng)商都展開了深入的研究并擁有了大量的數(shù)據(jù)和寶貴的經(jīng)驗，也切切實實的為正向開發(fā)付出著自己的汗水和努力。 
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