車輛制造商正在尋找對其產(chǎn)品中所用材料的環(huán)保替代品，易于回收的材料更是作為優(yōu)選。天然材料被認(rèn)為減少了對石油及其產(chǎn)品的工業(yè)依賴，是對車輛結(jié)構(gòu)中現(xiàn)有的噪聲抑制材料而言環(huán)保的最佳替代物。

本期分享愛沙尼亞首都塔林最古老和規(guī)模最大的大學(xué)- 塔林理工大學(xué)（Tallinn University of Technology，簡稱TTU）機(jī)械與工業(yè)工程的Hans Rämmal和Jüri Lavrentjev發(fā)表在《Materials Today: Proceedings》上的論文《Acoustic studyof novel eco-friendly material for vehicle NVH Applications》。本文介紹的新型環(huán)保聲學(xué)材料經(jīng)過聲學(xué)表征，并在頭盔噪聲控制應(yīng)用中進(jìn)行了測試與驗證。點擊文末閱讀原文查看論文全稿。

摘要：本文提出了一種新型的環(huán)保吸音材料，專門用于車輛的噪聲吸收和隔音應(yīng)用，并對其聲學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先，介紹了相對較輕和較軟的材料的一般物理性能。提供掃描電子顯微鏡（SEM）成像結(jié)果以暴露具有纖維性質(zhì)的材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該材料由網(wǎng)狀天然皮革膠原基泡沫組成。

本文的主要部分是對這種新型材料進(jìn)行了完整的聲學(xué)研究，并介紹了通過實驗確定此類材料的主要聲學(xué)特性的適用方法。在測量程序之后，分析了特性并從實驗中獲得了結(jié)果。

最后，通過安裝在摩托車頭盔內(nèi)的應(yīng)用測試驗證了材料的聲學(xué)效果。聲學(xué)研究的結(jié)果表明，該材料適用于多種車輛NVH實施方案，因為它們需要吸收和隔離噪聲。

圖文快覽


由網(wǎng)狀天然皮革泡沫組成的新型吸收材料的圖像。絕緣層10mm大約放大4倍（a），內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大200倍（b），內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大1000倍（c），內(nèi)部結(jié)構(gòu)10000X放大（d）


從較大的材料樣本上切出六個圓型測試樣品，用于在阻抗管中進(jìn)行測試


阻抗管測試儀用于確定安裝在管子末端處的剛性封閉的測試樣品架上的多孔材料樣品的吸聲系數(shù)（右側(cè)圖像）


實驗室的測試設(shè)備專為確定材料的吸隔聲特性而規(guī)劃和設(shè)計


聲學(xué)實驗室的測試設(shè)備旨在確定吸聲和隔聲材料的聲學(xué)特性，包括全向聲源（LS），安裝在三腳架上的麥克風(fēng)（M）和通過通用膠帶固定在地面上的材料樣本層（S）。這些照片展示了在吸音系數(shù)確定實驗期間固定在地板上的新型聲學(xué)材料的布局


在使用全向聲源（LS），三腳架安裝的1/2英寸麥克風(fēng)（M）和聲場擴(kuò)散器進(jìn)行聲傳輸指數(shù)確定實驗期間，在聲源室（此處所示）和接收器室之間測試了多孔材料層樣品（S1）（R）


在傳聲指標(biāo)實驗中，多孔材料層固定在混響室之間。從源房間側(cè)（左）和接收室側(cè)（右）看已安裝的材料，在標(biāo)準(zhǔn)開口處展示了金屬線支撐框架和木質(zhì)插入物結(jié)構(gòu)


用于實驗的模塊化頭盔類型（左側(cè)2個圖像）以及未安裝（左側(cè)圖像）和（右側(cè)圖像）安裝了隔音材料的頭盔在騎車者耳朵周圍的區(qū)域


電容式麥克風(fēng)安裝在頭盔上，指向左耳（左）的開口。一輛經(jīng)典的運動自行車（本田CBR1000F，中間圖片）是由身高1,84m的騎手戴上測試頭盔駕駛的，該測試頭盔在不進(jìn)行公共交通的直路段道路測試中帶有和不帶有吸收材料插入物（右）

測試與驗證結(jié)果

通過阻抗管法實驗確定的新材料層的吸聲系數(shù)如圖所示。根據(jù)ISO 10534-2：1998，該材料的加權(quán)吸聲系數(shù)為0.20（H），表明中等吸聲等級E。從混響室實驗獲得的吸音系數(shù)結(jié)果如圖所示。通過兩種不同的測量技術(shù)獲得的結(jié)果之間具有很好的相關(guān)性。兩條吸音系數(shù)曲線在大約2000Hz時均接近0.70的相當(dāng)好的值，對于這種相對薄的材料層而言是合適的。


通過標(biāo)準(zhǔn)阻抗管方法實驗確定的材料（藍(lán)色實線）的吸音系數(shù)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與參考曲線（紅色虛線）進(jìn)行比較


在混響室內(nèi)通過實驗確定的材料的吸音系數(shù)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以1/3倍頻程中心頻率表示

下圖顯示了通過實驗確定的由每體積2％和4％的基礎(chǔ)材料組成的聲學(xué)材料層的傳輸損耗特性?？紤]到類型，TL結(jié)果顯示出足夠的隔音性能，達(dá)到大約12dB。


材料的TL特性是通過標(biāo)準(zhǔn)的雙腔室方法確定的，材料層密度為4％的被研究層（藍(lán)色實線）和材料密度為2％的比較層（紅色虛線）


以90km/h的騎行速度在摩托車頭盔內(nèi)部測得的A加權(quán)聲壓級：（帶紅色虛線），無材料插入物（藍(lán)色實線）


以110 km/h的騎行速度在摩托車頭盔內(nèi)部測得的A加權(quán)聲壓級：（紅色虛線），無插入材料（藍(lán)色實線）

可以預(yù)期，具有較高密度（4％）和較低孔隙率的材料幾乎可以在整個研究頻率范圍內(nèi)提供約2dB的較高噪聲隔離。盡管在125Hz和200Hz處有一些峰值，該材料仍提供了相對獨立于頻率的傳輸損耗特性，通常對于寬帶噪聲（例如，汽車輪胎–道路噪聲和空氣動力學(xué)產(chǎn)生的噪聲）控制應(yīng)用而言更為可取。


騎行時頭盔內(nèi)裝的材料的消音效果：90km/h（紅色實線）和110km/h（綠色虛線）

從頭盔內(nèi)噪聲測量獲得的聲壓級結(jié)果清楚地表明，新材料具有抑制騎行者耳朵最關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)模塊化頭盔內(nèi)部主要由空氣動力引起的噪聲級的能力。上圖清楚地顯示了頭盔內(nèi)部材料插入物的消音效果，在兩個騎行速度上幾乎類似，從幾dB的低頻處到高頻區(qū)出色的20 dB。


表1中比較的A加權(quán)聲壓級結(jié)果也證實了通過在頭盔中使用新材料插入件而產(chǎn)生的可觀的降噪效果。

總結(jié)

本文通過實驗確定了一種新型環(huán)保聲學(xué)材料的吸聲和隔音性能，為該材料的聲學(xué)表征提供了完整的數(shù)據(jù)。

通過比較兩種標(biāo)準(zhǔn)方法（阻抗管方法和混響室方法）來測量吸音系數(shù)，結(jié)果顯示出良好的相關(guān)性，并且材料具有足夠的吸收噪聲的能力。通過確定標(biāo)準(zhǔn)的TL特性，證明了該材料適用于隔音應(yīng)用。

還已經(jīng)證明，通過將新材料裝入騎手耳朵周圍的關(guān)鍵區(qū)域，可以在很大的頻率范圍內(nèi)顯著降低摩托車頭盔內(nèi)的噪音水平。