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NVH試驗(yàn)室的設(shè)計(jì)淺析

2021-10-13 13:53:47·  來(lái)源：汽車(chē)零部件  作者：陳雪  
　
摘要：根據(jù)國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)對(duì)NVH重視的提升及國(guó)民對(duì)整車(chē)乘坐舒適性要求的提高，NVH試驗(yàn)室的建設(shè)將對(duì)整車(chē)NvH性能提升起著至關(guān)重要的作用。介紹了消聲室的主要技術(shù)指
摘要：根據(jù)國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)對(duì)NVH重視的提升及國(guó)民對(duì)整車(chē)乘坐舒適性要求的提高，NVH試驗(yàn)室的建設(shè)將對(duì)整車(chē)NvH性能提升起著至關(guān)重要的作用。介紹了消聲室的主要技術(shù)指標(biāo)和影響消聲室技術(shù)指標(biāo)的主要結(jié)構(gòu)，闡述了NVH試驗(yàn)室建設(shè)的主要指標(biāo)。建成后的NVH試驗(yàn)室將縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高試驗(yàn)的精準(zhǔn)度、提供安全測(cè)試環(huán)境、適應(yīng)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需求及提升試驗(yàn)驗(yàn)證能力。

關(guān)鍵詞：消聲室；NVH試驗(yàn)室：低頻截止頻率

0 引言
隨著現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展．人們對(duì)汽車(chē)的需求已經(jīng)不僅限于汽車(chē)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能的提升。越來(lái)越關(guān)注汽車(chē)的振動(dòng)、噪聲以及舒適性和周?chē)h(huán)境。2010年國(guó)家起草的《汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法》，對(duì)試驗(yàn)條件要求極為嚴(yán)格，并且噪聲限值大大降低。整車(chē)及零部件的NVH性能成為重點(diǎn)研究的課題。
1 消聲室簡(jiǎn)介
消聲室是一個(gè)人工模擬聲場(chǎng)的房間，在這個(gè)房間內(nèi)，傳播聲波的介質(zhì)均勻地向各個(gè)方向無(wú)限延伸。使聲源輻射的聲能夠“自由”傳播。即無(wú)障礙地反射，也無(wú)環(huán)境噪聲的干擾。
1．1 消聲室的分類(lèi)
根據(jù)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試內(nèi)容及所要求的精度。消聲室分為全消聲室和半消聲室。全消聲室即室內(nèi)各面均鋪設(shè)吸聲材料或吸聲構(gòu)件，半消聲窒即有一面為反射面，其余面均鋪設(shè)吸聲材料或吸聲構(gòu)件。全消聲室內(nèi)空間基本為自由聲場(chǎng)，半消聲室為一個(gè)反射面上方為自由聲場(chǎng)的空間。
1．2 消聲室主要技術(shù)指標(biāo)
在消聲室的建設(shè)過(guò)程中，首先要確定被測(cè)對(duì)象所要求的精度。即截止頻率、自由場(chǎng)半徑、本底噪聲與通風(fēng)噪聲。
1．2．1截止頻率
消聲室的截止頻率。是指在消聲室內(nèi)，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)要求的自由場(chǎng)半徑和偏差要求的最低頻率。被測(cè)試件的主要噪聲頻段作為確定低頻截止頻率的依據(jù)。
1．2．2自由場(chǎng)半徑
自由場(chǎng)半徑的選擇依據(jù)：(1)被測(cè)試件最大尺寸；(2)聲功率測(cè)量，按GB／T6882中8．2測(cè)量表面的規(guī)定；(3)聲壓級(jí)的測(cè)量，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；(4)取上述最大值。
1．2．3本底噪聲與通風(fēng)噪聲
(1)在測(cè)量表面上，所有傳聲器位置和測(cè)試頻率范圍內(nèi)的每個(gè)頻帶，本底噪聲至少比被測(cè)試件的最小聲壓級(jí)低20 dB(具體設(shè)計(jì)時(shí)可考慮3 dB的余量)；
(2)在測(cè)量表面上。所有傳聲器位置和測(cè)試頻率范圍內(nèi)的每個(gè)頻帶．通風(fēng)噪聲至少比測(cè)試件的最小聲壓級(jí)低lO dB(具體設(shè)計(jì)時(shí)可考慮3 dB的余量)。
1．2．4自由聲場(chǎng)精度要求
建設(shè)消聲室最終的目的是要獲得符合聲學(xué)測(cè)試要求的自由聲場(chǎng)空間。并且對(duì)自由聲場(chǎng)空間進(jìn)行了定義，即反射聲能與直射聲能的比值足夠小。及允許誤差范圍足夠小，而允許誤差范圍為消聲室設(shè)計(jì)的輸入之一。下式為誤差范圍的計(jì)算公式：

對(duì)于允許誤差范圍．IS03745給出了明確的規(guī)定，即采用l／3倍頻程頻帶噪聲和純音測(cè)試，按Is03745．2003測(cè)量，精度達(dá)到Is03745．2003對(duì)半消聲室的反平方率偏差規(guī)定。如下：
50—630 Hz，自由聲場(chǎng)偏差小于±2．5 dB；
800一5 000 Hz。自由聲場(chǎng)偏差小于土2．0 dB；
6 300 Hz以上。自由聲場(chǎng)偏差小于±3．0 dB。
1．3 消聲室吸聲結(jié)構(gòu)的類(lèi)型
鋪在消聲室內(nèi)各面的吸聲層的吸聲性能，對(duì)于室內(nèi)自由聲場(chǎng)范圍的大小具有決定性的作用。也是決定消聲室質(zhì)量的最重要的部分。目前吸聲結(jié)構(gòu)主要有板式吸聲材料及尖劈吸聲材料。
1．3．1 尖劈
尖劈的聲學(xué)經(jīng)典理論：

式中：￡為尖劈長(zhǎng)度，D為后空腔長(zhǎng)度，A為低頻截止頻率的波長(zhǎng)。
尖劈的優(yōu)點(diǎn)：
(1)在100 Hz以下的低頻和4 kHz以上的高頻吸聲特性?xún)?yōu)于平板吸聲體j
(2)純音測(cè)量滿(mǎn)足GB／T 6882自由場(chǎng)偏差要求。適用于：聲學(xué)基礎(chǔ)研究、電聲測(cè)試等各種用途的消聲室。以金屬穿孔板作為尖劈護(hù)面材料的金屬尖劈的優(yōu)點(diǎn)：
(1)使用壽命長(zhǎng)，20年以上；
(2)表面可清潔；
(3)表面噴漆。美觀(guān)。
金屬尖劈吸聲結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖l。

傳統(tǒng)尖劈和金屬尖劈實(shí)景圖片分別見(jiàn)圖2、圖3。

I．3．2平板吸聲體
(1)普通平板
吸聲原理：板共振吸聲，吸聲材料內(nèi)有一塊或多塊共振板。每塊共振板的邊界是固定的。是一個(gè)質(zhì)量一彈簧共振體系。低頻吸聲板通常厚度為100 mm。主要適用于100 Hz以下的低頻吸聲。
平板吸聲體的優(yōu)點(diǎn)：
①吸聲結(jié)構(gòu)占用室內(nèi)空間?。?/span>
②更容易清潔。
適用于：場(chǎng)地小、有油污的工業(yè)產(chǎn)品測(cè)試消聲室。缺點(diǎn)：共振頻率單一，共振峰較窄，致使在低頻段吸聲特性不均勻。其典型的吸聲特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

(2)平面薄型寬頻帶復(fù)合吸聲體(BcA)
寬頻帶的復(fù)合板共振吸聲器，除了質(zhì)量一彈簧共振之外，同時(shí)也可以激發(fā)大量彎曲振動(dòng)。BcA吸聲構(gòu)造每個(gè)構(gòu)件的大小約為l m×1．5 m，總厚度為35 cm，改變其中不同的振動(dòng)板的厚度，可以在40～100 Hz內(nèi)調(diào)節(jié)它的最低有效吸收頻率。因此。吸聲結(jié)構(gòu)的厚度不因截止頻率的降低而增厚，始終保持為35 cm的薄型結(jié)構(gòu)(如圖5所示)。BcA吸聲構(gòu)造組件表面為厚度約1．5 mm、穿孔率約40％的透聲穿孔成型鋼板．內(nèi)部是厚約350 mm的3層caruso棉。因此，吸聲構(gòu)造的表面能保證透聲，并能防護(hù)機(jī)械碰撞，且能用清潔布擦凈，油污后仍然能簡(jiǎn)易地恢復(fù)清潔。

BCA產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)：
①材料環(huán)保、無(wú)人體過(guò)敏反應(yīng)
②適用于更低頻要求消聲室。
2 影響消聲室技術(shù)指標(biāo)的主要結(jié)構(gòu)
2．1 房體的結(jié)構(gòu)形式
(1)內(nèi)外套房結(jié)構(gòu)——房中房結(jié)構(gòu)
外套房一般為磚混重質(zhì)結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)套房采用輕質(zhì)磚墻。重質(zhì)套房采用粘土磚墻或混凝土墻。一般用于要求本底噪聲小于30 dB(A)或環(huán)境振動(dòng)和噪聲嚴(yán)重的情況。
(2)普通單層結(jié)構(gòu)——磚混結(jié)構(gòu)
一般用于要求本底噪聲大于30 dB(A)或環(huán)境振動(dòng)和噪聲不嚴(yán)重的情況。
2．2 隔振器的類(lèi)型
橡膠隔振器。適合于金屬隔聲板浮筑地面。
玻璃纖維隔振器。適合于混凝土現(xiàn)澆浮筑樓板，見(jiàn)圖6。

彈簧隔振器。適合于環(huán)境地面振動(dòng)聲較大的場(chǎng)合。見(jiàn)圖7。

2．3 消聲室隔聲門(mén)、吸聲門(mén)的隔聲量
在消聲室的建設(shè)過(guò)程中．門(mén)、窗、風(fēng)道、減振機(jī)構(gòu)的空氣聲隔聲量均需滿(mǎn)足相應(yīng)的隔聲量需求。其中。門(mén)和隔振系統(tǒng)，由于距測(cè)試傳聲器較近。是最薄弱的環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格把控隔聲量指標(biāo)，確保整個(gè)消聲室系統(tǒng)隔聲量滿(mǎn)足要求。門(mén)的隔聲量也必須達(dá)到土建結(jié)構(gòu)本身的隔聲量要求。否則如門(mén)外有噪聲源，而門(mén)內(nèi)3—4 m內(nèi)有傳聲器。將會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果，導(dǎo)致試驗(yàn)室無(wú)法使用，耗費(fèi)巨資建設(shè)的房中房結(jié)構(gòu)發(fā)揮不出應(yīng)有的作用。
不考慮表面的吸聲材料(按常規(guī)，作為隔聲設(shè)計(jì)安全余量)，其計(jì)算見(jiàn)下式：
JR=尺l+R2+尺3+尺4
式中：尺為總隔聲量，尺．為單道門(mén)隔聲量。R：為隔聲量相當(dāng)?shù)碾p道門(mén)增加的隔聲量6 dB，尺、為第二道門(mén)為輕質(zhì)鋼架結(jié)構(gòu)2 dB，尺。為聲閘10 dB。
2．4 隔振器
隔振器主要分為橡膠隔振器、玻璃纖維隔振器及彈簧隔振器3種。其中橡膠隔振器適合于金屬隔聲板浮筑地面；玻璃纖維隔振器適合于混凝土現(xiàn)澆浮筑樓板；彈簧隔振器適合于環(huán)境地面振動(dòng)噪聲較大的場(chǎng)合。分國(guó)產(chǎn)彈簧隔振器和進(jìn)口彈簧隔振器。
2．5 消聲室房間尺寸的確定
消聲室的體積主要取決于被測(cè)物的大小和測(cè)試距離，此外。消聲室的聲學(xué)經(jīng)典理論：
D≥λ／4+2r
式中：D為房間剛性界面尺寸，λ為低頻截止頻率的波長(zhǎng)。r為自由場(chǎng)半徑。
上述公式適用于包括尖劈型和平板型所有類(lèi)型的消聲室。
3 NVH試驗(yàn)室建設(shè)主要指標(biāo)
參考同行業(yè)當(dāng)前NVH試驗(yàn)室的建設(shè)情況，結(jié)合試驗(yàn)?zāi)芰π枨?。建立整?chē)通過(guò)噪聲試驗(yàn)室、小整車(chē)半消試驗(yàn)室、音質(zhì)評(píng)價(jià)室、混響室和全消室、零部件試驗(yàn)室及模態(tài)試驗(yàn)室。
設(shè)計(jì)時(shí)需考慮主機(jī)廠(chǎng)自己獨(dú)特的地方及汽車(chē)產(chǎn)品范圍。此試驗(yàn)室主要設(shè)計(jì)原則為：
(1)試驗(yàn)范圍。此試驗(yàn)室的設(shè)計(jì)初衷為跨越轎車(chē)及輕卡車(chē)型的試驗(yàn)室，對(duì)試驗(yàn)室內(nèi)轉(zhuǎn)轂要求軸載荷5×104 N。
(2)截止頻率。由于柴油車(chē)有著更低的頻率特性。需要有足夠大的低頻率自由場(chǎng)空間來(lái)滿(mǎn)足其試驗(yàn)的需要．故截止頻率要求達(dá)到40 Hz。
(3)自由場(chǎng)半徑。40 Hz時(shí)，自由場(chǎng)半徑不小于7 m；31．5Hz時(shí)，自由場(chǎng)半徑不小于5 m，用于排氣噪聲測(cè)量。
(4)消聲室本底噪聲。
試驗(yàn)問(wèn)周?chē)胍粜∮?0 dB(A)(此值供參考，具體以現(xiàn)場(chǎng)預(yù)估的噪聲值為準(zhǔn))；
室內(nèi)所有設(shè)備關(guān)閉時(shí)消聲室本底噪聲不大于20 dB(A)；
空調(diào)出風(fēng)口全風(fēng)量時(shí)消聲室本底噪聲不大于25 dB(A)。
(5)門(mén)的隔聲量。為了滿(mǎn)足測(cè)試要求，消聲室內(nèi)的本底噪聲要求約為20 dB(A)，而此時(shí)的外部噪聲約為80 dB(A)。房中房本身的土建結(jié)構(gòu)，如采用250混凝土+240磚墻的方案，則土建結(jié)構(gòu)本身的隔聲量可以達(dá)到60 dB。此時(shí)。就要求門(mén)的隔聲量也必須達(dá)到此隔聲量。
4 結(jié)論
對(duì)消聲室的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)介紹．同時(shí)對(duì)新建NVH試驗(yàn)基地設(shè)計(jì)要領(lǐng)做出了簡(jiǎn)單的分析。針對(duì)消聲室的設(shè)計(jì)提供建議如下：
(1)低頻截止頻率的依據(jù)為被測(cè)試件的主要噪聲頻段：
(2)自由場(chǎng)范圍需將被測(cè)試件覆蓋在內(nèi)，保證被測(cè)件測(cè)試的準(zhǔn)確性。
作者：陳雪
作者單位：(安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽合肥230091)
來(lái)源：汽車(chē)零部件
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