車輛制造商正在尋找對(duì)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(duì)石油及其產(chǎn)品的工業(yè)依賴，是對(duì)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)工程學(xué)院的Hans R?mmal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(cè)試與驗(yàn)證。點(diǎn)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(duì)其聲學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先，介紹了相對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)確定此類材料的主要聲學(xué)特性的適用方法。在測(cè)量程序之后，分析了特性并從實(shí)驗(yàn)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(cè)試驗(yàn)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(shí)施方案，因?yàn)樗鼈冃枰蘸透綦x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10 mm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(gè)圓型測(cè)試樣品，用于在阻抗管中進(jìn)行測(cè)試 

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

實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試設(shè)備專為確定材料的吸隔聲特性而規(guī)劃和設(shè)計(jì) 

聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)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(shí)驗(yàn)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(chǎng)擴(kuò)散器進(jìn)行聲傳輸指數(shù)確定實(shí)驗(yàn)期間，在聲源室（此處所示）和接收器室之間測(cè)試了多孔材料層樣品（S1）（R）

在傳聲指標(biāo)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的模塊化頭盔類型（左側(cè)2個(gè)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(yùn)動(dòng)自行車（本田CBR1000F，中間圖片）是由身高1.84 m的騎手戴上測(cè)試頭盔駕駛的，該測(cè)試頭盔在不進(jìn)行公共交通的直路段道路測(cè)試中帶有和不帶有吸收材料插入物（右） 

測(cè)試與驗(yàn)證結(jié)果

通過阻抗管法實(shí)驗(yàn)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(jí)E。從混響室實(shí)驗(yàn)獲得的吸音系數(shù)結(jié)果如圖所示。通過兩種不同的測(cè)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2000 Hz時(shí)均接近0.70的相當(dāng)好的值，對(duì)于這種相對(duì)薄的材料層而言是合適的。

通過標(biāo)準(zhǔn)阻抗管方法實(shí)驗(yàn)確定的材料（藍(lán)色實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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12 dB。

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(shí)線）和材料密度為2％的比較層（紅色虛線） 

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

以110 km/h的騎行速度在摩托車頭盔內(nèi)部測(cè)得的A加權(quán)聲壓級(jí)：（紅色虛線），無插入材料（藍(lán)色實(shí)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(gè)研究頻率范圍內(nèi)提供約2 dB的較高噪聲隔離。盡管在125 Hz和200 Hz處有一些峰值，該材料仍提供了相對(duì)獨(dú)立于頻率的傳輸損耗特性，通常對(duì)于寬帶噪聲（例如，汽車輪胎–道路噪聲和空氣動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的噪聲）控制應(yīng)用而言更為可取。

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

從頭盔內(nèi)噪聲測(cè)量獲得的聲壓級(jí)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(dòng)力引起的噪聲級(jí)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(gè)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(jí)結(jié)果也證實(shí)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(shí)驗(yàn)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(cè)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。