汽車前圍板隔聲量測定及改進(jìn)

楊洋，褚志剛，袁苗達(dá)，段妍

（1.重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛工程學(xué)院，重慶 401120；2.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400044)

汽車前圍板是分隔發(fā)動(dòng)機(jī)艙和車廂的重要部件，其隔聲性能的好壞在很大程度上決定了駕駛員、乘客受發(fā)動(dòng)機(jī)等噪聲干擾的程度。采用合理有效的方法準(zhǔn)確測定其隔聲量及找出主要薄弱部位，是進(jìn)一步分析、評價(jià)、改進(jìn)其隔聲性能的前提，對改善汽車聲學(xué)性能具有重要意義。

目前，已有的隔聲量測定方法可分為阻抗管法和實(shí)驗(yàn)室法兩類。阻抗管法[1，2]將被測試件按一定規(guī)格放入阻抗管內(nèi)，基于傳聲器測量的聲壓信號(hào)計(jì)算被測試件入射聲壓與透射聲壓的比值，由此獲得隔聲量，該方法僅對被測試件的小部分進(jìn)行測量，無法有效考慮結(jié)構(gòu)特性等因素的影響，不能完全反映被測試件的真實(shí)隔聲性能。實(shí)驗(yàn)室法是利用混響室、消聲室對整個(gè)被測試件隔聲量進(jìn)行測量的方法，能考慮試件結(jié)構(gòu)特性的影響，主要包括混響室—混響室方法、混響室—消聲室方法?；祉懯摇祉懯曳椒╗3―5]將一個(gè)混響室作為發(fā)聲室，另一個(gè)混響室作為接收室，被測試件安置于兩混響室之間，基于傳聲器在兩混響室內(nèi)分別測得的平均聲壓信號(hào)計(jì)算隔聲量，該方法需要建造兩個(gè)混響室，造成了設(shè)施的重復(fù)冗余，相應(yīng)增加了成本。混響室—消聲室方法[6―9]將混響室作為發(fā)聲室，消聲室作為接收室，相比于混響室—混響室方法，該組合中的消聲室除具有隔聲量測量用途外，還可以用于噪聲源識(shí)別等其他聲學(xué)試驗(yàn)，相應(yīng)降低了試驗(yàn)設(shè)施的建造成本，因此，在工程中應(yīng)用較為廣泛。混響室—消聲室方法在混響室內(nèi)利用傳聲器測量平均聲壓信號(hào)，在消聲室內(nèi)，可以利用傳聲器測量平均聲壓信號(hào)來計(jì)算隔聲量[6]，也可以利用雙傳聲器聲強(qiáng)探頭測量被測試件表面的平均聲強(qiáng)來計(jì)算隔聲量[7―9]，二者具有良好的一致性，但相比于聲壓測量，聲強(qiáng)測量除確定隔聲量外，基于測量聲強(qiáng)量的聲學(xué)成像還可以準(zhǔn)確識(shí)別被測試件表面的隔聲薄弱環(huán)節(jié)，具有更好的應(yīng)用價(jià)值。

本文在闡明混響室—消聲室聲強(qiáng)測量方法基本原理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用該方法測定某汽車前圍板的隔聲量，準(zhǔn)確識(shí)別出其隔聲薄弱環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和聲學(xué)材料改進(jìn)，顯著提高了其隔聲量。

1 測量原理

隔聲量是衡量被測試件聲學(xué)性能的重要指標(biāo)，定義為入射到被測試件的聲功率W1與透過試件的透射聲功率W2的比值取以10為底的對數(shù)再乘以10，單位為dB[3]，其表達(dá)式如式(1)所示

圖1為采用混響室—消聲室聲強(qiáng)測量方法確定被測試件隔聲量的布局簡圖，其中，混響室為發(fā)聲室，內(nèi)置聲源輻射的聲波入射到被測試件上產(chǎn)生的入射聲功率W1可表達(dá)為。

圖1 混響室—消聲室聲強(qiáng)測量方法確定被測試件隔聲量的布局簡圖

式中ρ c為空氣的特性阻抗，常溫常壓下為400 N?s m3，S為被測試件的表面積，p1為混響室內(nèi)多點(diǎn)聲壓的均方根值，由傳聲器在混響室內(nèi)多個(gè)位置多次重復(fù)測量的聲壓信號(hào)計(jì)算得出，設(shè)p1m為測得的第m個(gè)聲壓信號(hào)，M為測得的聲壓信號(hào)總數(shù)，則

消聲室為接收室，利用雙傳聲器聲強(qiáng)探頭掃描測量被測試件表面的聲強(qiáng)量，則透射聲功率W2可表達(dá)為

式中I2n為被測試件表面上各測點(diǎn)的聲強(qiáng)量，n為測點(diǎn)編號(hào)，Sn為各測點(diǎn)對應(yīng)的區(qū)域面積，I2為被測試件表面的平均聲強(qiáng)量。

把式(1)、(4)代入式(1)得

2 汽車前圍板隔聲量測定及改進(jìn)

圖2為試驗(yàn)布局示意圖，在圖2(a)所示的混響室中放置Brüel&Kj?r公司的4292型無指向性聲源，測量時(shí)，PULSE發(fā)出的白噪聲信號(hào)經(jīng)2716型功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)該無指向性聲源發(fā)聲，利用4187型傳聲器測量混響室不同位置不同時(shí)間的聲壓信號(hào)，本次試驗(yàn)對4個(gè)不同位置進(jìn)行測量，且每個(gè)位置重復(fù)測量3次，由測得的12個(gè)信號(hào)計(jì)算混響室的平均聲壓級；在圖2(b)所示的消聲室中，利用Brüel&Kj?r公司的3560 B型PULSE振動(dòng)噪聲測量分析系統(tǒng)和3599型雙傳聲器聲強(qiáng)探頭掃描測量汽車前圍板表面的聲強(qiáng)量，并在PULSE 7752型聲學(xué)軟件中進(jìn)行聲學(xué)成像和聲功率計(jì)算，這里，測量平面距離聲源平面0.3 m，測量網(wǎng)格平面尺寸1.6 m×0.6 m，網(wǎng)格間距為0.1m×0.1 m；汽車前圍板安裝在混響室和消聲室之間的金屬板上，為防止金屬板四周和前圍板安裝邊界的聲音泄露，用阻尼板材料對這些位置進(jìn)行密封。

首先，為檢驗(yàn)測試系統(tǒng)調(diào)試的正確性，保證后續(xù)隔聲量測量結(jié)果無誤，在前圍板上各零件尚未安裝的情況下進(jìn)行檢驗(yàn)測量，此時(shí)，對應(yīng)安裝空調(diào)進(jìn)氣口、真空助力器、轉(zhuǎn)向柱、變速器拉桿等的孔洞仍存在，這些孔洞應(yīng)是主要的聲泄露位置。圖3為500～6 300 Hz時(shí)測量聲強(qiáng)量的聲學(xué)成像圖，顯然，5 dB(A)的顯示動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，第一聲學(xué)中心出現(xiàn)在空調(diào)進(jìn)氣口安裝孔位置，第二聲學(xué)中心出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向柱安裝孔和真空助力器安裝孔附近位置，第三聲學(xué)中心出現(xiàn)在變速器拉桿安裝孔位置，識(shí)別出的聲學(xué)中心與實(shí)際聲泄露位置吻合良好，表明系統(tǒng)調(diào)試正確，保證了后續(xù)隔聲量測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖2 試驗(yàn)布局示意圖

圖3 前圍板上各零件尚未安裝時(shí)500～6 300 Hz頻段的聲學(xué)成像圖

在各零件已安裝的情況下再進(jìn)行前圍板的隔聲量測量，圖4為其測量結(jié)果。圖4(a)為500～6 300 Hz時(shí)聲強(qiáng)量的聲學(xué)成像圖，在5 dB(A)的顯示動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，空調(diào)進(jìn)氣口偏上位置出現(xiàn)了明顯的聲學(xué)中心，表明該位置為主要聲泄露位置，檢測其原因，主要是由于空調(diào)進(jìn)氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥與閥口貼合不緊密的緣故。圖4(b)為測得的隔聲量曲線，可見，隔聲量隨頻率的升高基本呈遞增趨勢，隔聲量較低，6 300 Hz時(shí)的最大隔聲量也僅約35 dB。

為提高該汽車前圍板的隔聲性能，對空調(diào)進(jìn)氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥進(jìn)行改進(jìn)，在與閥口相貼合的閥體部位粘貼密封材料，圖5為其測量結(jié)果。圖5(a)為500～6 300 Hz時(shí)聲學(xué)成像圖，可見，整個(gè)聲源計(jì)算平面上的最大聲強(qiáng)級僅約64 dB(A)，低于圖4(a)中最大聲強(qiáng)級71 dB(A)約7 dB(A)，5 dB(A)的顯示動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，前圍板上僅在左側(cè)邊界位置出現(xiàn)些許等值線，其主體區(qū)域已無明顯聲學(xué)中心。圖5(b)為改進(jìn)前后的隔聲量曲線對比圖，其中，“〇”標(biāo)記實(shí)線是空調(diào)進(jìn)氣口上方具有聲泄露時(shí)的隔聲量曲線，即圖4(b)中曲線，“□”標(biāo)記實(shí)線為對空調(diào)進(jìn)氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥進(jìn)行改進(jìn)后的隔聲量曲線，對比可見，相比于前者，后者隔聲量在3 150 Hz以下頻段的各頻率處均至少提高了5 dB，在3 150 Hz以上頻段的各頻率處均提高了約4 dB。

圖4 前圍板上各零件已安裝時(shí)的測量結(jié)果

此外，汽車前圍板內(nèi)側(cè)的聲學(xué)材料也是影響其隔聲性能好壞的重要因素。上述試驗(yàn)中，該汽車前圍板采用的是EVA+低熔點(diǎn)毛氈材料，將其更換為EVA+低熔點(diǎn)毛氈+雙組分材料進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。圖6為測得的隔聲量曲線，其中，“□”標(biāo)記的實(shí)線為采用EVA+低熔點(diǎn)毛氈材料時(shí)的隔聲量曲線，即圖5(b)中“□”標(biāo)記的實(shí)線，“×”標(biāo)記的虛線為采用EVA+低熔點(diǎn)毛氈+雙組分材料時(shí)的隔聲量曲線，對比可見，盡管2 500 Hz以上頻段二者的隔聲量幾乎相等，但2 500 Hz以下頻段，后者相比于前者有明顯提高，且由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、車內(nèi)噪聲一般集中于2 000 Hz以下頻段，所以，EVA+低熔點(diǎn)毛氈+雙組分材料比EVA+低熔點(diǎn)毛氈材料更有利于提高前圍板隔聲量、改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境。綜合分析空調(diào)進(jìn)氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥和改進(jìn)聲學(xué)材料后的隔聲量（如圖6中“×”標(biāo)記的虛線所示）與未作任何改進(jìn)時(shí)的隔聲量（如圖4(b)所示）的差值，可見，采用改進(jìn)措施后，在500～6 300 Hz頻段該汽車前圍板的隔聲量平均提高了約7 dB。

圖5 空調(diào)進(jìn)氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥改進(jìn)后的測量結(jié)果

圖6 采用不同聲學(xué)材料時(shí)的隔聲量曲線對比圖

3 結(jié)語

基于混響室—消聲室聲強(qiáng)測量方法對某汽車前圍板的隔聲量進(jìn)行測定和改進(jìn)，取得的主要結(jié)論如下：

(1)安裝完零件的汽車前圍板的測試結(jié)果表明：空調(diào)進(jìn)氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥與閥口貼合不緊密而形成的聲泄露是主要的隔聲薄弱環(huán)節(jié)，此時(shí)，隔聲量較低，6 300 Hz時(shí)的最大隔聲量也僅約35 dB；

(2)在與閥口相貼合的閥體部位粘貼密封材料，相應(yīng)的測試結(jié)果表明：改進(jìn)后的隔聲量在500～6 300 Hz頻段各頻率處至少提高了4 dB；用EVA+低熔點(diǎn)毛氈+雙組分聲學(xué)材料代替原有的EVA+低熔點(diǎn)毛氈材料時(shí)的測試結(jié)果表明：聲學(xué)材料的改進(jìn)顯著提高了2 500 Hz以下頻段的隔聲量；

(3)經(jīng)過這些改進(jìn)措施后，該汽車前圍板的隔聲量在500～6 300 Hz頻段平均提高了約7 dB，對改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境具有重要意義。

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