具有隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃聲透損失的實驗測定及整車降噪研究

劉樂平 韓紅周

1.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司 湖南省長沙市 410205 2.上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

當代汽車的快速發(fā)展，給世界帶來了現(xiàn)代物質(zhì)文明，但同時也帶來了噪聲污染等問題，使噪聲污染成為重要的公害之一。車內(nèi)噪音，很大程度上直接影響車內(nèi)乘坐人員對車輛整車質(zhì)量的評價，質(zhì)量不好的車會讓人感覺車輛行駛時這車要散架，而車內(nèi)噪音控制得很好的汽車則會讓人覺得車內(nèi)很安靜，很享受待在車內(nèi)的感覺。根據(jù)JDPower 公布的汽車隔音性能研究結(jié)果， 消費者認為安靜的車內(nèi)環(huán)境與汽車安全同等重要。隨著人們對更安全更安靜汽車需求的不斷提高，汽車隔音技術(shù)就發(fā)揮了很重要的作用。

2 隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃

區(qū)別于普通側(cè)窗鋼化玻璃和普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃，普通側(cè)窗鋼化玻璃是將汽車玻璃在加熱爐內(nèi)加熱到接近軟化溫度，這時玻璃處于粘住流動狀態(tài)，保溫一段時間，然后將此片玻璃迅速送入冷卻裝置，用低溫高速氣流對玻璃均勻淬冷，使玻璃內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力，外表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，經(jīng)過這樣處理的玻璃制品就是普通全鋼化玻璃（如圖1）；半鋼化玻璃又稱熱增強玻璃，半鋼化玻璃介于普通平板玻璃和鋼化玻璃之間的一個品種，它兼有鋼化玻璃的部分優(yōu)點，如強度較普通浮法玻璃高，是普通浮法玻璃的2倍，同時又回避了鋼化玻璃平整度差，易自爆，一旦破壞即整體粉碎等不如人意之弱點，半鋼化玻璃是退火玻璃通過高溫和淬冷，表層形成低于69 MPa的壓應(yīng)力，使玻璃的機械強度數(shù)倍增加，即成為半鋼化玻璃，全鋼化玻璃于半鋼化玻璃外觀上并沒有什么不同；普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃（如圖2）是將兩片玻璃，通過半鋼化成型后用普通PVB（聚乙烯醇縮丁醛）膠片（如圖3） 經(jīng)加熱、加壓粘合而成的一種復合玻璃，常用的夾層玻璃一般有三層， 普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃即具有高抗沖擊強度，受沖擊后，脆性的玻璃破碎，但由于它和有彈性的PVB相結(jié)合，使夾層玻璃具有高的抗穿透能力，仍能保持能見度，粘結(jié)力高，玻璃與PVB粘結(jié)力高，當玻璃破碎后，玻璃碎片仍然粘在PVB上不剝落，不傷人，具有安全性，耐光、耐熱、耐濕、耐寒；隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃（如圖4）是將兩片玻璃，通過半鋼化成型后用隔音PVB（聚乙烯醇縮丁醛）膠片（如圖5） 經(jīng)加熱、加壓粘合而成的一種復合玻璃，其不僅具有高抗沖擊強度，受沖擊后，脆性的玻璃破碎，但由于它和有彈性的PVB相結(jié)合，使夾層玻璃具有高的抗穿透能力，仍能保持能見度，粘結(jié)力高，玻璃與PVB粘結(jié)力高，當玻璃破碎后，玻璃碎片仍然粘在PVB上不剝落，不傷人，安全，耐光、耐熱、耐濕、耐寒而且因為使用了隔音PVB（聚乙烯醇縮丁醛）膠片其隔音效果也非常好。

圖1 全鋼化玻璃

圖2 普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃

圖3 普通PVB（聚乙烯醇縮丁醛）膠片

圖4 隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃

圖5 隔音PVB（聚乙烯醇縮丁醛）膠片

3 玻璃聲透損失理論圖解

理論研究表明平面聲波入射到玻璃分界面上時，會發(fā)生反射和透射現(xiàn)象，一般會發(fā)生一部分聲波反射回去，另一部分聲波進入玻璃的另一種媒質(zhì)繼續(xù)傳播并穿透玻璃，入射聲波聲壓級與穿透聲波聲壓級的級差稱為聲透損失，普通鋼化玻璃平面聲波穿透示意圖見圖6所示。

單層玻璃的聲透損失計算方式為：

假設(shè)板是均勻而密實的無限大板，當聲波垂直與板平面入射時

實際上，聲波垂直地入射到板平面的情況極為罕見，通常聲波是從不同的角度散射到平面板上，入射角多在0到800之間。對這種情況，近似認為其聲傳遞損失（STL）與垂直入射情況的聲傳遞損失（STL0）之間只相差一個常數(shù)，即5分貝。

以上理論公式說明玻璃的聲透損失只與板的面密度和頻率有關(guān)。

同普通鋼化玻璃平面聲波穿透示意相同，夾層玻璃的平面聲波穿透也同樣符合反射和透射理論，只是因為玻璃中間夾有普通或者隔音PVB膠片會使穿透聲聲波更小，使聲透損失更大，隔音效果更好，夾層玻璃平面聲波穿透示意圖見圖7所示，在第I個區(qū)域，聲波透射到A板上時，一部分聲波被反射回，形成反射波，另一部分穿過玻璃，形成了透射波，透射波在PVB區(qū)域被吸收和反射然后繼續(xù)傳播，遇到B板時，一部分聲波被反射回，形成了反射波2，另一部分穿過B板。聲波會反復地在A板和B板之間傳播，不斷形成反射波和透射波，進入第區(qū)域，形成了透射波2。

圖6 聲波入射到單層玻璃系統(tǒng)分界面時的示意圖

圖7 聲波入射到夾層玻璃系統(tǒng)分界面時的示意圖

A板和B板之間不是直接連接，中間是PVB膠片，而PVB膠片具有一定的吸音作用。A板的振動首先傳遞給PVB膠片，PVB膠片將振動衰減，然后在傳遞給B板。因此，夾層板能取得良好的隔聲性能。夾層玻璃的聲透損失計算方式與頻率關(guān)系很的大也很復雜，此處簡單列出兩種頻率下夾層玻璃的聲透損失計算方式其他不做過多不做分析。

1：低頻區(qū)

2：高頻區(qū)

4 隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃實驗測定

根據(jù)以上理論計算所述，基于夾層玻璃在隔音性能上的優(yōu)秀表現(xiàn)，我們選擇了一款家用MPV車型并制作出該車型的4mm普通鋼化側(cè)窗玻璃，4mm普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃以及4mm隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃三種樣件并在實驗室條件下分別測定4mm普通鋼化側(cè)窗玻璃聲透損失（見圖8），4mm普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃聲透損失（見圖9），4mm隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃聲透損失（見圖10），并對三種樣件測量數(shù)據(jù)進行對比比較分析（（見圖11）。

從理論上看，如果玻璃剛度的作用忽略不計的話，大片單層玻璃的聲頻或質(zhì)量每增加2倍，其隔聲量增加6dB。但是從實際試驗數(shù)據(jù)卻表現(xiàn)出盡管單層玻璃的隔聲量在某些頻率處基本服從“質(zhì)量”定律，但是由于玻璃本身的剛度和窗戶玻璃的面積有限，卻導致了玻璃的隔聲量偏離質(zhì)量定律的規(guī)定。人能感受的聲音頻率有一定的范圍。大多數(shù)人能夠聽到的頻率范圍從20Hz到20000Hz。把高于20000Hz的聲音叫做超聲波，因為它們已超過人類聽覺的上限；把低于20Hz的聲音叫做次聲波，因為它們已低于人類聽覺的下限，人類最敏感的頻率是3000hz和4000HZ。試驗結(jié)果表明在符合下垂頻率的基礎(chǔ)上，夾層玻璃的聲透損失較之同等厚度的單片側(cè)窗鋼化玻璃大得多，而隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃又比普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃聲透損失大得多，試驗結(jié)果表明夾層玻璃的聲透損失曲線在符合下垂頻率以上十分接近質(zhì)量定律曲線。這種聲透損失得改善顯然是得益于玻璃之間的PVB（聚乙烯醇縮丁醛）膠片產(chǎn)生的阻尼（振動能耗散）。

圖8 普通鋼化側(cè)窗玻璃聲透損失

圖9 普通PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃聲透損失

圖11 不同組合玻璃聲透損失對比

5 隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃實車測定

根據(jù)以上理論計算，試驗測定，基于夾層玻璃在隔音性能上的優(yōu)秀表現(xiàn)，我們?nèi)匀贿x擇了一款家用MPV車型并制作出該車型的4mm普通鋼化側(cè)窗玻璃，4mm隔音PVB中間膜側(cè)窗夾層玻璃兩種樣件在實車上測定該三種玻璃的聲透損失，見下表。

測試車輛：MPV

測試地點：高速

測試工況：怠速開空調(diào)關(guān)空調(diào)，勻速60km/h；80km/h；100km/h；110km/h；

測試項目：

第一組：前擋夾層玻璃，前門普通鋼化玻璃，后側(cè)門普通鋼化玻 璃，后擋普通鋼化玻璃

第二組：前擋夾層玻璃，前門隔音PVB中間膜夾層玻璃，后側(cè)門普通鋼化玻璃，后擋普通鋼化玻璃

第三組：前擋夾層玻璃，前門隔音PVB中間膜夾層玻璃，后側(cè)門隔音PVB中間膜夾層玻璃，后擋普通鋼化玻璃。

測試工況一：怠速開空調(diào)關(guān)空調(diào)

對比分析可以看出：

（1）怠速時前門換隔音PVB中間膜夾層玻璃前排聲壓級降低0.2 dB，后排降低0-0.2 dB；

（2）怠速時前后門都換隔音PVB中間膜夾層玻璃前排聲壓級降低0.2-0.3 dB，后排降低 0.1-0.2 dB；

測試工況二：勻速60km/h；80km/h；100km/h；110km/h

對比分析可以看出：

（1）勻速前門換隔音PVB中間膜夾層玻璃，前排聲壓級降低0.1-0.3dB，語音清晰度提高0-2%；中排聲壓級降低0-0.3 dB， 語音清晰度提高0.2-2%。

（2）勻速前后門都換隔音PVB中間膜夾層玻璃，前排聲壓級降低0.1-0.4dB，語音清晰度提高0.7-2.3%；中排聲壓級降低 0.1-0.5 dB，語音清晰度提高0.4-3.4%。

測試工況一

測試工況二

6 結(jié)語

通過理論數(shù)據(jù)分析，試驗分析，實車測試可以看出，隔音PVB中間膜夾層玻璃對車內(nèi)噪聲確實有明顯的改善，而且本次測試只是針對側(cè)門玻璃更換為隔音PVB中間膜夾層玻璃對車內(nèi)噪聲的貢獻，如果更換隔音PVB中間膜夾層玻璃的同時提升整車制造水平，提升密封性，增加隔音材料等，將會對車內(nèi)有更大的噪聲損失貢獻。