基于聲腔傳遞函數(shù)的前圍隔音墊選型

陳 明，康潤(rùn)程，李紹磊，姚 璐

(國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（襄陽）,湖北 襄陽 441004)

汽車前圍隔音墊是阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲向乘員艙傳播的重要部件，其隔聲性能的好壞，與適用車型的匹配程度在很大程度上決定了車內(nèi)聲學(xué)品質(zhì)的高低。采用準(zhǔn)確合理的測(cè)試方法為測(cè)試車輛尋找適合的前圍隔聲墊，對(duì)改進(jìn)車輛聲學(xué)性能，幫助產(chǎn)品選型具有重要意義。

目前，較為常用的前圍隔聲墊選型方法是利用混響室-半消聲室測(cè)試環(huán)境，通過測(cè)量傳聲器在兩室內(nèi)的平均聲壓信號(hào)計(jì)算不同前圍隔聲墊的隔聲量。該方法針對(duì)且僅針對(duì)被測(cè)樣品本體進(jìn)行測(cè)試，因而無法考慮實(shí)車安裝狀態(tài)對(duì)測(cè)試樣品的影響。而且，該方法對(duì)試驗(yàn)樣品、測(cè)試環(huán)境、夾輔具安裝都有極高的要求，實(shí)際測(cè)試操作難度較高。

為滿足高速、快捷、精準(zhǔn)的試驗(yàn)需求，本文研究新的前圍隔聲墊選型方法——整車測(cè)試法。整車測(cè)試法是在整備車身環(huán)境下分別對(duì)不同測(cè)試樣品進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果實(shí)現(xiàn)前圍選型。該方法無需進(jìn)行專門的夾輔具設(shè)計(jì)及安裝，降低了對(duì)測(cè)試環(huán)境和測(cè)試樣品的要求。該測(cè)試結(jié)果為實(shí)車裝配狀態(tài)下的測(cè)試結(jié)果，因而更加接近實(shí)際使用狀況，對(duì)產(chǎn)品選型、工藝設(shè)計(jì)更具有指導(dǎo)意義。

本文以聲腔傳遞函數(shù)原理為理論基礎(chǔ)，以Brüel&Kj?r系列設(shè)備為能力基礎(chǔ)，以某指定車型為測(cè)試基礎(chǔ)，為該試驗(yàn)車型選取不同材質(zhì)的前圍隔聲墊，通過理論分析和試驗(yàn)測(cè)量，確認(rèn)不同前圍隔聲墊與試驗(yàn)樣車的匹配程度，為樣車前圍隔聲墊選型提供有效建議。

1 測(cè)試原理

工程上應(yīng)用的聲學(xué)材料往往是兼顧吸聲性能和隔聲性能的組合材料，實(shí)際分析的也是組合材料在實(shí)際應(yīng)用中阻擋聲波透過結(jié)構(gòu)的綜合性能。因而在這里，把這種組合材料的吸、隔聲綜合性能，統(tǒng)稱為隔聲性能。

整車隔聲性能分析（半消聲室法）采用車內(nèi)指定位置激勵(lì)，車外指定位置響應(yīng)的方法，實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)的測(cè)量，進(jìn)而求取聲腔傳遞函數(shù)。需要明確的是：進(jìn)行整車隔聲性能分析的理論基礎(chǔ)是傳遞函數(shù)理論，試驗(yàn)測(cè)試獲取的結(jié)果是聲腔傳遞函數(shù)，

聲腔傳遞函數(shù)是通過求取響應(yīng)聲壓與激勵(lì)體積加速度的比值，亦即通過求取傳遞函數(shù)的方式對(duì)整車的隔聲性能進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

依據(jù)傳遞函數(shù)原理——傳遞函數(shù)=響應(yīng)/激勵(lì)，定義聲腔傳遞函數(shù)為：

其中：P：測(cè)點(diǎn)聲壓；

a：體積加速度；

v：體積速度；

f：頻率分辨率

為便于評(píng)價(jià)值之間的數(shù)值比較，定義基準(zhǔn)值

基于聲腔傳遞函數(shù)的隔聲性能評(píng)價(jià)關(guān)注的是聲腔傳遞函數(shù)，測(cè)試過程實(shí)際是對(duì)傳遞函數(shù)的求取過程。測(cè)試項(xiàng)目的傳函數(shù)值越小，則表明試驗(yàn)樣品的隔聲性能越好。

2 實(shí)車測(cè)量及分析

2.1 測(cè)試環(huán)境

本次研究在半消聲室內(nèi)進(jìn)行。測(cè)試時(shí)，樣車靜止于半消聲室內(nèi)，拆除儀表板以方便更換測(cè)試樣件，封堵前圍孔洞已消除對(duì)測(cè)試的影響。在乘員艙內(nèi)安放無指向性聲源，聲源發(fā)聲口位于指定激勵(lì)位置；在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)選取響應(yīng)位置安放若干傳聲器，傳聲器應(yīng)與汽車前圍保持一定距離。測(cè)量時(shí)，PULSE發(fā)出的偽隨機(jī)信號(hào)經(jīng)體積聲源適配器放大后驅(qū)動(dòng)聲源發(fā)聲，利用傳聲器測(cè)量指定位置聲壓。以聲源信號(hào)為激勵(lì)信號(hào)，以傳聲器信號(hào)為響應(yīng)信號(hào)，據(jù)此計(jì)算激勵(lì)點(diǎn)到響應(yīng)點(diǎn)的聲腔傳遞函數(shù)。通過更換不同的前圍隔聲墊，分析相同激勵(lì)下響應(yīng)的差異，并以此作為選型依據(jù)完成選型。

本文用到的試驗(yàn)儀器見表1。

2.2 測(cè)試樣品

本研究中，分別對(duì)3種材質(zhì)的前圍隔聲墊進(jìn)行測(cè)試。3種隔聲墊的編號(hào)、對(duì)應(yīng)材質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分別為

材質(zhì)1：EVA+硬質(zhì)PET結(jié)構(gòu)，面密度較高；

材質(zhì)2：EVA+雙組分棉材質(zhì)，面密度適中，雙組分棉占比較大；

材質(zhì)3：硬質(zhì)PET+EVA+雙組分棉材質(zhì)，面密度最小，雙組分棉占比較小；

表1 設(shè)備儀器明細(xì)

本文用到的測(cè)試樣品見圖1－圖3，具體的材質(zhì)構(gòu)成對(duì)比見表2。

圖1 材質(zhì)1：8 kg/m2EVA+1.6 kg/m2PET（硬質(zhì)）

圖2 材質(zhì)2：5 kg/m2EVA+0.6 kg/m2雙組分棉

圖3 材質(zhì)3：0.6 kg/m2PET（硬質(zhì)）+2.5 kg/m2EVA+0.45 kg/m2雙組分棉

表2 各項(xiàng)目方案的材質(zhì)構(gòu)成/(kg?m-2)

2.3 測(cè)試結(jié)果

為保證測(cè)試結(jié)果的可對(duì)比性，測(cè)試過程中，除作為測(cè)試樣品的前圍隔聲墊依次更換外，測(cè)試環(huán)境、樣車封堵狀態(tài)、激勵(lì)位置、響應(yīng)位置、參數(shù)設(shè)置等均不做改變。在此情況下，依次對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，獲取測(cè)試結(jié)果見表3，對(duì)比分析見圖4。

表3 測(cè)試結(jié)果 評(píng)價(jià)值/dB

圖4 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

2.4 試驗(yàn)分析

1）就隔聲性能而言

① 從全頻段測(cè)試結(jié)果看，材質(zhì)1結(jié)果較差，材質(zhì)2和材質(zhì)3差異不大；從整體評(píng)價(jià)值（表3）看，材質(zhì)1結(jié)果最差，材質(zhì)2和材質(zhì)3結(jié)果相當(dāng)；因而認(rèn)為，3款前圍隔音墊中，材質(zhì)1隔聲性能最差，材質(zhì)2和材質(zhì)3水平相當(dāng)，差異不大；

② 材質(zhì)1在1 000 Hz以內(nèi)及2 000 Hz以上表現(xiàn)均不理想，尤其是在500 Hz和3 000 Hz附近，材質(zhì)1具有較差的隔聲性能水平；

③ 就材質(zhì)2、材質(zhì)3而言，在中低頻段(250 Hz～500 Hz)，材質(zhì)2隔聲性能略好；中高頻段(630 Hz～2 000 Hz)，材質(zhì)3隔聲性能略好；高頻段(2 000 Hz～4 000 Hz)，兩隔聲墊隔聲性能相當(dāng)；

2）就材質(zhì)而言

含有雙組分棉材質(zhì)的測(cè)試樣品（材質(zhì)2、材質(zhì)3）隔聲性能較好，表明雙組分棉可有效提高測(cè)試樣品在測(cè)試頻段內(nèi)（尤其是（250 Hz～2 000 Hz頻率范圍內(nèi)）的隔聲性能，這與以往工作經(jīng)驗(yàn)相吻合；

3）樣車選材分析

以試驗(yàn)分析結(jié)論為基礎(chǔ)，參考樣車實(shí)際情況，選取適合試驗(yàn)樣車的前圍隔聲墊，分析如下：

① 從隔聲性能看，材質(zhì)2、材質(zhì)3測(cè)試結(jié)果較好，材質(zhì)1測(cè)試結(jié)果較差，因而試驗(yàn)樣車不宜選擇材質(zhì)1測(cè)試的隔聲墊；

② 從安裝空間需求、產(chǎn)品輕量化需求和成本需求來看，材質(zhì)2測(cè)試的隔聲墊面密度較高，整體質(zhì)量過重，且成本較高（增加了一層雙組分棉），因而不宜選取材質(zhì)2測(cè)試的隔聲墊；

③ 綜合考慮測(cè)試結(jié)果和車身結(jié)構(gòu)、車身輕量化等因素，認(rèn)為選取材質(zhì)3采用的隔聲墊較為合適。

3 結(jié)語

前圍隔聲性能是影響車輛舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)，基于聲腔傳遞函數(shù)的前圍隔聲性能評(píng)價(jià)就是通過對(duì)聲腔傳遞函數(shù)的求取實(shí)現(xiàn)對(duì)不同前圍隔聲墊的隔聲性能評(píng)價(jià)，該方法降低了對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地和試驗(yàn)環(huán)境的要求，測(cè)試結(jié)果為實(shí)車裝配狀態(tài)下的測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)試樣品的快速、精準(zhǔn)分析。