雙密度毛氈吸聲隔聲性能影響因素分析

顧曉卓 韋賢毅 張發(fā)暉

摘要：基于駐波管法和混響室-消聲室法，系統(tǒng)研究了雙密度毛氈吸聲、隔聲性能影響因素。采用駐波管法試驗(yàn)分析了平板件材料吸聲和隔聲性能隨平板件材料密度、厚度和增加隔音膜變化規(guī)律，采用混響室-消聲室法試驗(yàn)分析了成型件材料隔聲性能隨其密度和增加隔音膜的變化規(guī)律。結(jié)果表明，在無(wú)隔音膜情況下，平板件材料增加面密度與厚度均能提升吸聲性能；增加體密度提升隔聲性能。成型件材料增加隔音膜后，隔聲性能提升。平板件材料增加隔音膜后，隨著毛氈密度增加，平板材料隔聲性能提升，成型件隔聲性能無(wú)明顯變化，成型件因加工工藝導(dǎo)致其材料骨架發(fā)生變化，需進(jìn)一步研究樣件流阻、孔隙率參數(shù)的影響。

關(guān)鍵詞：雙密度毛氈 吸隔聲 厚度 密度 隔音膜

中圖分類號(hào)：U465.9? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20220300

Abstract： This paper studied systematically the factors affecting acoustic absorption and insulation performance of double density felt based on impedance tube method and reverberation-anechoic method. The change rule of acoustic absorbing and insulation properties of flat plate materials were analyzed by impedance tube test with the density， thickness and adding sound insulation film of flat plate materials. The rule of change of the acoustic insulation performance of the molding material with its density and adding sound insulation film was analyzed by reverberation-anechoic test. The test results show that the sound absorption performance can be improved by increasing the surface density and thickness of the plate material without sound insulation film. Increase density to improve sound insulation performance. With the addition of sound insulation film， the sound insulation performance is improved. With the addition of felt density， the sound insulation performance of the plate material is improved， and the sound insulation performance of the molding part has no significant change. The material skeleton of the molding part changes due to the processing technologies， so it is necessary to further study the influencing parameters such as flow resistance and porosity of the sample.

Key words： Double density felt， Acoustic absorption and insulation， Thickness， Density， Sound insulation membrane

作者簡(jiǎn)介：顧曉卓（1988—），女，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)槠嚶晫W(xué)包。

參考文獻(xiàn)引用格式：

顧曉卓， 韋賢毅， 張發(fā)暉. 雙密度毛氈吸聲隔聲性能影響因素分析[J]. 汽車工藝與材料， 2023（5）： 50-54.

GU X Z， WEI X Y， ZHANG F H. Analysis of Factors Affecting Acoustic Absorption and Insulation Performance for Double Density Felt[J]. Automobile Technology & Material， 2023（5）： 50-54.

1 前言

近年來(lái)，消費(fèi)者對(duì)汽車乘坐舒適性要求日益提高，對(duì)汽車噪聲水平的要求也日益提高。汽車前圍板是分隔發(fā)動(dòng)機(jī)艙和車廂的重要部件，其隔聲性能的好壞影響駕駛員受發(fā)動(dòng)機(jī)等噪聲干擾的程度，改善前圍內(nèi)隔音墊吸隔聲性能具有重要意義。不同材質(zhì)構(gòu)成的前圍內(nèi)隔音墊會(huì)影響吸隔聲性能，目前主流隔音墊有乙烯-醋酸乙烯共聚物（Ethylene Vinyl Acetate Copolymer，EVA）+聚氨酯發(fā)泡和雙密度毛氈方案。從輕量化、經(jīng)濟(jì)環(huán)保方面綜合考慮多采用雙密度毛氈的方案。

本文針對(duì)雙密度毛氈進(jìn)行吸聲、隔聲性能研究。目前對(duì)隔聲量的測(cè)試主要采用駐波管法和混響室法[1-2]。曲波等[3]研究了駐波管四傳感器隔聲量測(cè)試方法，該方法需要末端消聲、低頻測(cè)試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。董明磊[4]分析混響室隔聲量測(cè)試原理，設(shè)計(jì)了隔聲量數(shù)據(jù)處理儀器。田秀杰等[5]研究了汽車隔音墊中聚乙烯（Polyethylene，PE）膜對(duì)吸音性能的影響，得出在中高頻段無(wú)PE膜隔音墊吸聲最佳，其次為有孔PE膜隔音墊，無(wú)孔PE膜隔音墊吸聲最差的結(jié)論。根據(jù)以上研究，本文分別對(duì)平板材料、成型零件測(cè)試，分析密度、厚度、隔音膜對(duì)毛氈吸聲、隔聲的影響。

2 吸隔聲性能測(cè)試方法理論

2.1 駐波管吸聲測(cè)試

吸聲測(cè)試主要有駐波管和混響室2種測(cè)試方法，駐波管法只測(cè)量垂直入射的平面波，混響室法測(cè)試接收聲波來(lái)自各個(gè)方向，二者之間結(jié)果存在差異。

本文采用駐波管雙傳聲器法測(cè)試。駐波管法測(cè)量原理示意圖如圖1所示，入射聲源為Pi，反射聲波為Pr，傳聲器1、傳聲器2距離測(cè)試樣件的距離分別為x1、x2。傳聲器1、傳聲器2測(cè)量到的聲壓P1、P2分別如式（1）、（2）：

式中，k為波數(shù)；x為傳聲器與測(cè)試樣件的距離；t為時(shí)間；ω為圓頻率；j為復(fù)數(shù)函數(shù)算子。

傳聲器1、傳聲器2之間的聲壓傳遞函數(shù)H12與入射聲波Hi、反射聲波Hr的傳遞函數(shù)計(jì)算公式如下：

由此得到反射系數(shù)R和吸聲系數(shù)α如下：

2.2 隔聲測(cè)試

樣件隔聲是聲音從A處傳遞到B處時(shí)，A處入射聲功率級(jí)與B處透射聲功率級(jí)的差值。測(cè)試方法主要有駐波管法和混響室-消聲室法，前者測(cè)試樣件尺寸小，聲波為垂直入射；后者測(cè)試樣件尺寸大，聲波無(wú)指向入射，邊界也更接近實(shí)際情況。

2.2.1 駐波管隔聲測(cè)試

駐波管法測(cè)試原理示意圖如圖2所示，入射聲源為PA，反向聲波為PB，接收管內(nèi)的正向聲波為PC，反向波為PD。傳聲器1、傳聲器2、傳聲器3、傳聲器4與樣件近端面的距離分別為x1、x2、x3和x4，傳聲器測(cè)點(diǎn)聲壓分別為P1、P2、P3、P4，接收管端部有吸聲的聲學(xué)末端。根據(jù)傳聲器法，發(fā)聲管和接收管內(nèi)傳聲器1、傳聲器2、傳聲器3、傳聲器4的復(fù)聲壓分別如下：

2.2.2 混響室-消聲室隔聲測(cè)試

混響室-消聲室法是將測(cè)試樣件安裝到混響室和消聲室之間的隔聲墻窗口上，以混響室作為發(fā)聲室，聲源放置其中，消聲室作為接收室，示意圖如圖3。混響室內(nèi)入射聲功率Wi與消聲室內(nèi)透射過(guò)樣件的聲功率Wt差值就是樣件的傳遞損失STL，見(jiàn)式（14）：

在混響室中，通過(guò)平均聲壓計(jì)算入射聲功率Wi計(jì)算如下：

式中，P為混響室中多點(diǎn)平均聲強(qiáng)；S為試樣的面積；[ρ]為空氣密度；c為聲速。

在接收室中，通過(guò)聲強(qiáng)計(jì)算透射聲功率Wt計(jì)算如下：

式中，I為接收室的聲強(qiáng)。

聲學(xué)包零件插入損失IL是放入測(cè)試零件前后傳遞損失差值，計(jì)算如下：

3 材料級(jí)吸隔聲性能測(cè)試

雙密度毛氈由軟層、硬層2種面密度毛氈組成，一般軟層與硬層面密度比例為1∶1.2～1∶1.4。雙密度毛氈相較EVA+聚氨酯發(fā)泡材料隔聲性能差，吸聲性能好。為提高隔聲性能，在軟層與硬層毛氈之間增加不同克重的PE或EVA隔聲膜，隔音膜與毛氈熱熔成形。本文驗(yàn)證密度、厚度、夾層隔音膜對(duì)雙密度毛氈的吸隔聲性能影響，使用的毛氈樣件軟、硬層面密度比例均為1∶1.2。

本文使用直徑為100 mm和29 mm的駐波管，裁剪樣件尺寸直徑為100 mm和29 mm，每個(gè)樣件裁取3組，測(cè)試結(jié)果取3組吸聲和隔聲數(shù)據(jù)的平均值。

3.1 無(wú)隔音膜方案對(duì)比

選取3種密度、厚度不同的無(wú)隔音膜雙密度毛氈進(jìn)行吸、隔聲測(cè)試，試驗(yàn)樣件參數(shù)見(jiàn)表1，吸、隔聲測(cè)試結(jié)果如圖4、圖5。

由樣件1、樣件2的吸聲測(cè)試結(jié)果可知，在厚度相等時(shí)，面密度增加，吸聲性能在中高頻段隨之增強(qiáng)；樣件2、樣件3在面密度接近情況下，厚度增加，吸聲性能隨之增強(qiáng)。

由樣件1、2的隔聲測(cè)試結(jié)果可知，厚度相等時(shí)，面密度較大的隔聲性能較高，但不明顯，二者材料密度接近。由樣件2、樣件3的隔聲測(cè)試結(jié)果可知，面密度相接近情況下，材料密度增大，隔聲效果增強(qiáng)。

3.2 隔音膜方案對(duì)比

在樣件4、樣件5夾層中增加EVA隔音膜，EVA隔音膜面密度為500 g/m2，測(cè)試相同厚度不同面密度毛氈有隔音膜時(shí)吸聲、隔聲性能；樣件6與樣件7毛氈密度接近，樣件6夾層無(wú)隔音膜，樣件7夾層增加面密度為100 g/m2的PE隔音膜，測(cè)試有無(wú)隔音膜對(duì)吸隔聲性能的影響，樣件參數(shù)見(jiàn)表2。

由圖6可知，在頻率大于1 000 Hz時(shí)，夾層無(wú)隔音膜的樣件6吸聲性能明顯高于其余3樣件；在頻率大于2 000 Hz時(shí)，樣件4、樣件5、樣件7隨著密度增加，中高頻段吸聲性能下降。

隔聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知，樣件6無(wú)隔音膜，隔聲性能最差，樣件6與樣件7表明增加隔音膜隔聲性能提升；樣件4與樣件5表明增加毛氈密度，隔聲性能增強(qiáng)。由吸聲系數(shù)和隔聲量測(cè)試結(jié)果可以看出，毛氈夾層內(nèi)增加隔音膜，提高毛氈面密度均能提高隔聲性能，但是吸聲性能降低。

4 成型件隔聲性能測(cè)試

采用混響室-消聲室法測(cè)試了某SUV由雙密度毛氈制作的前圍內(nèi)隔音墊成型件插入損失數(shù)據(jù)。成型件共有6種方案，方案組成雙面密度毛氈（3 000 g/m2）及夾層EVA隔音膜（1 500 g/m2）描述為毛氈3000+EVA1500，其余方案按此方式描述。具體方案見(jiàn)表3。

成型件6個(gè)方案插入損失測(cè)試結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，雙密度毛氈面密度為3 000 g/m2的3種方案，夾層內(nèi)有EVA和PE隔音膜的2個(gè)樣件隔聲性能相當(dāng)，均優(yōu)于無(wú)隔音膜的樣件；雙密度毛氈面密度為2 600 g/m2的3種方案，夾層內(nèi)有EVA膜的方案隔聲結(jié)果最好，其次為夾層有PE膜的方案，無(wú)隔音膜的方案隔聲結(jié)果最差。增加隔音膜的毛氈隔聲性能優(yōu)于無(wú)隔音膜的毛氈。夾層內(nèi)有PE隔音膜，增加毛氈的密度，隔聲性能在中、高頻段提升；夾層內(nèi)無(wú)隔音膜，增加毛氈的密度，隔聲性能在中、高頻段提升。夾層內(nèi)有EVA隔音膜，隨著毛氈密度增加，隔聲性能未提升。

成型件與平板件材料隔聲測(cè)試結(jié)論產(chǎn)生偏差的原因有：

a. 實(shí)際面密度與理論面密度有偏差；

b. 成型件與平板件面密度相同，但是受熱壓成型工藝影響，零件厚度變化導(dǎo)致兩者密度不同，影響整個(gè)樣件的流阻、孔隙率參數(shù)，進(jìn)而影響吸隔聲性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于雙密度毛氈分析了密度、厚度、隔音膜對(duì)吸隔聲性能的影響，得出以下結(jié)論：

a.在無(wú)隔音膜情況下，增加面密度與厚度均能提升吸聲性能；減小厚度，增加材料密度可提升隔聲性能。

b.有隔音膜的毛氈隔聲優(yōu)于相同密度的無(wú)隔音膜毛氈。

c.增加隔音膜后，隨著毛氈密度增加，平板材料隔聲性能提升，成型件隔聲未能提升。成型樣件因高溫烘烤熱壓成型導(dǎo)致材料骨架發(fā)生變化，需進(jìn)一步研究樣件的流阻、孔隙率影響參數(shù)。

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