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汽車用吸音棉吸聲測試分析與研究

2020-07-30 14:40:47·  來源：汽車材料網(wǎng)  
　
摘要：為研究汽車用雙組份吸音棉吸聲性能，分別采用阻抗管法和小混響室法測試材料吸聲系數(shù)，對比分析了2 家供應(yīng)商不同克重吸音棉吸聲系數(shù)的差異，結(jié)果表明，同等
摘要：為研究汽車用雙組份吸音棉吸聲性能，分別采用阻抗管法和小混響室法測試材料吸聲系數(shù)，對比分析了2 家供應(yīng)商不同克重吸音棉吸聲系數(shù)的差異，結(jié)果表明，同等克重吸音棉熱老化后吸音性能相當(dāng)，無明顯下降；不同材料在不同頻帶下，最佳吸聲效果表現(xiàn)有差異；2 家不同廠家同等克重的吸音棉部分頻段可以達(dá)到同等吸音性能。同時從人、機(jī)、物、法、環(huán)方面對小混響室測試精度的影響因素進(jìn)行了分析，提高了測試數(shù)據(jù)精度。
 
關(guān)鍵詞：吸音棉 小混響室 吸聲系數(shù)
 
1、雙組份吸音棉材料介紹
雙組份吸音棉是由PP（聚丙烯）和PET（聚酯）2 種纖維組成的吸音材料，屬于纖維狀多孔吸聲材料，具有立體網(wǎng)狀連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)，聚丙烯纖維直徑在2 μm 左右，聚酯纖維直徑在25 μm 左右[1]。與傳統(tǒng)的汽車用吸聲材料如開孔泡棉，毛氈，PET 棉等材料相比，雙組分結(jié)構(gòu)的吸音棉具有吸聲強(qiáng)、輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)低、阻燃、VOC 揮發(fā)量少的特點(diǎn)，是一種常用的汽車聲學(xué)包材料。
吸音棉吸聲原理為聲波振動通過纖維間的孔隙時，在摩擦損耗等作用下導(dǎo)致聲波的能量轉(zhuǎn)化成熱能，從而起到不同頻率聲波的有效屏蔽與隔離效果。
吸音棉廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾，能降低車內(nèi)噪聲，提升汽車聲品質(zhì)，同時有利于汽車的輕量化設(shè)計。主要應(yīng)用部位包括引擎罩、前圍板、儀表板、門板、立柱、頂棚、行李箱、后擱物板、前后輪擋泥板等。
 
2、吸聲系數(shù)測試方法
目前試驗(yàn)室測量材料吸聲系數(shù)的方法包括阻抗管法和混響室法，2 種測試方法的對比見表1[2-3]，阻抗管法測量材料垂直入射吸聲系數(shù)，實(shí)際使用中聲波入射到材料表面的方向是隨機(jī)的，因此實(shí)際工程應(yīng)用中常常采用混響室法測量材料的無規(guī)入射吸聲系數(shù)。
混響室法試驗(yàn)原理為聲源在封閉空間啟動后，就產(chǎn)生混響聲，在聲源停止發(fā)聲后，室內(nèi)空間的混響聲逐漸衰減，聲壓級衰減60 dB 的時間定義為混響時間。當(dāng)房間的體積確定后，混響時間的長短與房間內(nèi)的吸聲能力有關(guān)。根據(jù)這一關(guān)系，吸聲材料或物體的無規(guī)則入射吸聲系數(shù)就可以通過在混響室內(nèi)混響時間的測量來進(jìn)行。
 
3、吸音性能測試
測試采用汽車聲學(xué)包常用評估測試方法，分別對平板樣件材料和整車進(jìn)行測試評估。測試對象選擇了A B 2 家吸音棉供應(yīng)商進(jìn)行對標(biāo)分析。
表1 吸聲系數(shù)測試方法對比
材料級測試流程為樣件準(zhǔn)備（A B 廠家平板材料）→樣件質(zhì)量、尺寸測量→樣件吸聲系數(shù)測試→樣件熱老化→熱老化后樣件質(zhì)量、尺寸測量→熱老化后樣件吸聲測試→測試結(jié)果綜合分析。
 
整車級測試流程為整車半消聲室測試（A 廠家產(chǎn)品整車）→部品換裝（A 品→B 品）→整車半消聲室測試（B 廠家產(chǎn)品整車）→跑道跑行NV 評價（A廠家產(chǎn)品整車）→跑道跑行NV 評價（B 廠家產(chǎn)品整車）→測試結(jié)果綜合分析。
3.1 材料樣件準(zhǔn)備
選擇A、B 2 家供應(yīng)商面密度為150 g/m2、240 g/m2、340 g/m2產(chǎn)品進(jìn)行對比測試。小混響室測試樣件尺寸要求120 cm×100 cm 面積為1.2 m2的片材，測試數(shù)量3件以上。樣件準(zhǔn)備注意事項(xiàng)如下。
a.為保證測試產(chǎn)品具有量產(chǎn)代表性，要求在卷材的前、中、末位置分別取樣，注意開頭和結(jié)尾部分不要取樣。
b.取樣過程中注意不要堆砌和折疊產(chǎn)品，這會影響吸聲系數(shù)的測量結(jié)果。
c.取樣完成后使用防潮的塑料薄膜進(jìn)行包裝，防止受潮。
d.樣件尺寸偏差對測試結(jié)果影響很大，為保證測試樣件放在混響室中與邊框間沒有縫隙，建議取樣尺寸公差可以選擇+10 mm，即產(chǎn)品尺寸可偏大不能偏小，尺寸偏大樣件在測試過程中放置時可以裁切。
3.2 測試步驟
3.2.1 材料測試
材料測試前樣件需放置在22 ℃50%RH 的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下24 h 以上，確保給吸音層面積擴(kuò)大的空間，靜置過程中不壓縮不堆砌。
測試設(shè)備使用阿爾法艙，阿爾法艙是歐拓公司生產(chǎn)的小混響室，在汽車材料吸聲測試中使用較為普遍。小混響室為標(biāo)準(zhǔn)混響室的1/3 尺寸，可通過測試聲能衰減20 dB所用時間進(jìn)行換算。阿爾法艙內(nèi)3 個聲源依次發(fā)聲，處于不同位置的5 個傳感器同時接收并測量聲能衰竭，每一頻率獲得15個測量值，最終混響時間取15個測量值的平均值。
吸聲測試步驟主要內(nèi)容如下。
a.校準(zhǔn)麥克風(fēng)；
b.放置壓邊框架，測試空白樣件；
c.軟件操作，樣件信息設(shè)置、測試空白樣完成后測試吸音棉；
d.軟件輸入產(chǎn)品尺寸，確定并記錄1/3倍頻程帶中心頻率的最終吸收系數(shù)值，從400 ～10 000 Hz。
小混響室吸聲測試試驗(yàn)影響因素很多[4]，測試系統(tǒng)變差較大。為保證測試結(jié)果的一致性，從人、機(jī)、物、法、環(huán)、測方面分析小混響室吸音率測試可能的影響因素，見表2。
初期樣件測試完畢后，將原樣件放入老化箱進(jìn)行熱老化，樣件布置要考慮溫度均勻且無擠壓。熱老化條件依據(jù)中國不同區(qū)域溫度調(diào)查和吸音棉在車上的使用部位不同，可選擇老化溫度100～120 ℃，老化時間500～ 1 000 h。熱老化過程超過一定溫度時，會出現(xiàn)產(chǎn)品與臺架粘連的現(xiàn)象，與試驗(yàn)室研究可以采用耐高溫的電木板放置在吸音棉和臺架之間解決粘連問題。為保證不影響吸音性能測試準(zhǔn)確性，如有粘連出現(xiàn)需要重新更換測試樣件進(jìn)行測試。熱老化完成后首先對樣件的克重、尺寸進(jìn)行測量，分析熱老化前后樣件克重、尺寸的變化率。測量后對樣件重新進(jìn)行吸聲測試，評價吸音棉老化前后吸聲系數(shù)的變化。
表2 小混響室吸聲測試影響因素分析
 
3.2.2 整車測試
在進(jìn)行單品測試后需在整車上驗(yàn)證吸音棉吸音性的差異，整車測試可進(jìn)行定量測試和主觀評價。定量測試在半消音室，利用體積聲源測試設(shè)備發(fā)出白噪聲，采集吸音衰減特性數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，如圖1 所示；在特定路面上由專業(yè)人員進(jìn)行定性評價，同時利用人工頭在駕駛員耳旁、副駕駛員、后排等位置測試，評價風(fēng)噪和路噪水平[5]。
圖1 吸音棉半消音室整車測試
 
整車測試前需要提前準(zhǔn)備分別裝有A B 廠家吸音棉單品零件進(jìn)行換裝。
4、材料測試結(jié)果分析
4.1 同等克重吸音棉熱老化前后吸聲系數(shù)對比
對同等克重的吸音棉分別進(jìn)行初期和熱老化后小混響室吸聲系數(shù)測試，以150 g/m2吸音棉為例測試結(jié)果見圖2，結(jié)果如下。
圖2 熱老化前后樣件小混響室吸聲系數(shù)對比
 
a.經(jīng)過1 000 h 熱老化，吸音棉吸聲系數(shù)無明顯變化。
b.B 廠家雙組份吸音棉材料在中低頻段吸音性能較A 廠家表現(xiàn)較好。
4.2 不同克重吸音棉阻抗管法測試吸聲系數(shù)對比[6]
選擇同一廠家面密度為150 g/m2、240 g/m2、326 g/m2、340 g/m2 帶印花和不帶印花共 7 種材料吸音棉進(jìn)行阻抗管垂直入射吸聲測試，測試結(jié)果見圖3，結(jié)果如下。
圖3 不同克重吸音棉阻抗管法測試吸聲系數(shù)對比
 
a.同等克重150 g/m2 雙面印花吸音棉材料各頻段吸聲性能優(yōu)于無印花材料；
b.同等克重240 g/m2雙面印花吸聲性與單面印花基本相當(dāng)。
c.克重 340 g/m2 吸聲性能最好，2 500 Hz 時吸聲系數(shù)達(dá)到0.97，3 150 Hz 時吸聲系數(shù)達(dá)到1。
4.3 半消音室整車靜音性測試對比
半消音室用朗德人工頭進(jìn)行整車聲壓測試，測試結(jié)果見下圖4，結(jié)果表明，整車靜音性整體水平（總聲壓級）相當(dāng)，其中B廠家樣件整車在5 000 Hz優(yōu)于A供應(yīng)商樣件車0.4 dBA，在1 250 Hz優(yōu)0.9 dBA。
圖4 半消聲室整車NV測試結(jié)果
 
4.4 跑道NV測試對比
實(shí)車跑道對裝有A、B 廠家吸音棉的樣車進(jìn)行對比評價，路面選擇平坦路和粗目路。測試結(jié)果見圖5、圖6。
圖5 跑道平坦路120 km/h NV測試結(jié)果
 
圖6 跑道粗目路80 km/h NV測試結(jié)果
 
整車評價結(jié)果，裝有A、B 兩家吸音棉樣件的整車風(fēng)噪及路噪主觀評價水平相當(dāng)；客觀結(jié)果，風(fēng)噪總聲壓級B 車弱于A 車0.2 dBA；路噪總聲壓級B 車弱于 A 車 0.6 dBA。
 
5、小結(jié)
通過在混響室內(nèi)對不同材料吸聲系數(shù)的測試與分析，掌握了不同材料的吸聲系數(shù)，從而針對汽車不同部位的不同頻帶噪聲，可選擇相應(yīng)的吸聲材料，既可以將噪聲處理最優(yōu)化，同時又可以合理地利用資源，避免浪費(fèi)。更為在實(shí)際工程應(yīng)用中，能保證在良好吸聲效果的前提下實(shí)現(xiàn)降本增效，對新車型開發(fā)在經(jīng)濟(jì)性和資源利用性上有著積極意義。
 
來源：期刊-《汽車工藝與材料》；作者：馮麗 羅斌 張仕林
（廣汽本田汽車有限公司）
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