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声学包：吸声隔声材料的应用
2019-01-03 23:25:47· 来源：品质内外饰公众号 作者：刘晓军
一、吸声原理、吸声材料及吸声测试方法声波在媒介中传播或者入射到另一个媒介的过程中，声能减少的过程就是吸声。吸声的原理是声能转换为热能，比如吸音棉的吸音
一、吸声原理、吸声材料及吸声测试方法
声波在媒介中传播或者入射到另一个媒介的过程中，声能减少的过程就是吸声。吸声的原理是声能转换为热能，比如吸音棉的吸音原理是由于声音在吸音棉的中空纤维结构中不断消耗转换为热能导致。
图1 入射声波、吸收声波和反射声波
通常将吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料。吸声材料安装在车外，可以减小外界噪声源；安装在车内，可以减小传递到车内的噪声并提升声品质。材料的吸声能力采用吸声系数来衡量。吸声系数的大小除了与吸声材料本身有关外，还与入射声波的角度等参数有关。而根据声波入射角度的不同，分为驻波管测试以及大混响室测试。
驻波管：
顾名思义为声波垂直入射至样品表面，由于声波频率的不同所以波长也是不同的，因此驻波管才会有大小管径的区别，并有相应的ISO标准约束。通用的如B&K 4026型号的大管直径100mm可下潜到100Hz左右，测试低频长波声音，配合一个小管直径29mm可测试高频截至6300Hz左右的声音。其优点是价格便宜，样品要求面积小，测试方便；缺点是对于样品边缘的精度要求较高，误差较大。
图2 阻抗管测试系统
大混响室：
采用扩散声场，在混响场内的各点声能密度均匀，声波方向无规，有相应的ISO标准及国标GBT 20247-2006约束。一般要求混响室的容积大于200m³，混响室的体积决定着所能测得的频率的下限。相应的，样品面积一般为10-14m²。其优点是所测吸声系数能反映材料在实际工况下的吸声能力；缺点是费用高、样品面积要求大。
图3 大混响室
现在市面上有α 箱、β箱或者像丰田的更小的混响室，其实是为了测试无规入射声波下的样品的吸声能力，但同时兼顾了样品面积小以及测试费用低、可验收零件的声学性能三大优点而越来越受到主机厂及材料零件供应商的青睐。虽然尚不满足ISO标准，且实际测下来与大混响室测试方法有些差异，但纵向研究却也足够。
二、隔声原理、隔声材料及测试方法
采用特殊的材料和结构将外界声源与接收环境隔离开来，使得环境噪声降低，这就是隔声。声音从空气入射到另外结构表面时，一部分声能被反射回来，另一部分声能透过这个材料，继续在空气中传播。
通常采用STL (sound transmission loss) 来反映平板或者零件的隔声性能，单位是dB（分贝）。单层板隔声满足两个6dB原则：
- 第一个是当频率增加一个倍频程时，隔声量增加6分贝，即隔声量随着频率增加的直线斜率为6dB/倍频程。
- 第二原则是当质量增加一倍时，隔声量增加6分贝，即隔声曲线整体向上移6dB。
实际上，板结构是有限，而且结构的边界条件、刚度、阻尼等会影响到其隔声效果。大量的试验数据表明，当板的面密度增加一倍时，隔声量增加量为5分贝；当频率增加一个被频程时，隔声量增加4分贝。
图4 声波反射和入射的示意图及6dB原则
隔声材料通常为面密度较大的材料如钢板、EVA、EPDM等材料。在汽车前围隔音垫、地毯、轮罩隔音垫等零件上广泛应用。而隔声性能测试广泛采用的是大混响－消声的测试方法，阻抗管测试隔声应用较少。测试样件安装在混响室和消声室之间的窗口上，混响室作为发声室，消声室作为接受室，用声强法来测量消声室的透射声功率。可用于零件全密封及过孔的测试，分析薄弱的区域，这也是混响－消声室方法优于混响室－混响室方法的原因。
图5 混响－消声室法
三、 吸隔声材料组合应用
车身上的声学包装结构多数是吸收材料和隔声材料在一起的组合应用，如前壁板隔声垫、地毯、以及目前被很多豪华车采用的静音钢板等。如下图的前壁板声学结构由四层组成：钢板隔声层+吸声层+隔声层。
图6 前壁板声学结构
目前，在电动化的大趋势下，对于轻量化吸隔声材料的研究越来越深入，如九大参数对于材料声学性能的影响，材料级到整车级的仿真等，各大主机厂和供应商都展开了深入的研究并拥有了大量的数据和宝贵的经验，也切切实实的为正向开发付出着自己的汗水和努力。
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