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汽车用吸音棉吸声测试分析与研究
2020-07-30 14:40:47· 来源：汽车材料网
摘要：为研究汽车用双组份吸音棉吸声性能，分别采用阻抗管法和小混响室法测试材料吸声系数，对比分析了2 家供应商不同克重吸音棉吸声系数的差异，结果表明，同等
摘要：为研究汽车用双组份吸音棉吸声性能，分别采用阻抗管法和小混响室法测试材料吸声系数，对比分析了2 家供应商不同克重吸音棉吸声系数的差异，结果表明，同等克重吸音棉热老化后吸音性能相当，无明显下降；不同材料在不同频带下，最佳吸声效果表现有差异；2 家不同厂家同等克重的吸音棉部分频段可以达到同等吸音性能。同时从人、机、物、法、环方面对小混响室测试精度的影响因素进行了分析，提高了测试数据精度。
关键词：吸音棉 小混响室 吸声系数
1、双组份吸音棉材料介绍
双组份吸音棉是由PP（聚丙烯）和PET（聚酯）2 种纤维组成的吸音材料，属于纤维状多孔吸声材料，具有立体网状连续多孔结构，聚丙烯纤维直径在2 μm 左右，聚酯纤维直径在25 μm 左右[1]。与传统的汽车用吸声材料如开孔泡棉，毛毡，PET 棉等材料相比，双组分结构的吸音棉具有吸声强、轻质、导热系数低、阻燃、VOC 挥发量少的特点，是一种常用的汽车声学包材料。
吸音棉吸声原理为声波振动通过纤维间的孔隙时，在摩擦损耗等作用下导致声波的能量转化成热能，从而起到不同频率声波的有效屏蔽与隔离效果。
吸音棉广泛应用于汽车内外饰，能降低车内噪声，提升汽车声品质，同时有利于汽车的轻量化设计。主要应用部位包括引擎罩、前围板、仪表板、门板、立柱、顶棚、行李箱、后搁物板、前后轮挡泥板等。
2、吸声系数测试方法
目前试验室测量材料吸声系数的方法包括阻抗管法和混响室法，2 种测试方法的对比见表1[2-3]，阻抗管法测量材料垂直入射吸声系数，实际使用中声波入射到材料表面的方向是随机的，因此实际工程应用中常常采用混响室法测量材料的无规入射吸声系数。
混响室法试验原理为声源在封闭空间启动后，就产生混响声，在声源停止发声后，室内空间的混响声逐渐衰减，声压级衰减60 dB 的时间定义为混响时间。当房间的体积确定后，混响时间的长短与房间内的吸声能力有关。根据这一关系，吸声材料或物体的无规则入射吸声系数就可以通过在混响室内混响时间的测量来进行。
3、吸音性能测试
测试采用汽车声学包常用评估测试方法，分别对平板样件材料和整车进行测试评估。测试对象选择了A B 2 家吸音棉供应商进行对标分析。
表1 吸声系数测试方法对比
材料级测试流程为样件准备（A B 厂家平板材料）→样件质量、尺寸测量→样件吸声系数测试→样件热老化→热老化后样件质量、尺寸测量→热老化后样件吸声测试→测试结果综合分析。
整车级测试流程为整车半消声室测试（A 厂家产品整车）→部品换装（A 品→B 品）→整车半消声室测试（B 厂家产品整车）→跑道跑行NV 评价（A厂家产品整车）→跑道跑行NV 评价（B 厂家产品整车）→测试结果综合分析。
3.1 材料样件准备
选择A、B 2 家供应商面密度为150 g/m2、240 g/m2、340 g/m2产品进行对比测试。小混响室测试样件尺寸要求120 cm×100 cm 面积为1.2 m2的片材，测试数量3件以上。样件准备注意事项如下。
a.为保证测试产品具有量产代表性，要求在卷材的前、中、末位置分别取样，注意开头和结尾部分不要取样。
b.取样过程中注意不要堆砌和折叠产品，这会影响吸声系数的测量结果。
c.取样完成后使用防潮的塑料薄膜进行包装，防止受潮。
d.样件尺寸偏差对测试结果影响很大，为保证测试样件放在混响室中与边框间没有缝隙，建议取样尺寸公差可以选择+10 mm，即产品尺寸可偏大不能偏小，尺寸偏大样件在测试过程中放置时可以裁切。
3.2 测试步骤
3.2.1 材料测试
材料测试前样件需放置在22 ℃50%RH 的标准环境下24 h 以上，确保给吸音层面积扩大的空间，静置过程中不压缩不堆砌。
测试设备使用阿尔法舱，阿尔法舱是欧拓公司生产的小混响室，在汽车材料吸声测试中使用较为普遍。小混响室为标准混响室的1/3 尺寸，可通过测试声能衰减20 dB所用时间进行换算。阿尔法舱内3 个声源依次发声，处于不同位置的5 个传感器同时接收并测量声能衰竭，每一频率获得15个测量值，最终混响时间取15个测量值的平均值。
吸声测试步骤主要内容如下。
a.校准麦克风；
b.放置压边框架，测试空白样件；
c.软件操作，样件信息设置、测试空白样完成后测试吸音棉；
d.软件输入产品尺寸，确定并记录1/3倍频程带中心频率的最终吸收系数值，从400 ～10 000 Hz。
小混响室吸声测试试验影响因素很多[4]，测试系统变差较大。为保证测试结果的一致性，从人、机、物、法、环、测方面分析小混响室吸音率测试可能的影响因素，见表2。
初期样件测试完毕后，将原样件放入老化箱进行热老化，样件布置要考虑温度均匀且无挤压。热老化条件依据中国不同区域温度调查和吸音棉在车上的使用部位不同，可选择老化温度100～120 ℃，老化时间500～ 1 000 h。热老化过程超过一定温度时，会出现产品与台架粘连的现象，与试验室研究可以采用耐高温的电木板放置在吸音棉和台架之间解决粘连问题。为保证不影响吸音性能测试准确性，如有粘连出现需要重新更换测试样件进行测试。热老化完成后首先对样件的克重、尺寸进行测量，分析热老化前后样件克重、尺寸的变化率。测量后对样件重新进行吸声测试，评价吸音棉老化前后吸声系数的变化。
表2 小混响室吸声测试影响因素分析
3.2.2 整车测试
在进行单品测试后需在整车上验证吸音棉吸音性的差异，整车测试可进行定量测试和主观评价。定量测试在半消音室，利用体积声源测试设备发出白噪声，采集吸音衰减特性数据进行量化分析，如图1 所示；在特定路面上由专业人员进行定性评价，同时利用人工头在驾驶员耳旁、副驾驶员、后排等位置测试，评价风噪和路噪水平[5]。
图1 吸音棉半消音室整车测试
整车测试前需要提前准备分别装有A B 厂家吸音棉单品零件进行换装。
4、材料测试结果分析
4.1 同等克重吸音棉热老化前后吸声系数对比
对同等克重的吸音棉分别进行初期和热老化后小混响室吸声系数测试，以150 g/m2吸音棉为例测试结果见图2，结果如下。
图2 热老化前后样件小混响室吸声系数对比
a.经过1 000 h 热老化，吸音棉吸声系数无明显变化。
b.B 厂家双组份吸音棉材料在中低频段吸音性能较A 厂家表现较好。
4.2 不同克重吸音棉阻抗管法测试吸声系数对比[6]
选择同一厂家面密度为150 g/m2、240 g/m2、326 g/m2、340 g/m2 带印花和不带印花共 7 种材料吸音棉进行阻抗管垂直入射吸声测试，测试结果见图3，结果如下。
图3 不同克重吸音棉阻抗管法测试吸声系数对比
a.同等克重150 g/m2 双面印花吸音棉材料各频段吸声性能优于无印花材料；
b.同等克重240 g/m2双面印花吸声性与单面印花基本相当。
c.克重 340 g/m2 吸声性能最好，2 500 Hz 时吸声系数达到0.97，3 150 Hz 时吸声系数达到1。
4.3 半消音室整车静音性测试对比
半消音室用朗德人工头进行整车声压测试，测试结果见下图4，结果表明，整车静音性整体水平（总声压级）相当，其中B厂家样件整车在5 000 Hz优于A供应商样件车0.4 dBA，在1 250 Hz优0.9 dBA。
图4 半消声室整车NV测试结果
4.4 跑道NV测试对比
实车跑道对装有A、B 厂家吸音棉的样车进行对比评价，路面选择平坦路和粗目路。测试结果见图5、图6。
图5 跑道平坦路120 km/h NV测试结果
图6 跑道粗目路80 km/h NV测试结果
整车评价结果，装有A、B 两家吸音棉样件的整车风噪及路噪主观评价水平相当；客观结果，风噪总声压级B 车弱于A 车0.2 dBA；路噪总声压级B 车弱于 A 车 0.6 dBA。
5、小结
通过在混响室内对不同材料吸声系数的测试与分析，掌握了不同材料的吸声系数，从而针对汽车不同部位的不同频带噪声，可选择相应的吸声材料，既可以将噪声处理最优化，同时又可以合理地利用资源，避免浪费。更为在实际工程应用中，能保证在良好吸声效果的前提下实现降本增效，对新车型开发在经济性和资源利用性上有着积极意义。
来源：期刊-《汽车工艺与材料》；作者：冯丽 罗斌 张仕林
（广汽本田汽车有限公司）
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