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NVH试验室的设计浅析
2021-10-13 13:53:47· 来源：汽车零部件 作者：陈雪
摘要：根据国内汽车行业对NVH重视的提升及国民对整车乘坐舒适性要求的提高，NVH试验室的建设将对整车NvH性能提升起着至关重要的作用。介绍了消声室的主要技术指
摘要：根据国内汽车行业对NVH重视的提升及国民对整车乘坐舒适性要求的提高，NVH试验室的建设将对整车NvH性能提升起着至关重要的作用。介绍了消声室的主要技术指标和影响消声室技术指标的主要结构，阐述了NVH试验室建设的主要指标。建成后的NVH试验室将缩短产品开发周期、提高试验的精准度、提供安全测试环境、适应新产品的开发需求及提升试验验证能力。
关键词：消声室；NVH试验室：低频截止频率
0 引言
随着现代汽车工业的不断发展．人们对汽车的需求已经不仅限于汽车的动力性能、经济性能的提升。越来越关注汽车的振动、噪声以及舒适性和周围环境。2010年国家起草的《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》，对试验条件要求极为严格，并且噪声限值大大降低。整车及零部件的NVH性能成为重点研究的课题。
1 消声室简介
消声室是一个人工模拟声场的房间，在这个房间内，传播声波的介质均匀地向各个方向无限延伸。使声源辐射的声能够“自由”传播。即无障碍地反射，也无环境噪声的干扰。
1．1 消声室的分类
根据被测对象的测试内容及所要求的精度。消声室分为全消声室和半消声室。全消声室即室内各面均铺设吸声材料或吸声构件，半消声窒即有一面为反射面，其余面均铺设吸声材料或吸声构件。全消声室内空间基本为自由声场，半消声室为一个反射面上方为自由声场的空间。
1．2 消声室主要技术指标
在消声室的建设过程中，首先要确定被测对象所要求的精度。即截止频率、自由场半径、本底噪声与通风噪声。
1．2．1截止频率
消声室的截止频率。是指在消声室内，能够满足用户要求的自由场半径和偏差要求的最低频率。被测试件的主要噪声频段作为确定低频截止频率的依据。
1．2．2自由场半径
自由场半径的选择依据：(1)被测试件最大尺寸；(2)声功率测量，按GB／T6882中8．2测量表面的规定；(3)声压级的测量，按行业标准的规定；(4)取上述最大值。
1．2．3本底噪声与通风噪声
(1)在测量表面上，所有传声器位置和测试频率范围内的每个频带，本底噪声至少比被测试件的最小声压级低20 dB(具体设计时可考虑3 dB的余量)；
(2)在测量表面上。所有传声器位置和测试频率范围内的每个频带．通风噪声至少比测试件的最小声压级低lO dB(具体设计时可考虑3 dB的余量)。
1．2．4自由声场精度要求
建设消声室最终的目的是要获得符合声学测试要求的自由声场空间。并且对自由声场空间进行了定义，即反射声能与直射声能的比值足够小。及允许误差范围足够小，而允许误差范围为消声室设计的输入之一。下式为误差范围的计算公式：
对于允许误差范围．IS03745给出了明确的规定，即采用l／3倍频程频带噪声和纯音测试，按Is03745．2003测量，精度达到Is03745．2003对半消声室的反平方率偏差规定。如下：
50—630 Hz，自由声场偏差小于±2．5 dB；
800一5 000 Hz。自由声场偏差小于土2．0 dB；
6 300 Hz以上。自由声场偏差小于±3．0 dB。
1．3 消声室吸声结构的类型
铺在消声室内各面的吸声层的吸声性能，对于室内自由声场范围的大小具有决定性的作用。也是决定消声室质量的最重要的部分。目前吸声结构主要有板式吸声材料及尖劈吸声材料。
1．3．1 尖劈
尖劈的声学经典理论：
式中：￡为尖劈长度，D为后空腔长度，A为低频截止频率的波长。
尖劈的优点：
(1)在100 Hz以下的低频和4 kHz以上的高频吸声特性优于平板吸声体j
(2)纯音测量满足GB／T 6882自由场偏差要求。适用于：声学基础研究、电声测试等各种用途的消声室。以金属穿孔板作为尖劈护面材料的金属尖劈的优点：
(1)使用寿命长，20年以上；
(2)表面可清洁；
(3)表面喷漆。美观。
金属尖劈吸声结构组成见图l。
传统尖劈和金属尖劈实景图片分别见图2、图3。
I．3．2平板吸声体
(1)普通平板
吸声原理：板共振吸声，吸声材料内有一块或多块共振板。每块共振板的边界是固定的。是一个质量一弹簧共振体系。低频吸声板通常厚度为100 mm。主要适用于100 Hz以下的低频吸声。
平板吸声体的优点：
①吸声结构占用室内空间小：
②更容易清洁。
适用于：场地小、有油污的工业产品测试消声室。缺点：共振频率单一，共振峰较窄，致使在低频段吸声特性不均匀。其典型的吸声特性曲线见图4。
(2)平面薄型宽频带复合吸声体(BcA)
宽频带的复合板共振吸声器，除了质量一弹簧共振之外，同时也可以激发大量弯曲振动。BcA吸声构造每个构件的大小约为l m×1．5 m，总厚度为35 cm，改变其中不同的振动板的厚度，可以在40～100 Hz内调节它的最低有效吸收频率。因此。吸声结构的厚度不因截止频率的降低而增厚，始终保持为35 cm的薄型结构(如图5所示)。BcA吸声构造组件表面为厚度约1．5 mm、穿孔率约40％的透声穿孔成型钢板．内部是厚约350 mm的3层caruso棉。因此，吸声构造的表面能保证透声，并能防护机械碰撞，且能用清洁布擦净，油污后仍然能简易地恢复清洁。
BCA产品的优点：
①材料环保、无人体过敏反应
②适用于更低频要求消声室。
2 影响消声室技术指标的主要结构
2．1 房体的结构形式
(1)内外套房结构——房中房结构
外套房一般为砖混重质结构，轻质套房采用轻质砖墙。重质套房采用粘土砖墙或混凝土墙。一般用于要求本底噪声小于30 dB(A)或环境振动和噪声严重的情况。
(2)普通单层结构——砖混结构
一般用于要求本底噪声大于30 dB(A)或环境振动和噪声不严重的情况。
2．2 隔振器的类型
橡胶隔振器。适合于金属隔声板浮筑地面。
玻璃纤维隔振器。适合于混凝土现浇浮筑楼板，见图6。
弹簧隔振器。适合于环境地面振动声较大的场合。见图7。
2．3 消声室隔声门、吸声门的隔声量
在消声室的建设过程中．门、窗、风道、减振机构的空气声隔声量均需满足相应的隔声量需求。其中。门和隔振系统，由于距测试传声器较近。是最薄弱的环节。在设计过程中应严格把控隔声量指标，确保整个消声室系统隔声量满足要求。门的隔声量也必须达到土建结构本身的隔声量要求。否则如门外有噪声源，而门内3—4 m内有传声器。将会严重影响测试结果，导致试验室无法使用，耗费巨资建设的房中房结构发挥不出应有的作用。
不考虑表面的吸声材料(按常规，作为隔声设计安全余量)，其计算见下式：
JR=尺l+R2+尺3+尺4
式中：尺为总隔声量，尺．为单道门隔声量。R：为隔声量相当的双道门增加的隔声量6 dB，尺、为第二道门为轻质钢架结构2 dB，尺。为声闸10 dB。
2．4 隔振器
隔振器主要分为橡胶隔振器、玻璃纤维隔振器及弹簧隔振器3种。其中橡胶隔振器适合于金属隔声板浮筑地面；玻璃纤维隔振器适合于混凝土现浇浮筑楼板；弹簧隔振器适合于环境地面振动噪声较大的场合。分国产弹簧隔振器和进口弹簧隔振器。
2．5 消声室房间尺寸的确定
消声室的体积主要取决于被测物的大小和测试距离，此外。消声室的声学经典理论：
D≥λ／4+2r
式中：D为房间刚性界面尺寸，λ为低频截止频率的波长。r为自由场半径。
上述公式适用于包括尖劈型和平板型所有类型的消声室。
3 NVH试验室建设主要指标
参考同行业当前NVH试验室的建设情况，结合试验能力需求。建立整车通过噪声试验室、小整车半消试验室、音质评价室、混响室和全消室、零部件试验室及模态试验室。
设计时需考虑主机厂自己独特的地方及汽车产品范围。此试验室主要设计原则为：
(1)试验范围。此试验室的设计初衷为跨越轿车及轻卡车型的试验室，对试验室内转毂要求轴载荷5×104 N。
(2)截止频率。由于柴油车有着更低的频率特性。需要有足够大的低频率自由场空间来满足其试验的需要．故截止频率要求达到40 Hz。
(3)自由场半径。40 Hz时，自由场半径不小于7 m；31．5Hz时，自由场半径不小于5 m，用于排气噪声测量。
(4)消声室本底噪声。
试验问周围噪音小于80 dB(A)(此值供参考，具体以现场预估的噪声值为准)；
室内所有设备关闭时消声室本底噪声不大于20 dB(A)；
空调出风口全风量时消声室本底噪声不大于25 dB(A)。
(5)门的隔声量。为了满足测试要求，消声室内的本底噪声要求约为20 dB(A)，而此时的外部噪声约为80 dB(A)。房中房本身的土建结构，如采用250混凝土+240砖墙的方案，则土建结构本身的隔声量可以达到60 dB。此时。就要求门的隔声量也必须达到此隔声量。
4 结论
对消声室的结构及设计指标进行详细介绍．同时对新建NVH试验基地设计要领做出了简单的分析。针对消声室的设计提供建议如下：
(1)低频截止频率的依据为被测试件的主要噪声频段：
(2)自由场范围需将被测试件覆盖在内，保证被测件测试的准确性。
作者：陈雪
作者单位：(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230091)
来源：汽车零部件
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