轎車頂襯混響室法吸聲測試研究

施 杰，王秀峰

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海，201201）

隨著車外加速通過噪聲限值的日趨嚴格及顧客對車內(nèi)聲振舒適性要求的不斷提高，噪聲、振動與舒適性（Noise、Vibration、Harshness，NVH）已成為顧客購買汽車時選擇品牌進而品牌忠誠的一個重要因素。汽車的內(nèi)飾件除具有美觀、裝飾等功能外，這些零部件還通過系統(tǒng)或者部件的單獨和相互作用，來阻斷外界聲音傳遞或通過吸聲作用把聲能轉(zhuǎn)化為熱能，起到降低車內(nèi)噪聲、提高整車語言清晰度的顯著效果。其中，座椅、車頂襯、地毯、發(fā)動機蓋聲學墊、發(fā)動機艙側(cè)聲學墊、行李廂飾板等內(nèi)飾件都是重要的吸聲功能件。

吸聲系數(shù)和吸聲量是衡量零件吸聲能力的主要指標。吸聲測試可分為垂直入射法和隨機入射法。垂直入射吸聲測試通常有阻抗管法或駐波管法，該方法具有所需測試樣件尺寸小、測試精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點，多用于材料性能測試；隨機入射吸聲測試通常有混響室法或ALPHA小屋法（CABIN）[1-3]，由于隨機入射與汽車的實際工況更接近，且可以考察整個零件甚至系統(tǒng)的性能，成為汽車工業(yè)界更常用的給出吸聲指標要求的方法。

文獻[4]對平板類材料的混響室法吸聲測試給出了詳盡的規(guī)定，對于具有形狀不規(guī)則、厚度不均勻、附有的吸聲材料和背后空氣層分布不規(guī)則的完全成形零部件的吸聲測試未給出確切的說明。而對于座椅、車頂襯等完全成形件，只通過基材的試驗測試，又不足以考核和判斷相應(yīng)的零部件是否已經(jīng)滿足給出的吸聲指標。本文對車頂襯零件的混響室吸聲測試方法進行了試驗研究，設(shè)計并制作出模擬車頂鈑金及其附件的具有良好的聲反射性能的測試支架，并給出了聲學測試支架驗收的吸聲系數(shù)建議值，實現(xiàn)了對完全成形頂襯的吸聲測試，并基于測試數(shù)據(jù)完成了對頂襯的聲學性能改進。

1 隨機入射吸聲測試

隨機入射吸聲測試通常在混響室內(nèi)進行，混響室的容積至少為150 m3[4]，推薦200 m3或以上。空房間沒有測試件時本身的吸聲量要小，需滿足文獻[4]的限值要求。

測試件的混響室法吸聲系數(shù)是由各頻帶在房間中有測試樣件時所測得的混響時間T60sample和空房間的混響時間T60empty計算得到：

式中，V是混響室的容積，m3；A是測試樣件的表面積，m2。

2 頂襯隨機入射吸聲測試

2.1 車頂襯聲學測試支架的設(shè)計及制作

為檢驗完全成形的車頂襯零件的吸聲性能，需設(shè)計特別的聲學測試支架，測試支架本身需具有良好的聲反射性能，車頂襯與測試支架表面的距離應(yīng)與實際裝車情況下的頂襯背后空氣層厚度分布一致，還需要為頂襯四周設(shè)計側(cè)面封閉結(jié)構(gòu)。圖1所示為某車型頂襯的背后空氣層厚度分布，圖2為設(shè)計的幾個車型頂襯聲學測試支架的吸聲性能測試結(jié)果，其平均吸聲系數(shù)不超過0.1。

2.2 車頂襯吸聲測試

吸聲試驗在泛亞汽車技術(shù)中心的混響室中進行，一個吸聲測試通常需要4個頂襯樣件（6～9.5 m2），相應(yīng)地需要準備4個聲學測試支架。

試驗應(yīng)先對空房間進行測試，以確保設(shè)備和試驗設(shè)置都正常，然后再將聲學測試支架放入混響室，以檢驗聲學測試支架的設(shè)計制作是否符合要求，通常0.1的平均吸聲系數(shù)[5]可作為參考。如果聲學測試支架符合要求，則放入聲學測試支架的空房間的混響時間應(yīng)視為式（1）中的T60empty，并最終用于頂襯吸聲系數(shù)計算。聲學測試支架盡可能放在房間的中間部分，并使任意兩個聲學測試支架不相互接觸。最后將頂襯測試樣件安放在聲學測試支架上，應(yīng)對頂襯和聲學測試支架的邊緣進行密封，頂襯上開孔需用可以隔聲且具有良好反射性能的材料進行密封，以使聲音只從正面進入頂襯。如果在車頂襯和車身鈑金之間存在吸音材料，則在測試的樣件中保留該材料。

在測試過程中溫度和相對濕度的改變會對混響時間的測試產(chǎn)生顯著影響，特別是高頻段的結(jié)果，建議試驗前后房間相對濕度和溫度的改變量控制在2%和2℃之內(nèi)。

2.3 車頂襯吸聲測試結(jié)果分析

表1 列出了某車型為改進頂襯吸聲性能，進行了一系列開發(fā)工作，頂襯基材[6]、粘接膠、無紡布等因素被列為影響頂襯吸聲性能的主要因素。圖3列出了頂襯樣件混響室吸聲測試結(jié)果。樣件1是初始狀態(tài)，吸聲性能不盡理想。經(jīng)對國產(chǎn)PU的發(fā)泡配方改進，1 000～6 300 Hz頻段的吸聲性能有約計30%的提升。為進一步改善400～2 000 Hz頻段的性能，通過引進采購原裝進口PU復(fù)合板材和原裝PU發(fā)泡液進行PU復(fù)合基材性能改進，并對性能有一定影響的粘接膠和無紡布一并進行改進。結(jié)果表明，PU復(fù)合板材是對吸聲性能影響最顯著的因素，樣件5是吸聲性能最好的方案，其性能在500～1 250 Hz幾乎有1倍的改進，樣件3和4，也是跟樣件5性能相當?shù)姆桨福C合生產(chǎn)便利性和成本等因素，樣件3的材料方案構(gòu)成被選用。

表1 頂襯材料方案構(gòu)成描述

3 結(jié)論

車頂襯系統(tǒng)是車內(nèi)最主要的吸聲內(nèi)飾功能件之一，面積大，并且緊鄰乘客頭部空間，能有效降低車內(nèi)噪聲，提高整車的語言清晰度，更對阻斷風噪聲從車頂區(qū)域進入車內(nèi)發(fā)揮著獨一無二的作用[7-10]。本文對車頂襯零件的混響室吸聲測試方法進行了試驗研究，設(shè)計并制作出模擬車頂鈑金及其附件的具有良好聲反射性能的測試支架，并給出了聲學測試支架驗收吸聲系數(shù)建議值，實現(xiàn)了對完全成形頂襯的吸聲測試，并基于測試數(shù)據(jù)完成了對頂襯的聲學性能改進。完全成形車頂襯系統(tǒng)的混響室吸聲測試的規(guī)范化和準確化執(zhí)行，使整車廠和頂襯供應(yīng)商在車輛的早期開發(fā)階段通過協(xié)作對頂襯進行子系統(tǒng)級聲學優(yōu)化成為可能，進而為整車NVH目標精確化制定、分解和最終達成提供了可靠的技術(shù)支持。

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