高速動車組內飾頂板隔聲特性試驗研究

王新穎

（中車青島四方機車車輛股份有限公司）

0 引言

高速動車組內飾頂板采用輕量化結構，瓦楞板因其輕量化優勢是內飾頂板常用結構。由于高速動車組運行速度高，氣動噪聲為重要聲源，氣動噪聲可經車頂斷面傳入車內，因此內飾頂板隔聲性能為一項重要性能指標[1-3]。如何提高瓦楞板隔聲性能，實現輕量化降噪設計為內飾頂板設計需考慮的問題。對于內飾板提高隔聲性能，辛鋒先等[4]從三明治夾層板理論出發，對內飾板的聲學特性進行了理論分析；王志瑾等[5]利用混響室法測試了不同芯材內飾板隔聲特性；ZHOU等[6]利用仿真分析方法研究了夾層結構隔聲特性。為提高高速動車組內飾頂板隔聲性能，本文通過頂板參數隔聲設計，并試制了不同結構參數頂板，為提高對比驗證精度本文采用實驗室隔聲測試方法，探索不同類型內飾頂板隔聲性能差異。

1 研究方法

瓦楞內飾頂板由上面板、瓦楞層、下面板組成，由單層板隔聲曲線示意圖1可知[7]，其隔聲性能提升可從以下途徑開展研究：

圖1 單層板隔聲曲線示意

（1）通過增加面板厚度，增加板的剛度和面密度，提升隔聲量；

（2）通過瓦楞板背面敷貼隔聲墊，增加板的面密度，提高隔聲量；

（3）通過瓦楞板背面噴涂阻尼涂料，增加板的阻尼和面密度，提高隔聲量；

（4）研究不同種類夾層類型隔聲能效比，如夾層采用蜂窩、泡沫、軟木等結構。

本文采用實驗室隔聲測試方法，對不同瓦楞板結構進行隔聲測試，對比不同結構隔聲性能差異。為提高隔聲測試精度，本項目采用混響室/混響室法，根據GB/T 19889.3-2005《聲學建筑和建筑構件隔聲測量第3部分：建筑構件空氣聲隔聲的實驗室測量》進行隔聲量測試。隔聲測試如圖2所示。

圖2 隔聲測試窗口

2 試驗結果及分析

2.1 基準樣件

本文采用某型動車組采用的瓦楞板內飾頂板結構作為基準樣件，基準樣件總厚度為10 mm，前面板厚度為1 mm，背面板厚度為0.5 mm，整體面密度為5.1 kg/m2。

2.2 面板厚度影響

提高瓦楞板隔聲性能，可通過增加面板層厚度，為驗證該項措施對瓦楞板隔聲性能提升，本文分別試制了樣件1、樣件2，其結構參數及隔聲量見表1。通過實驗室隔聲測試，增加面板厚度后，隔聲曲線如圖3所示。

表1 試驗樣件參數（單位：mm）

圖3 面板厚度對隔聲量影響

由隔聲曲線可知，增加面板厚度隔聲量均有增加，且中高頻隔聲性能改善較低頻明顯。樣件1、樣件2能效比分別為1.50、1.23。

2.3 增加隔音墊

提高瓦楞板隔聲性能，還可通過在背面板敷貼隔音墊，如圖4所示，為驗證該措施對瓦楞板隔聲性能提升，本文分別試制了樣件3、樣件4，其結構參數及隔聲量見表2。通過實驗室隔聲測試，背面板敷貼隔音墊后，隔聲曲線如圖4所示。

表2 試驗樣件參數

圖4 隔音墊粘貼效果及厚度對隔聲量影響

由隔聲曲線可知，增加隔音墊后隔聲量均有增加，全頻段隔聲性能均有一定提升。樣件3、樣件4能效比分別為2.05、1.58。

2.4 增加阻尼層

提高瓦楞板隔聲性能，還可通過在背面板噴涂阻尼涂料，如圖5所示，為驗證該措施對瓦楞板隔聲性能提升，本文分別試制了樣件5、樣件6，其結構參數及隔聲量見表3。通過實驗室隔聲測試，背面板噴涂阻尼涂料后，隔聲曲線如圖5所示。

圖5 阻尼涂料噴涂效果及厚度對隔聲量影響

表3 試驗樣件參數

由隔聲曲線可知，增加阻尼涂料后隔聲量均有增加，全頻段隔聲性能均有一定提升。樣件5、樣件6能效比分別為3.29、2.36。

2.5 夾層類型

提高頂板隔聲性能，還可通過更換夾層類型及材質實現，本文選取蜂窩、泡沫、復合輕質軟木作為夾層，分別制作樣件7、樣件8、樣件9，并進行隔聲對比測試，其結構參數及隔聲量見表4。通過實驗室隔聲測試，樣件7隔聲性能與基準樣件持平，樣件8隔聲量略有增加，樣件9隔聲性能增加明顯，能效比分別為1.75、1.42、2.33。隔聲曲線如圖6所示。

圖6 不同類型頂板隔聲量

表4 試驗樣件參數

樣件9能效比較高，其余兩種方案能效比不如直接對瓦楞板采取隔聲提升措施能效比高。但樣件9夾層為輕質軟木，成本較瓦楞板高很多，且軟木導致板的整體剛度不如瓦楞板，從結構一致性不如在瓦楞板采取隔聲提升措施更具工程實用性。

3 結論

通過試驗分析，總結結論如下：

（1）通過增加瓦楞板厚度、背面板敷貼隔音墊、背面板噴涂阻尼涂料均可提高瓦楞板隔聲性能；

（2）以上三項措施的能效比：阻尼層＞隔音墊＞面板厚度；

（3）除以上隔聲提升措施，更換板的夾層結構也可提升板的隔聲性能，但能效比及經濟性不高。

（4）車輛內飾頂板設計時，可結合實際應用工況需求，合理選擇敷貼隔音墊和噴涂阻尼層來提高頂板隔聲性：首先噴涂阻尼層措施提高瓦楞板隔聲性能；但由于阻尼涂料噴涂厚度不建議超過2.5 mm，因此對于工程中要求隔聲性能提升較大的需求，可選用敷貼大厚度或多層隔音墊的方式提高瓦楞板隔聲性能；也可根據工程需求，選用其他材質夾層結構。