基于聲腔傳遞函數的前圍隔音墊選型

陳 明，康潤程，李紹磊，姚 璐

(國家汽車質量監督檢驗中心（襄陽）,湖北 襄陽 441004)

汽車前圍隔音墊是阻隔發動機噪聲向乘員艙傳播的重要部件，其隔聲性能的好壞，與適用車型的匹配程度在很大程度上決定了車內聲學品質的高低。采用準確合理的測試方法為測試車輛尋找適合的前圍隔聲墊，對改進車輛聲學性能，幫助產品選型具有重要意義。

目前，較為常用的前圍隔聲墊選型方法是利用混響室-半消聲室測試環境，通過測量傳聲器在兩室內的平均聲壓信號計算不同前圍隔聲墊的隔聲量。該方法針對且僅針對被測樣品本體進行測試，因而無法考慮實車安裝狀態對測試樣品的影響。而且，該方法對試驗樣品、測試環境、夾輔具安裝都有極高的要求，實際測試操作難度較高。

為滿足高速、快捷、精準的試驗需求，本文研究新的前圍隔聲墊選型方法——整車測試法。整車測試法是在整備車身環境下分別對不同測試樣品進行測試，并根據測試結果實現前圍選型。該方法無需進行專門的夾輔具設計及安裝，降低了對測試環境和測試樣品的要求。該測試結果為實車裝配狀態下的測試結果，因而更加接近實際使用狀況，對產品選型、工藝設計更具有指導意義。

本文以聲腔傳遞函數原理為理論基礎，以Brüel&Kj?r系列設備為能力基礎，以某指定車型為測試基礎，為該試驗車型選取不同材質的前圍隔聲墊，通過理論分析和試驗測量，確認不同前圍隔聲墊與試驗樣車的匹配程度，為樣車前圍隔聲墊選型提供有效建議。

1 測試原理

工程上應用的聲學材料往往是兼顧吸聲性能和隔聲性能的組合材料，實際分析的也是組合材料在實際應用中阻擋聲波透過結構的綜合性能。因而在這里，把這種組合材料的吸、隔聲綜合性能，統稱為隔聲性能。

整車隔聲性能分析（半消聲室法）采用車內指定位置激勵，車外指定位置響應的方法，實現傳遞函數的測量，進而求取聲腔傳遞函數。需要明確的是：進行整車隔聲性能分析的理論基礎是傳遞函數理論，試驗測試獲取的結果是聲腔傳遞函數，

聲腔傳遞函數是通過求取響應聲壓與激勵體積加速度的比值，亦即通過求取傳遞函數的方式對整車的隔聲性能進行量化評價。

依據傳遞函數原理——傳遞函數=響應/激勵，定義聲腔傳遞函數為：

其中：P：測點聲壓；

a：體積加速度；

v：體積速度；

f：頻率分辨率

為便于評價值之間的數值比較，定義基準值

基于聲腔傳遞函數的隔聲性能評價關注的是聲腔傳遞函數，測試過程實際是對傳遞函數的求取過程。測試項目的傳函數值越小，則表明試驗樣品的隔聲性能越好。

2 實車測量及分析

2.1 測試環境

本次研究在半消聲室內進行。測試時，樣車靜止于半消聲室內，拆除儀表板以方便更換測試樣件，封堵前圍孔洞已消除對測試的影響。在乘員艙內安放無指向性聲源，聲源發聲口位于指定激勵位置；在發動機艙內選取響應位置安放若干傳聲器，傳聲器應與汽車前圍保持一定距離。測量時，PULSE發出的偽隨機信號經體積聲源適配器放大后驅動聲源發聲，利用傳聲器測量指定位置聲壓。以聲源信號為激勵信號，以傳聲器信號為響應信號，據此計算激勵點到響應點的聲腔傳遞函數。通過更換不同的前圍隔聲墊，分析相同激勵下響應的差異，并以此作為選型依據完成選型。

本文用到的試驗儀器見表1。

2.2 測試樣品

本研究中，分別對3種材質的前圍隔聲墊進行測試。3種隔聲墊的編號、對應材質及結構特點分別為

材質1：EVA+硬質PET結構，面密度較高；

材質2：EVA+雙組分棉材質，面密度適中，雙組分棉占比較大；

材質3：硬質PET+EVA+雙組分棉材質，面密度最小，雙組分棉占比較小；

表1 設備儀器明細

本文用到的測試樣品見圖1－圖3，具體的材質構成對比見表2。

圖1 材質1：8 kg/m2EVA+1.6 kg/m2PET（硬質）

圖2 材質2：5 kg/m2EVA+0.6 kg/m2雙組分棉

圖3 材質3：0.6 kg/m2PET（硬質）+2.5 kg/m2EVA+0.45 kg/m2雙組分棉

表2 各項目方案的材質構成/(kg?m-2)

2.3 測試結果

為保證測試結果的可對比性，測試過程中，除作為測試樣品的前圍隔聲墊依次更換外，測試環境、樣車封堵狀態、激勵位置、響應位置、參數設置等均不做改變。在此情況下，依次對樣品進行測試，獲取測試結果見表3，對比分析見圖4。

表3 測試結果 評價值/dB

圖4 測試結果對比分析

2.4 試驗分析

1）就隔聲性能而言

① 從全頻段測試結果看，材質1結果較差，材質2和材質3差異不大；從整體評價值（表3）看，材質1結果最差，材質2和材質3結果相當；因而認為，3款前圍隔音墊中，材質1隔聲性能最差，材質2和材質3水平相當，差異不大；

② 材質1在1 000 Hz以內及2 000 Hz以上表現均不理想，尤其是在500 Hz和3 000 Hz附近，材質1具有較差的隔聲性能水平；

③ 就材質2、材質3而言，在中低頻段(250 Hz～500 Hz)，材質2隔聲性能略好；中高頻段(630 Hz～2 000 Hz)，材質3隔聲性能略好；高頻段(2 000 Hz～4 000 Hz)，兩隔聲墊隔聲性能相當；

2）就材質而言

含有雙組分棉材質的測試樣品（材質2、材質3）隔聲性能較好，表明雙組分棉可有效提高測試樣品在測試頻段內（尤其是（250 Hz～2 000 Hz頻率范圍內）的隔聲性能，這與以往工作經驗相吻合；

3）樣車選材分析

以試驗分析結論為基礎，參考樣車實際情況，選取適合試驗樣車的前圍隔聲墊，分析如下：

① 從隔聲性能看，材質2、材質3測試結果較好，材質1測試結果較差，因而試驗樣車不宜選擇材質1測試的隔聲墊；

② 從安裝空間需求、產品輕量化需求和成本需求來看，材質2測試的隔聲墊面密度較高，整體質量過重，且成本較高（增加了一層雙組分棉），因而不宜選取材質2測試的隔聲墊；

③ 綜合考慮測試結果和車身結構、車身輕量化等因素，認為選取材質3采用的隔聲墊較為合適。

3 結語

前圍隔聲性能是影響車輛舒適性的一個重要指標，基于聲腔傳遞函數的前圍隔聲性能評價就是通過對聲腔傳遞函數的求取實現對不同前圍隔聲墊的隔聲性能評價，該方法降低了對試驗場地和試驗環境的要求，測試結果為實車裝配狀態下的測試結果，實現了對測試樣品的快速、精準分析。