楊洋，褚志剛，袁苗達(dá)，段妍

（1.重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛工程學(xué)院，重慶 401120；2.重慶大學(xué)機械工程學(xué)院，重慶 400044)

汽車前圍板是分隔發(fā)動機艙和車廂的重要部件，其隔聲性能的好壞在很大程度上決定了駕駛員、乘客受發(fā)動機等噪聲干擾的程度。采用合理有效的方法準(zhǔn)確測定其隔聲量及找出主要薄弱部位，是進一步分析、評價、改進其隔聲性能的前提，對改善汽車聲學(xué)性能具有重要意義。

目前，已有的隔聲量測定方法可分為阻抗管法和實驗室法兩類。阻抗管法[1，2]將被測試件按一定規(guī)格放入阻抗管內(nèi)，基于傳聲器測量的聲壓信號計算被測試件入射聲壓與透射聲壓的比值，由此獲得隔聲量，該方法僅對被測試件的小部分進行測量，無法有效考慮結(jié)構(gòu)特性等因素的影響，不能完全反映被測試件的真實隔聲性能。實驗室法是利用混響室、消聲室對整個被測試件隔聲量進行測量的方法，能考慮試件結(jié)構(gòu)特性的影響，主要包括混響室—混響室方法、混響室—消聲室方法?；祉懯摇祉懯曳椒╗3―5]將一個混響室作為發(fā)聲室，另一個混響室作為接收室，被測試件安置于兩混響室之間，基于傳聲器在兩混響室內(nèi)分別測得的平均聲壓信號計算隔聲量，該方法需要建造兩個混響室，造成了設(shè)施的重復(fù)冗余，相應(yīng)增加了成本。混響室—消聲室方法[6―9]將混響室作為發(fā)聲室，消聲室作為接收室，相比于混響室—混響室方法，該組合中的消聲室除具有隔聲量測量用途外，還可以用于噪聲源識別等其他聲學(xué)試驗，相應(yīng)降低了試驗設(shè)施的建造成本，因此，在工程中應(yīng)用較為廣泛?；祉懯摇暿曳椒ㄔ诨祉懯覂?nèi)利用傳聲器測量平均聲壓信號，在消聲室內(nèi)，可以利用傳聲器測量平均聲壓信號來計算隔聲量[6]，也可以利用雙傳聲器聲強探頭測量被測試件表面的平均聲強來計算隔聲量[7―9]，二者具有良好的一致性，但相比于聲壓測量，聲強測量除確定隔聲量外，基于測量聲強量的聲學(xué)成像還可以準(zhǔn)確識別被測試件表面的隔聲薄弱環(huán)節(jié)，具有更好的應(yīng)用價值。

本文在闡明混響室—消聲室聲強測量方法基本原理的基礎(chǔ)上，運用該方法測定某汽車前圍板的隔聲量，準(zhǔn)確識別出其隔聲薄弱環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上，對其進行結(jié)構(gòu)和聲學(xué)材料改進，顯著提高了其隔聲量。

1 測量原理

隔聲量是衡量被測試件聲學(xué)性能的重要指標(biāo)，定義為入射到被測試件的聲功率W1與透過試件的透射聲功率W2的比值取以10為底的對數(shù)再乘以10，單位為dB[3]，其表達(dá)式如式(1)所示

圖1為采用混響室—消聲室聲強測量方法確定被測試件隔聲量的布局簡圖，其中，混響室為發(fā)聲室，內(nèi)置聲源輻射的聲波入射到被測試件上產(chǎn)生的入射聲功率W1可表達(dá)為。

圖1 混響室—消聲室聲強測量方法確定被測試件隔聲量的布局簡圖

式中ρ c為空氣的特性阻抗，常溫常壓下為400 N?s m3，S為被測試件的表面積，p1為混響室內(nèi)多點聲壓的均方根值，由傳聲器在混響室內(nèi)多個位置多次重復(fù)測量的聲壓信號計算得出，設(shè)p1m為測得的第m個聲壓信號，M為測得的聲壓信號總數(shù)，則

消聲室為接收室，利用雙傳聲器聲強探頭掃描測量被測試件表面的聲強量，則透射聲功率W2可表達(dá)為

式中I2n為被測試件表面上各測點的聲強量，n為測點編號，Sn為各測點對應(yīng)的區(qū)域面積，I2為被測試件表面的平均聲強量。

把式(1)、(4)代入式(1)得

2 汽車前圍板隔聲量測定及改進

圖2為試驗布局示意圖，在圖2(a)所示的混響室中放置Brüel&Kj?r公司的4292型無指向性聲源，測量時，PULSE發(fā)出的白噪聲信號經(jīng)2716型功率放大器放大后驅(qū)動該無指向性聲源發(fā)聲，利用4187型傳聲器測量混響室不同位置不同時間的聲壓信號，本次試驗對4個不同位置進行測量，且每個位置重復(fù)測量3次，由測得的12個信號計算混響室的平均聲壓級；在圖2(b)所示的消聲室中，利用Brüel&Kj?r公司的3560 B型PULSE振動噪聲測量分析系統(tǒng)和3599型雙傳聲器聲強探頭掃描測量汽車前圍板表面的聲強量，并在PULSE 7752型聲學(xué)軟件中進行聲學(xué)成像和聲功率計算，這里，測量平面距離聲源平面0.3 m，測量網(wǎng)格平面尺寸1.6 m×0.6 m，網(wǎng)格間距為0.1m×0.1 m；汽車前圍板安裝在混響室和消聲室之間的金屬板上，為防止金屬板四周和前圍板安裝邊界的聲音泄露，用阻尼板材料對這些位置進行密封。

首先，為檢驗測試系統(tǒng)調(diào)試的正確性，保證后續(xù)隔聲量測量結(jié)果無誤，在前圍板上各零件尚未安裝的情況下進行檢驗測量，此時，對應(yīng)安裝空調(diào)進氣口、真空助力器、轉(zhuǎn)向柱、變速器拉桿等的孔洞仍存在，這些孔洞應(yīng)是主要的聲泄露位置。圖3為500～6 300 Hz時測量聲強量的聲學(xué)成像圖，顯然，5 dB(A)的顯示動態(tài)范圍內(nèi)，第一聲學(xué)中心出現(xiàn)在空調(diào)進氣口安裝孔位置，第二聲學(xué)中心出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向柱安裝孔和真空助力器安裝孔附近位置，第三聲學(xué)中心出現(xiàn)在變速器拉桿安裝孔位置，識別出的聲學(xué)中心與實際聲泄露位置吻合良好，表明系統(tǒng)調(diào)試正確，保證了后續(xù)隔聲量測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖2 試驗布局示意圖

圖3 前圍板上各零件尚未安裝時500～6 300 Hz頻段的聲學(xué)成像圖

在各零件已安裝的情況下再進行前圍板的隔聲量測量，圖4為其測量結(jié)果。圖4(a)為500～6 300 Hz時聲強量的聲學(xué)成像圖，在5 dB(A)的顯示動態(tài)范圍內(nèi)，空調(diào)進氣口偏上位置出現(xiàn)了明顯的聲學(xué)中心，表明該位置為主要聲泄露位置，檢測其原因，主要是由于空調(diào)進氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥與閥口貼合不緊密的緣故。圖4(b)為測得的隔聲量曲線，可見，隔聲量隨頻率的升高基本呈遞增趨勢，隔聲量較低，6 300 Hz時的最大隔聲量也僅約35 dB。

為提高該汽車前圍板的隔聲性能，對空調(diào)進氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥進行改進，在與閥口相貼合的閥體部位粘貼密封材料，圖5為其測量結(jié)果。圖5(a)為500～6 300 Hz時聲學(xué)成像圖，可見，整個聲源計算平面上的最大聲強級僅約64 dB(A)，低于圖4(a)中最大聲強級71 dB(A)約7 dB(A)，5 dB(A)的顯示動態(tài)范圍內(nèi)，前圍板上僅在左側(cè)邊界位置出現(xiàn)些許等值線，其主體區(qū)域已無明顯聲學(xué)中心。圖5(b)為改進前后的隔聲量曲線對比圖，其中，“〇”標(biāo)記實線是空調(diào)進氣口上方具有聲泄露時的隔聲量曲線，即圖4(b)中曲線，“□”標(biāo)記實線為對空調(diào)進氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥進行改進后的隔聲量曲線，對比可見，相比于前者，后者隔聲量在3 150 Hz以下頻段的各頻率處均至少提高了5 dB，在3 150 Hz以上頻段的各頻率處均提高了約4 dB。

圖4 前圍板上各零件已安裝時的測量結(jié)果

此外，汽車前圍板內(nèi)側(cè)的聲學(xué)材料也是影響其隔聲性能好壞的重要因素。上述試驗中，該汽車前圍板采用的是EVA+低熔點毛氈材料，將其更換為EVA+低熔點毛氈+雙組分材料進行相應(yīng)試驗。圖6為測得的隔聲量曲線，其中，“□”標(biāo)記的實線為采用EVA+低熔點毛氈材料時的隔聲量曲線，即圖5(b)中“□”標(biāo)記的實線，“×”標(biāo)記的虛線為采用EVA+低熔點毛氈+雙組分材料時的隔聲量曲線，對比可見，盡管2 500 Hz以上頻段二者的隔聲量幾乎相等，但2 500 Hz以下頻段，后者相比于前者有明顯提高，且由于汽車發(fā)動機噪聲、車內(nèi)噪聲一般集中于2 000 Hz以下頻段，所以，EVA+低熔點毛氈+雙組分材料比EVA+低熔點毛氈材料更有利于提高前圍板隔聲量、改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境。綜合分析空調(diào)進氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥和改進聲學(xué)材料后的隔聲量（如圖6中“×”標(biāo)記的虛線所示）與未作任何改進時的隔聲量（如圖4(b)所示）的差值，可見，采用改進措施后，在500～6 300 Hz頻段該汽車前圍板的隔聲量平均提高了約7 dB。

圖5 空調(diào)進氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥改進后的測量結(jié)果

圖6 采用不同聲學(xué)材料時的隔聲量曲線對比圖

3 結(jié)語

基于混響室—消聲室聲強測量方法對某汽車前圍板的隔聲量進行測定和改進，取得的主要結(jié)論如下：

(1)安裝完零件的汽車前圍板的測試結(jié)果表明：空調(diào)進氣口內(nèi)外循環(huán)轉(zhuǎn)換閥與閥口貼合不緊密而形成的聲泄露是主要的隔聲薄弱環(huán)節(jié)，此時，隔聲量較低，6 300 Hz時的最大隔聲量也僅約35 dB；

(2)在與閥口相貼合的閥體部位粘貼密封材料，相應(yīng)的測試結(jié)果表明：改進后的隔聲量在500～6 300 Hz頻段各頻率處至少提高了4 dB；用EVA+低熔點毛氈+雙組分聲學(xué)材料代替原有的EVA+低熔點毛氈材料時的測試結(jié)果表明：聲學(xué)材料的改進顯著提高了2 500 Hz以下頻段的隔聲量；

(3)經(jīng)過這些改進措施后，該汽車前圍板的隔聲量在500～6 300 Hz頻段平均提高了約7 dB，對改善車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境具有重要意義。

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