轿车顶衬混响室法吸声测试研究

施 杰，王秀峰

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海，201201）

随着车外加速通过噪声限值的日趋严格及顾客对车内声振舒适性要求的不断提高，噪声、振动与舒适性（Noise、Vibration、Harshness，NVH）已成为顾客购买汽车时选择品牌进而品牌忠诚的一个重要因素。汽车的内饰件除具有美观、装饰等功能外，这些零部件还通过系统或者部件的单独和相互作用，来阻断外界声音传递或通过吸声作用把声能转化为热能，起到降低车内噪声、提高整车语言清晰度的显著效果。其中，座椅、车顶衬、地毯、发动机盖声学垫、发动机舱侧声学垫、行李厢饰板等内饰件都是重要的吸声功能件。

吸声系数和吸声量是衡量零件吸声能力的主要指标。吸声测试可分为垂直入射法和随机入射法。垂直入射吸声测试通常有阻抗管法或驻波管法，该方法具有所需测试样件尺寸小、测试精度高、重复性好等优点，多用于材料性能测试；随机入射吸声测试通常有混响室法或ALPHA小屋法（CABIN）[1-3]，由于随机入射与汽车的实际工况更接近，且可以考察整个零件甚至系统的性能，成为汽车工业界更常用的给出吸声指标要求的方法。

文献[4]对平板类材料的混响室法吸声测试给出了详尽的规定，对于具有形状不规则、厚度不均匀、附有的吸声材料和背后空气层分布不规则的完全成形零部件的吸声测试未给出确切的说明。而对于座椅、车顶衬等完全成形件，只通过基材的试验测试，又不足以考核和判断相应的零部件是否已经满足给出的吸声指标。本文对车顶衬零件的混响室吸声测试方法进行了试验研究，设计并制作出模拟车顶钣金及其附件的具有良好的声反射性能的测试支架，并给出了声学测试支架验收的吸声系数建议值，实现了对完全成形顶衬的吸声测试，并基于测试数据完成了对顶衬的声学性能改进。

1 随机入射吸声测试

随机入射吸声测试通常在混响室内进行，混响室的容积至少为150 m3[4]，推荐200 m3或以上。空房间没有测试件时本身的吸声量要小，需满足文献[4]的限值要求。

测试件的混响室法吸声系数是由各频带在房间中有测试样件时所测得的混响时间T60sample和空房间的混响时间T60empty计算得到：

式中，V是混响室的容积，m3；A是测试样件的表面积，m2。

2 顶衬随机入射吸声测试

2.1 车顶衬声学测试支架的设计及制作

为检验完全成形的车顶衬零件的吸声性能，需设计特别的声学测试支架，测试支架本身需具有良好的声反射性能，车顶衬与测试支架表面的距离应与实际装车情况下的顶衬背后空气层厚度分布一致，还需要为顶衬四周设计侧面封闭结构。图1所示为某车型顶衬的背后空气层厚度分布，图2为设计的几个车型顶衬声学测试支架的吸声性能测试结果，其平均吸声系数不超过0.1。

2.2 车顶衬吸声测试

吸声试验在泛亚汽车技术中心的混响室中进行，一个吸声测试通常需要4个顶衬样件（6～9.5 m2），相应地需要准备4个声学测试支架。

试验应先对空房间进行测试，以确保设备和试验设置都正常，然后再将声学测试支架放入混响室，以检验声学测试支架的设计制作是否符合要求，通常0.1的平均吸声系数[5]可作为参考。如果声学测试支架符合要求，则放入声学测试支架的空房间的混响时间应视为式（1）中的T60empty，并最终用于顶衬吸声系数计算。声学测试支架尽可能放在房间的中间部分，并使任意两个声学测试支架不相互接触。最后将顶衬测试样件安放在声学测试支架上，应对顶衬和声学测试支架的边缘进行密封，顶衬上开孔需用可以隔声且具有良好反射性能的材料进行密封，以使声音只从正面进入顶衬。如果在车顶衬和车身钣金之间存在吸音材料，则在测试的样件中保留该材料。

在测试过程中温度和相对湿度的改变会对混响时间的测试产生显著影响，特别是高频段的结果，建议试验前后房间相对湿度和温度的改变量控制在2%和2℃之内。

2.3 车顶衬吸声测试结果分析

表1 列出了某车型为改进顶衬吸声性能，进行了一系列开发工作，顶衬基材[6]、粘接胶、无纺布等因素被列为影响顶衬吸声性能的主要因素。图3列出了顶衬样件混响室吸声测试结果。样件1是初始状态，吸声性能不尽理想。经对国产PU的发泡配方改进，1 000～6 300 Hz频段的吸声性能有约计30%的提升。为进一步改善400～2 000 Hz频段的性能，通过引进采购原装进口PU复合板材和原装PU发泡液进行PU复合基材性能改进，并对性能有一定影响的粘接胶和无纺布一并进行改进。结果表明，PU复合板材是对吸声性能影响最显著的因素，样件5是吸声性能最好的方案，其性能在500～1 250 Hz几乎有1倍的改进，样件3和4，也是跟样件5性能相当的方案，综合生产便利性和成本等因素，样件3的材料方案构成被选用。

表1 顶衬材料方案构成描述

3 结论

车顶衬系统是车内最主要的吸声内饰功能件之一，面积大，并且紧邻乘客头部空间，能有效降低车内噪声，提高整车的语言清晰度，更对阻断风噪声从车顶区域进入车内发挥着独一无二的作用[7-10]。本文对车顶衬零件的混响室吸声测试方法进行了试验研究，设计并制作出模拟车顶钣金及其附件的具有良好声反射性能的测试支架，并给出了声学测试支架验收吸声系数建议值，实现了对完全成形顶衬的吸声测试，并基于测试数据完成了对顶衬的声学性能改进。完全成形车顶衬系统的混响室吸声测试的规范化和准确化执行，使整车厂和顶衬供应商在车辆的早期开发阶段通过协作对顶衬进行子系统级声学优化成为可能，进而为整车NVH目标精确化制定、分解和最终达成提供了可靠的技术支持。

References)

[1]庞剑， 谌刚，何华. 汽车噪声与振动——理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

Pang Jian，Chen Gang，He Hua. Automotive Noise and Vibration：Principle and Application [M]. Beijing：Beijing Institute of Technology Press，2006. (in Chinese)

[2]VEEN J R，SAHA P. Feasibility of a Standardized Test Procedure for Random Incidence Sound Absorption Tests Using a Small Size Reverberation Room [C]. SAE Paper 2003-01-1572.

[3]Pan Jian，SAHA P，VEEN J R. Random Incidence Sound Absorption Measurement of Automotive Seats in Small Size Reverberation Rooms [C]. SAE Paper 2007-01-2194.

[4]GB/T 21228.1—2007 声学表面声散射特性第1部分：混响室中无规入射声散射系数测试[S].北京：全国声学标准化技术委员会，2007.

GB/T 21228.1—2007 Acoustics Surface Acoustic Scattering Characteristics Part 1：Random Incident Sound Absorption Coefficient Test in Reverberation Room [S]. Beijing：National Acoustics Technical Committee of Standardization，2007. (in Chinese)

[5]BE 1641—13. B&K Technical Documentation：Impedance/Transmission Loss Measurement Tubes Type 4206 [M].Denmark：Brüel&Kjær Sound & Vibration Measurement A/S，2004：34.

[6]MARSHALL M K，SALISBURY W C，SOUDERS S.Comparison of New Headliner Materials [C]. SAE Paper 980945.

[7]GEBRESELASSIE G M. Utilization of Isocyanate-Based Binders in Recycling of Automotive Composite Headliners[C]. SAE Paper 980949.

[8]DAVIES B A. Current and Past Technologies for Headliners Including Acoustics，Recycling and Safety [J]. SAE Paper 980951.

[9]张志军．汽车内饰设计概论[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

Zhang Zhijun. Fundamentals of Automotive Interior Design[M]. Beijing：China Communications Press，2008. (in Chinese)

[10]TIJS E，de BREE H E，CARNEIRO E B. In Situ PU Surface Impedance Measurements for Quality Control at the End of an Assembly Line [C]. SAE Paper 2009-01-2142.