NVH试验室的设计浅析

陈雪

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230091)

NVH试验室的设计浅析

陈雪

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230091)

根据国内汽车行业对NVH重视的提升及国民对整车乘坐舒适性要求的提高，NVH试验室的建设将对整车NVH性能提升起着至关重要的作用。介绍了消声室的主要技术指标和影响消声室技术指标的主要结构，阐述了NVH试验室建设的主要指标。建成后的NVH试验室将缩短产品开发周期、提高试验的精准度、提供安全测试环境、适应新产品的开发需求及提升试验验证能力。

消声室；NVH试验室；低频截止频率

0 引言

随着现代汽车工业的不断发展，人们对汽车的需求已经不仅限于汽车的动力性能、经济性能的提升，越来越关注汽车的振动、噪声以及舒适性和周围环境。2010年国家起草的《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》,对试验条件要求极为严格，并且噪声限值大大降低。整车及零部件的NVH性能成为重点研究的课题。

1 消声室简介

消声室是一个人工模拟声场的房间，在这个房间内，传播声波的介质均匀地向各个方向无限延伸，使声源辐射的声能够“自由”传播，即无障碍地反射，也无环境噪声的干扰。

1.1 消声室的分类

根据被测对象的测试内容及所要求的精度，消声室分为全消声室和半消声室。全消声室即室内各面均铺设吸声材料或吸声构件，半消声室即有一面为反射面，其余面均铺设吸声材料或吸声构件。全消声室内空间基本为自由声场，半消声室为一个反射面上方为自由声场的空间。

1.2 消声室主要技术指标

在消声室的建设过程中，首先要确定被测对象所要求的精度，即截止频率、自由场半径、本底噪声与通风噪声。

1.2.1 截止频率

消声室的截止频率，是指在消声室内，能够满足用户要求的自由场半径和偏差要求的最低频率。

被测试件的主要噪声频段作为确定低频截止频率的依据。

1.2.2 自由场半径

自由场半径的选择依据：(1)被测试件最大尺寸；(2)声功率测量，按GB/T6882中8.2测量表面的规定；(3)声压级的测量，按行业标准的规定；(4)取上述最大值。

1.2.3 本底噪声与通风噪声

(1)在测量表面上，所有传声器位置和测试频率范围内的每个频带，本底噪声至少比被测试件的最小声压级低20 dB(具体设计时可考虑3 dB的余量);

(2)在测量表面上，所有传声器位置和测试频率范围内的每个频带，通风噪声至少比测试件的最小声压级低10 dB(具体设计时可考虑3 dB的余量)。

1.2.4 自由声场精度要求

建设消声室最终的目的是要获得符合声学测试要求的自由声场空间，并且对自由声场空间进行了定义，即反射声能与直射声能的比值足够小，及允许误差范围足够小，而允许误差范围为消声室设计的输入之一。下式为误差范围的计算公式：

对于允许误差范围，ISO3745给出了明确的规定，即采用1/3倍频程频带噪声和纯音测试，按ISO3745-2003测量，精度达到ISO3745-2003对半消声室的反平方率偏差规定，如下：

50～630 Hz， 自由声场偏差小于±2.5 dB；

800～5 000 Hz，自由声场偏差小于±2.0 dB；

6 300 Hz以上， 自由声场偏差小于±3.0 dB。

1.3 消声室吸声结构的类型

铺在消声室内各面的吸声层的吸声性能，对于室内自由声场范围的大小具有决定性的作用，也是决定消声室质量的最重要的部分。目前吸声结构主要有板式吸声材料及尖劈吸声材料。

1.3.1 尖劈

尖劈的声学经典理论：

L+D=λ/4

式中：L为尖劈长度，D为后空腔长度，λ为低频截止频率的波长。

尖劈的优点：

(1)在100 Hz以下的低频和4 kHz以上的高频吸声特性优于平板吸声体；

(2)纯音测量满足GB/T 6882自由场偏差要求。

适用于：声学基础研究、电声测试等各种用途的消声室。

以金属穿孔板作为尖劈护面材料的金属尖劈的优点：

(1)使用寿命长，20年以上；

(2)表面可清洁；

(3)表面喷漆，美观。

金属尖劈吸声结构组成见图1。

传统尖劈和金属尖劈实景图片分别见图2、图3。

图2 传统尖劈 图3 金属尖劈

1.3.2 平板吸声体

(1)普通平板

吸声原理：板共振吸声，吸声材料内有一块或多块共振板，每块共振板的边界是固定的，是一个质量-弹簧共振体系。

低频吸声板通常厚度为100 mm，主要适用于100 Hz以下的低频吸声。

平板吸声体的优点：

①吸声结构占用室内空间小；

②更容易清洁。

适用于：场地小、有油污的工业产品测试消声室。

缺点：共振频率单一，共振峰较窄，致使在低频段吸声特性不均匀。其典型的吸声特性曲线见图4。

(2)平面薄型宽频带复合吸声体(BCA)

宽频带的复合板共振吸声器，除了质量-弹簧共振之外，同时也可以激发大量弯曲振动。BCA吸声构造每个构件的大小约为1 m×1.5 m,总厚度为35 cm，改变其中不同的振动板的厚度，可以在40～100 Hz内调节它的最低有效吸收频率。因此，吸声结构的厚度不因截止频率的降低而增厚，始终保持为35 cm的薄型结构(如图5所示)。BCA吸声构造组件表面为厚度约1.5 mm、穿孔率约40%的透声穿孔成型钢板，内部是厚约350 mm的3层Caruso棉。因此，吸声构造的表面能保证透声，并能防护机械碰撞，且能用清洁布擦净，油污后仍然能简易地恢复清洁。

BCA产品的优点：

①材料环保、无人体过敏反应；

②适用于更低频要求消声室。

2 影响消声室技术指标的主要结构

2.1 房体的结构形式

(1)内外套房结构——房中房结构

外套房一般为砖混重质结构，轻质套房采用轻质砖墙，重质套房采用粘土砖墙或混凝土墙。

一般用于要求本底噪声小于30 dB(A)或环境振动和噪声严重的情况。

(2)普通单层结构——砖混结构

一般用于要求本底噪声大于30 dB(A)或环境振动和噪声不严重的情况。

2.2 隔振器的类型

橡胶隔振器。适合于金属隔声板浮筑地面。

玻璃纤维隔振器。适合于混凝土现浇浮筑楼板，见图6。

弹簧隔振器。适合于环境地面振动声较大的场合，见图7。

2.3 消声室隔声门、吸声门的隔声量

在消声室的建设过程中，门、窗、风道、减振机构的空气声隔声量均需满足相应的隔声量需求。其中，门和隔振系统，由于距测试传声器较近，是最薄弱的环节，在设计过程中应严格把控隔声量指标，确保整个消声室系统隔声量满足要求。

门的隔声量也必须达到土建结构本身的隔声量要求，否则如门外有噪声源，而门内3～4 m内有传声器，将会严重影响测试结果，导致试验室无法使用，耗费巨资建设的房中房结构发挥不出应有的作用。

不考虑表面的吸声材料(按常规，作为隔声设计安全余量)，其计算见下式：

R=R1+R2+R3+R4

式中：R为总隔声量，R1为单道门隔声量,R2为隔声量相当的双道门增加的隔声量6 dB，R3为第二道门为轻质钢架结构2 dB，R4为声闸10 dB。

2.4 隔振器

隔振器主要分为橡胶隔振器、玻璃纤维隔振器及弹簧隔振器3种。其中橡胶隔振器适合于金属隔声板浮筑地面；玻璃纤维隔振器适合于混凝土现浇浮筑楼板；弹簧隔振器适合于环境地面振动噪声较大的场合，分国产弹簧隔振器和进口弹簧隔振器。

2.5 消声室房间尺寸的确定

消声室的体积主要取决于被测物的大小和测试距离，此外。消声室的声学经典理论：

D≥λ/4+2r

式中：D为房间刚性界面尺寸，λ为低频截止频率的波长，r为自由场半径。

上述公式适用于包括尖劈型和平板型所有类型的消声室。

3 NVH试验室建设主要指标

参考同行业当前NVH试验室的建设情况，结合试验能力需求，建立整车通过噪声试验室、小整车半消试验室、音质评价室、混响室和全消室、零部件试验室及模态试验室。

设计时需考虑主机厂自己独特的地方及汽车产品范围。

此试验室主要设计原则为：

(1)试验范围。此试验室的设计初衷为跨越轿车及轻卡车型的试验室，对试验室内转毂要求轴载荷5×104N。

(2)截止频率。由于柴油车有着更低的频率特性，需要有足够大的低频率自由场空间来满足其试验的需要，故截止频率要求达到40 Hz。

(3)自由场半径。40 Hz时，自由场半径不小于7 m; 31.5 Hz时，自由场半径不小于5 m，用于排气噪声测量。

(4)消声室本底噪声。

试验间周围噪音小于80 dB(A) (此值供参考，具体以现场预估的噪声值为准)；

室内所有设备关闭时消声室本底噪声不大于20 dB(A)；

空调出风口全风量时消声室本底噪声不大于25 dB(A)。

(5)门的隔声量。为了满足测试要求，消声室内的本底噪声要求约为20 dB(A),而此时的外部噪声约为80 dB(A),房中房本身的土建结构，如采用250混凝土+240砖墙的方案，则土建结构本身的隔声量可以达到60 dB。此时，就要求门的隔声量也必须达到此隔声量。

4 结论

对消声室的结构及设计指标进行详细介绍，同时对新建NVH试验基地设计要领做出了简单的分析。针对消声室的设计提供建议如下：

(1)低频截止频率的依据为被测试件的主要噪声频段；

(2)自由场范围需将被测试件覆盖在内，保证被测件测试的准确性。

【1】 孙广荣.消声室声学设计中的几点注意[J].电声技术,2009,33(7):4-5.

【2】孙广荣,胡春年,吴启学.消声室和混响室声学设计原理[M].北京:科学出版社,1981：46-54.

BriefAnalysisaboutDesignofNVHLaboratory

CHEN Xue

(Anhui Jianghuai Automobile Co.， Ltd., Hefei Anhui 230091, China)

According to the domestic auto industry increasing attention on NVH and high requirements on vehicle riding comfort, the construction of NVH Lab plays an extremely key role in vehicle NVH performance improving. The main technology indexes of anechoic chamber and the main structure influencing its technical indicators were expounded, as well as the main indicators of construction of NVH Lab. NVH Lab after building will shorten the product development cycle, improve the test precision and provide safety testing environment, meet the development demand of new products and improve the capability of verification test.

Anechoic chamber; NVH laboratory; Low cut-off frequency

2015-01-07

陈雪(1987—)，女，本科，助理工程师，主要从事整车装配工艺研究。E-mail：jac_chenxue@163.com。