作者：謝曉龍¹，葉早萍²

1.申達(dá)（上海）科技有限公司，上海201814

2.上海市紡織科學(xué)研究院有限公司，上海200082

儀器MATC混響箱、SIGMA流阻測(cè)試儀（加拿大Mecanum公司），NOVA NANOSEM230場(chǎng)發(fā)聲掃描電子顯微鏡（美國(guó)FEI公司），B&K隔聲套組測(cè)試系統(tǒng)，NVH數(shù)采系統(tǒng)8 通道便攜式設(shè)備（德國(guó)Head Acoustics 公司），某后驅(qū)電動(dòng)汽車(chē)（市售）

氣流成網(wǎng)纖維軟氈的主要成分包括：開(kāi)松后的牛仔棉纖維，占比60%~70%，為循環(huán)再利用材料；低熔點(diǎn)雙組分PET纖維，占比20%~30%；其余為PET短切纖維。三種纖維經(jīng)混棉、粗開(kāi)松、精開(kāi)松、氣流成網(wǎng)、烘箱加熱定形、裁切，制備成纖維軟氈片材。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，片材的面密度為1 000~2 000 g/m2，厚度為25~35 mm。

ABA型輕量化地毯隔音墊中的Barrier隔音層為較低面密度的PE膜。Barrier隔音層位于地毯毯面背面時(shí)，通常采用PE淋膜工藝制備；當(dāng)位于硬氈與軟氈之間時(shí)，采用擠出工藝制備。

耗散型輕量化地毯隔音墊的結(jié)構(gòu)主體由地毯毯面、硬氈、打孔PE膜和軟氈組成。

打孔PE膜是通過(guò)擠出工藝制備PE膜，再利用輥針在PE膜上打出連續(xù)微孔，面密度為100 g/m2。

整車(chē)路試所需的測(cè)試樣件采用地毯成型模具進(jìn)行模壓復(fù)合。原材料片材經(jīng)過(guò)疊層、加熱、模壓后制成與地板鈑金一致的型面，再經(jīng)水刀切割開(kāi)孔、裝配附件，加工成完整的地毯隔音墊。

從縮短制樣時(shí)間、節(jié)省研發(fā)成本的角度出發(fā)，汽車(chē)行業(yè)通常采用小型混響箱進(jìn)行吸聲系數(shù)的測(cè)量。本研究采用加拿大Mecanum公司的MATC混響箱，內(nèi)部體積為6 m3,有效測(cè)試頻率范圍為250~10 000 Hz，測(cè)試材料面積為1.0~1.2 m2。被測(cè)樣品用平整的鋁條進(jìn)行邊緣密封，減少材料邊緣對(duì)吸聲的影響^[6]。吸聲系數(shù)α 的計(jì)算公式為：

式中：V 為混響箱的內(nèi)部體積，A 為測(cè)試樣品的表面積，t _60,樣品為放入被測(cè)樣品后混響箱內(nèi)聲壓級(jí)從初始狀態(tài)衰減60 dB所需的時(shí)間，t_{60,空?qǐng)?/sub>}為混響箱空?qǐng)鰻顟B(tài)時(shí)聲壓級(jí)從初始狀態(tài)衰減60 dB所需的時(shí)間。

STL 的測(cè)試遵循GB/T 31004.1—2014，在消聲室、混響室組成的隔聲套裝中進(jìn)行（圖3），采用的測(cè)試軟硬件為B&K隔聲套組測(cè)試系統(tǒng)?；祉懯易鳛槁曉词?，由房間四個(gè)角落的無(wú)指向聲源發(fā)出寬頻噪聲產(chǎn)生均勻的擴(kuò)散聲場(chǎng)；室內(nèi)按照測(cè)試規(guī)范布置5個(gè)麥克風(fēng)，記錄噪聲的平均聲壓級(jí)SPL。消聲室墻面、屋面、地面的吸聲尖劈可吸收99.9%以上的聲波，從而形成自由場(chǎng)。消聲室內(nèi)的試驗(yàn)人員使用聲強(qiáng)探頭在隔聲窗上對(duì)隔聲材料表面進(jìn)行掃描，測(cè)得從混響室通過(guò)聲學(xué)材料透射過(guò)來(lái)的聲強(qiáng)L。聲傳遞損失STL根據(jù)公式（2）進(jìn)行計(jì)算[7]:

STL=SPL-L-6 （2）

采用NOVA NANOSEM230場(chǎng)發(fā)聲掃描電子顯微鏡觀察纖維材料的物理形貌。

流阻率是決定多孔材料聲學(xué)性能的一個(gè)重要參數(shù)。流阻是當(dāng)氣流流過(guò)材料時(shí)，材料兩側(cè)的壓力差與通過(guò)材料的氣流線速度的比值。流阻率σ（單位為Pa·s/m2）[8]是流阻與材料厚度的比值。按照ISO 9053—2018標(biāo)準(zhǔn)，用圓形刀模裁出直徑100 mm的測(cè)試樣件，采用SIGMA流阻測(cè)試儀測(cè)試流阻。

實(shí)車(chē)路試測(cè)試參考GB/T 18697—2002《汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量方法》，在試車(chē)場(chǎng)路面上，測(cè)試安裝不同地毯隔音墊的車(chē)內(nèi)噪聲，驗(yàn)證聲學(xué)方案的有效性。在駕駛員頭部、后排右側(cè)乘客頭部位置布置麥克風(fēng)傳感器，NVH數(shù)采系統(tǒng)采用Head Acoustics8通道便攜式設(shè)備。

圖4（c）為硬氈中添加2.22 dtex扁平纖維，相同纖度的異形纖維中，扁平纖維有更高的截面異性度和等效比表面積[9]，因此材料內(nèi)部有了更多的纖維界面和空隙，聲波入射到材料內(nèi)部后，形成的粘滯性摩擦增加，聲能耗散、轉(zhuǎn)化成熱能增多，提高了材料的吸聲性能。

由于電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于控制電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出的高頻噪聲的要求更高，在隔聲性能接近的情況下，方案2 的ABA型輕量化地毯隔音墊的吸聲性能更好，因此優(yōu)選方案2作為電動(dòng)汽車(chē)行李箱地毯隔音墊的設(shè)計(jì)。

圖8為兩種方案耗散型輕量化地毯隔音墊的吸聲、隔聲性能比較。方案3的耗散型輕量化地毯隔音墊，隔聲性能（插入損失SIL）在整個(gè)頻率段上都高于方案4的耗散型輕量化地毯隔音墊，但是由于PE打孔膜微孔沒(méi)有充分打開(kāi)，入射聲波引起PE膜的共振，導(dǎo)致插入損失在1 250~2 500 Hz頻率段出現(xiàn)明顯下降；同樣的原因，由于過(guò)高的流阻導(dǎo)致方案3的耗散型輕量化地毯隔音墊的低頻吸聲性能下降。方案4的耗散型輕量化地毯隔音墊PE 膜的微孔充分打開(kāi)，流阻較為合理，在400~10 000 Hz頻率段呈現(xiàn)高吸聲的特點(diǎn)。由于電動(dòng)汽車(chē)乘員艙地板區(qū)域?qū)Ω袈曅阅芤蟛桓?，綜合兩個(gè)方案的耗散型輕量化地毯隔音墊的吸聲、隔聲特性，優(yōu)選方案4的耗散型輕量化地毯隔音墊作為電動(dòng)汽車(chē)乘員艙地毯隔音墊的設(shè)計(jì)。

圖9為安裝在某電動(dòng)汽車(chē)上的耗散型地毯隔音墊，總重為7.8 kg。與傳統(tǒng)重質(zhì)層型地毯隔音墊方案（EVA重質(zhì)層為3 kg/m2，聚氨酯發(fā)泡密度為60 kg/m3，總質(zhì)量為12.3 kg）相比，耗散型地毯方案減重36.6%。

從圖10可以看出，在高頻噪聲部分（>1 000 Hz），安裝耗散型輕量化地毯隔音墊的車(chē)內(nèi)噪聲低于重質(zhì)層型方案，原因是前者對(duì)中高頻吸聲性能大大優(yōu)于后者，從而使前排和后排人耳處的語(yǔ)音清晰度提高了1.8%；在25~100 Hz的低頻部分，安裝耗散型輕量化地毯隔音墊的車(chē)內(nèi)噪聲略高于重質(zhì)層型地毯隔音墊，原因是輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的激振力傳遞到車(chē)身，引起振動(dòng)地板鈑金的振動(dòng)，重質(zhì)層材料和聚氨酯發(fā)泡材料對(duì)低頻振動(dòng)有更好的止振作用。

圖11（a）為未安裝ABA型輕量化地毯隔音墊時(shí)布置在后排乘員頭部位置麥克風(fēng)的頻譜圖。其中可以識(shí)別出非常明顯的階次噪聲，其中24階噪聲為減速器主階次噪聲，48 階噪聲為電機(jī)的主階次電磁噪聲，以8 000 Hz為中心的傘狀階次噪聲為逆變器開(kāi)關(guān)頻率噪聲。在未安裝ABA型輕量化地毯隔音墊時(shí)，這些階次噪聲很容易被人耳感知到。

圖11（b）為安裝了ABA型輕量化地毯隔音墊后，在相同工況下的麥克風(fēng)頻譜圖。其中可以明顯看出，48階電磁噪聲和8 000 Hz為中心的逆變器開(kāi)關(guān)頻率噪聲基本消失，24階的減速器階次噪聲也得到明顯改善。