汽车车身噪声控制及振动降级

当车身结构设计完成后，将内饰件和吸声隔声材料安装在车身上，一方面使内饰看上去漂亮，另一方面降低噪声向车内的传递。习惯上，人们将车身上与声学处理相关的非金属材料、结构和技术统称为声学包装（Sound Package）。

衡量狭义声学包装效果的指标是噪声衰减量（Noise Reduction），用NR表示。它定义为车外声源处的声压级（SPL_out）与车内声压级（SPL_in）之差，用公式表达为

在车外放置一个声源模拟发声器，同时测量发声器附近和车内的声压，两者相减便得到NR。例如测量发动机声源对车内的噪声传递衰减时，就在发动机舱放置一个发动机噪声模拟发声器；测量进气口或者排气口声源对车内传递时，就在相应声源位置放置进、排声源发声器。

图1-24 车身噪声衰减量图

一般情况下，NR随着频率的增加而增加，而且以6dB/倍频程的斜率增加，如图1-24所示。噪声衰减量越大，就表明车身对噪声的隔离效果越好。声学包装做得好的汽车，在1000Hz时，NR应该达到35～40dB。

一般情况下，声学包装是指的“狭义”声学包装，其研究范围包括：车身的密封、吸声材料和吸声结构、隔声材料与隔声结构。“广义”的声学包装除了上述三个范围外，还包括阻尼材料和阻尼结构，以及补强材料和补强结构。阻尼材料的介绍放在板结构振动部分。

1.车身密封

无论车身做得再好，无论使用了多少隔声和吸声材料，只要车身上有孔和洞的存在，噪声就会直接穿过这些孔洞而传到车内来。图1-25表示没有孔洞的理想车身和有孔洞车身的隔声量对比。孔和洞使车身对噪声的衰减大幅下降。所以，声学包装最基础的工作就是做好车身的密封。

图1-25 没有孔洞的理想车身和有孔洞车身的隔声量对比

密封分为静态密封和动态密封。只考虑汽车在静止状态下，对车身进行的密封处理是静态密封。当汽车运动起来时，有些部件会发生相对运动（如车门和车身门框之间）。考虑汽车运动时相对运动部件之间的密封就是动态密封。静态密封好并不代表动态密封好。

车身上的孔和洞分为三类：功能性的孔、工艺性的孔、错误的孔和缝隙。功能性的孔是指为了达到某个功能性的目的，不得不在车身上开孔，比如前壁板有很多孔（图1-26），因为转向管柱、空调管、换档拉索、离合器拉索、线束等都会从前壁板穿过。工艺性的孔是指在制造过程中，必须开孔以便完成某道工序，制造完毕后，这些孔和缝就没有用了，比如地板上的一些孔就是在电泳工序后让电泳液流出而设计的。错误的孔和缝隙是指由于设计错误和制造误差而产生的孔和缝隙，它们既没有使用功能，工艺上也不需要。

图1-26 前壁板上的孔和洞

检查车身静态密封的常用方法有三种：气密性测量法、超声波检测法和烟雾测量法。气密性测量法就是用鼓风机向车身内吹气，使压力保持恒定，并测量泄气量。这种方法可以定量地给出泄气量的大小。当把某些部位用胶布密封起来（如将一个前车门的边框密封），就可以定量地给出这些部件的泄气贡献量。超声波检测法就是在车外发射超声波，在车内对应的位置测量。如果有孔洞，车内的测量仪就会发出响声并显示数据，响声大小和数据量代表了泄漏量的多少。烟雾测量法是将烟雾发生器放置在车内，发生器释放出烟雾，遇到孔和缝隙的地方，烟雾就会渗透到车外。人站在车外，通过观察流程烟雾来判断孔和缝隙的位置和大小。(www.xing528.com)

2.吸声材料

声波传递到材料表面时，一部分能量被反射回去，一部分能量被吸收并转化成热能，如图1-27所示。图中假设声波只有反射和吸收，没有透射。这种具有吸收声音能量的材料被称为吸声材料。吸声材料的好坏用吸声系数表示。图1-28是三种吸声材料的吸声系数随频率变化的曲线。在低频时，吸声系数比较低；在中高频，吸声系数高；到了某个频率，吸声系数基本维持稳定。材料的吸声系数可以在阻抗管里面测量，也可以在混响室里面测量。

图1-27 声波的反射与吸收

图1-28 材料的吸声系数

吸声材料柔软而多孔。影响吸声材料吸声性能的因素主要有流阻、孔隙率、结构因子、密度、厚度等。流阻高使材料中空气的穿透性能差，吸声效果差；反之，流阻低使摩擦力、黏滞力产生的能耗低，吸声效果差。因此，材料的流阻要控制在合适的范围内。孔隙率是指材料中的空气体积与材料总体积的比值，它反映了材料的密度。材料密度增加，吸声系数随之增加。但是密度增加到一定程度后，孔隙率降低，流阻增加，低频吸声性能提升，但是高频吸声效果降低。因此，每种材料都有一个合适的密度。结构因子是反映材料内部形状和排列的一个无量纲参数。结构因子对材料的低频吸声性能几乎没有影响，但对高频影响比较大。厚度增加，吸声系数增加，特别是在中低频段，但是厚度增加到一定的值之后，吸声系数的增加量就开始减少。

汽车上使用的多孔吸声材料主要有三类：棉毡类、泡沫类和玻璃纤维类。棉毡价格低廉，在中低档车上广泛使用。泡沫材料具备更好的吸声效果，在高档车上使用比较多。玻璃纤维材料具有良好的保温隔热和防潮效果，经常用来做发动机罩板和前壁板外侧的吸声隔热材料。

吸声材料在汽车内饰件上应用广泛，如发动机罩隔热垫、发动机舱隔热垫、前壁板隔声垫、顶棚等，同时在ABC立柱、门槛梁、门内饰板、轮毂包、仪表台板等地方也都安放吸声材料。

3.隔声材料及其结构

当声波传递到材料表面时，一部分被反射回去，一部分被材料吸收并转换成热能，还有一部分透过材料继续传递，如图1-29所示。这种材料能反射一部分声能，只让一部分能量透过，它就是隔声材料。隔声的效果用隔声量来衡量。隔声量的测试有两种方法：阻抗管测量和混响室-消声室测量。

图1-29 声波的反射、吸收和透射

隔声结构有单层板结构和双层板结构。单层板结构的隔声性能是由板的密度（或质量）、刚度和阻尼三个因素决定的。低频段，隔声效果由刚度控制。到了一定频率后，隔声量由质量大小控制，质量增加一倍，隔声量增加6dB。在这个区域内，隔声量随着频率增加而增加，频率增加一倍，隔声量增加6dB。到了高频段，进入了吻合效应区。在吻合频率附近，隔声量迅速下降，而且受阻尼影响。双层板隔声效果比单层板好，比如前风窗玻璃采用双层结构，隔声效果就比单层玻璃好。

车身钢板和玻璃就是隔声材料。单独使用的隔声材料比较少，通常是隔声材料和吸声材料组合使用，例如前壁板隔声垫就是吸声材料和隔声材料的组合结构。