汽车车身噪声控制：双层隔声效果与隔声量曲线

理想单层板隔声遵循质量定律，板的厚度增加1倍，理论上的隔声量增加6dB。图4-39a给出一块板的隔声量为10dB。增加一块同样厚度的板并与原板紧密地贴合在一起，如图4-39b所示，组合板的隔声量应该为16dB。将图4-39b中的两个板分开，如图4-40所示。第一块板的隔声量为10dB，第二块板的隔声量也是10dB，在理想状况下，这两块分离的板的整体隔声量将达到20dB。但是实际上是达不到20dB隔声量的，本节后续将解释该原因。

图4-39 单块板与组合板

图4-40 分开的两块板

尽管两块分离板的隔声量达不到20dB，但是肯定比组合板的16dB高。两块板分离开，中间有空气隔离，这样的组合形式为双层板隔声结构，如图4-41所示。

图4-41可以划分成三个区域。在第Ⅰ区域，声波透射到A板上时，一部分声波被反射，形成反射波，另一部分穿过板，形成了透射波。透射波在第Ⅱ区域内继续传播，遇到B板时，一部分声波被反射，形成了反射波2，另一部分穿过B板，进入第Ⅲ区域，形成了透射波2。在第Ⅱ区域内，声波会反复地在A板和B板之间传播，不断形成反射波和透射波。

声波从第Ⅰ区域传递到第Ⅲ区域，经过了两块板的反射和透射，能量得到了很大衰减。A板和B板之间不是直接连接，中间是空气，而空气具有一定的弹性。A板的振动首先传递给空气，空气将振动衰减，然后再传递给B板。因此，双层板能取得良好的隔声性能。

具备弹性特征的空气可以看成是一根弹簧，因此双层隔声系统可以看成是一个“质量-弹簧-质量”系统，其固有频率（f₀）为

图4-41 双层板隔声结构

式中，M₁、M₂分别是两个板的面密度（kg/m²）；d是两个板之间的空气层厚度（m）。

图4-42表示双层隔声系统的隔声量曲线。以固有频率f₀为界面，这个曲线可以分成三个区域：低频区、共振区和高频隔声区。(www.xing528.com)

①低频区。当声波频率低于系统的固有频率f₀时，两块板之间几乎没有相对运动，它们做同向运动，可以将它们视为一块板，其隔声量符合质量定律，为

②共振区。当声波频率与系统的固有频率f₀一致时，双层板系统发生共振，声波很容易穿过双层板。此时的隔声量降低并形成一个低谷，双层板的隔声量甚至比单层板还低。当两块板的面密度相同时，即M₁=M₂，则只有一个共振频率，隔声量降低的谷底比较深。当两块板的面密度不同时，即M₁≠M₂，则有两个共振频率，隔声量降低的谷底比较浅。固有频率f₀越低，整个频率段的隔声效果越好，因此要尽可能降低系统的固有频率。

图4-42 双层隔声系统的隔声量曲线

③双层隔声区。当声波的频率高于共振频率时，隔声量从低谷往上增加，增加到一定的频率时，隔声量就超过了两块板贴合在一起的组合板隔声量。当频率进一步增加时，两个板之间的空气存在驻波效应，这会使隔声量降低，从而使隔声量上升曲线趋向平缓。

对于垂直入射的声波，驻波频率为

式中，n为驻波的阶次（n=1、2、3……）。

当声波频率高于 但低于驻波频率和单层板的吻合频率时，隔声量以18dB/倍频程的斜率增加，如图4-42所示，传声损失为：

车身上的双层板结构很多。车身很多部位是由金属板、吸声层和隔声层组成的，如前壁板。金属板和隔声层可以看成是一个双层隔声系统，而中间的吸声层可以看成是一个弹簧。当吸声层非常柔软时，它的刚度低于空气刚度，系统的固有频率低于式（4-36）的计算值。当吸声层具备一定刚度时，它的刚度高于空气，系统的固有频率高于式（4-36）的计算值。以前壁板为例来说明它的固有频率，钢板厚度为在1mm左右，隔声层采用EVA材料，厚度为1.5～2.5mm，中间是10～20mm的吸声层。前壁板结构的固有频率一般低于200Hz，而第一阶驻波频率高于8000Hz。在中频段，可以按照式（4-39）来估算前壁板的隔声量。