整车NVH半消声室设计浅析

黄灵河　黄月芹　秦军旭　何森东　韦习文

摘 要：结合声学理论和实际情况，介绍整车半消声室土建设计方法和工艺，以及试验室底盘测功机选型及声学指标要求，也阐述了NVH试验室建设的隔振工艺及指标。建成后的整车NVH半消声室将缩短产品开发周期、适应新产品的开发需求及提升试验验证能力。

关键词：消声室;NVH试验室;隔振;底盘测功机

1 引言

在我国汽车工业迅猛发展的同时，客户对汽车各方面的要求也日益提高。消费者除了对汽车的安全性重视外，乘坐舒适性也正在成为消费者日益关注的问题。NVH是指Noise（噪声）、Vibration（振动）和Harshness（声振粗糙度）。为了满足消费者的需求，如今各大汽车主机厂，包括零部件供应商，都更加重视NVH的投入与研发。在汽车NVH正向开发过程中，还要考虑研发周期性和保密性，建设整车NVH消声室就显得非常重要。而且NVH测试在室外测试容易受环境、场地、天气等外界因素的影响，例如胎噪、风噪等受外界环境因素非常大，造成测量精度低、数据一致性差等问题。

2 消声室

2.1 整车消声室

消声室是指房间各边界有效吸收入射声，房间内部形成自由声场，并且房间要隔绝外界噪声干扰，如图1。消声室又分为全消声室和半消声室。全消声室是指房间每个面全铺设吸声材料，半消声室是指不是所有面铺设吸声材料的。汽车在实际中是在水泥或者沥青路面上行驶的，由于汽车行驶过程中轮胎与地面相互作用产生的结构噪声通过轮胎-悬挂传到车内产生噪声，要准确研究汽车的这一声学特性，需要汽车置于一个不受外界干扰的环境中。为了更精确模拟汽车在实际行駛过程对声学的研究，汽车整车NVH试验适合采用半消声室。为了尽可能减少外界对试验的影响，整车NVH半消声室设计为内外房双层结构，如图2。

整车NVH半消声室主要进行整车噪声、振动等相关的声学指标的测量和调试。根据半消声室的声学指标要求，尽量减少外界对被测对象的干涉，内房及测试设备需要隔振降噪处理。

2.2 消声室设计基本要求

首先，整车NVH半消声室是有声学法规要求的，这就需要在前期设计阶段考虑好。在ISO3745、GB6882中提到，理想的噪声测量环境是除了地面是反射面外，没有其他反射面的半自由声场。整车NVH半消声室主要用于研究汽车加减速度、巡航、怠速工况及通过噪声的研究。这就对整车消声室内的自由场有声学尺寸要求。在ISO3745中消声室体积算法，公式（1）所示：

V≥100Va（1）

式中：

V为消声室体积;

Va为被测试对象的体积。

在通过噪声试验中，被测物件要完全处于自由场内。除了对尺寸要求外，消声室应该还有试验车运行所需的底盘测功机、点冷系统、空调系统、吸隔声门、尾气排放、照明、有害气体检测系统和监控系统等，除了配备这些设备外，消声室应该还具有足够低的背景噪声[1]。

3 整车半消声室设计及技术参数

3.1 试验室土建施工

在整车NVH消声室施工过程中，由于其声学特性的要求和土建联系紧密，土建部分除了要达到土建施工要求外，还需要满足消声室声学工艺要求，这样对施工的每个环节都要清楚并且跟进，避免返工和影响消声室的声学性能。

土建施工要求：

（1）整车NVH半消声室建筑结构采用内外房的形式，外房要求是剪力墙结构形式，浇注外房剪力墙体时需要浇注密实，避免产生空鼓，内房要求是实心墙砖形式，内外房墙面需要用水泥抹灰，抹灰也要避免空鼓，保证墙的隔声性能。

（2）为了尽可能减少外界条件对内房的干扰，内外房连接需做隔振处理，内外房隔振处理方式有多种，用特殊棉隔振和弹簧隔振的方案较多，本案用弹簧隔振方案，如图3所示。施工过程中确保内外房无硬性连接，浇注内房底板钢梁前，检查钢梁焊接部位是否还有缝隙，避免在浇注混凝土时导致内外房形成硬连接。

（3）铺设内房隔振路轨表面必须保证平面水平度，这样才能确保路轨受力均匀，隔振性能才能达到目标要求。

（4）消声室舱顶隔声层要做隔振处理，隔声墙与舱顶工艺，如图4。

除了上述施工工艺外，还要综合考虑设备布局对消声室声学特性的影响。

3.2 消声室吸声要求

通常消声室常用吸声材料有两种，尖劈和平板吸声材料。尖劈是采用玻璃纤维填充的吸声结构，如图5～6。其主要利用外形构成阻抗渐变结构，当声波从尖劈尖端入射时，由于逐渐过渡的原因，吸收声波的频率是连续的。根据此原理，可采用不同容重的吸声材料结构构成阻抗变化层。这种吸声结构简化了尖劈制作的复杂工序，在表面附上保护层即可设计出较好的外观效果。金属尖劈除了满足声学性能要求外还应有抗机械碰撞能力、抗腐蚀、防油污能力，并便于清洁与维护。

根据研究，吸声尖劈的理论截止频率约相当于吸声结构长度为1/4波长的频率。本案尖劈结构长度达到1.45m（不包含空腔尺寸），如图6所示，那么其理论截止频率为：

式中为声速，为截止频率，为尖劈长度。

此结构通过由权威部门按照ISO10534-1：1996 驻波管法测试的声学测试，实际下限截止频率可达到50Hz，如表1所示。

3.3 消声室隔声要求

隔声字面意思就是要隔绝外界的声音，阻止外界的噪声传入消声室。消声室采用内外房双层结构以及内外房之间挂吸声材料也是提高其隔声量的手段。在消声室中，门的隔声性能也是一个很重要的因素。一个好的隔声门应该具有良好的隔声性能和最优化的边缘效应。

除了结构上采取隔声外，门窗预留口、空调系统换风口、尾排系统预留口以及穿线孔等处理也是关键，例如门安装后，需对门四周进行密封处理，避免漏声。一般门窗的面积相对墙的面积小得多，所以门窗的透射损失要比墙的透射损失低。以单层墙为例：则包括门窗在内的该墙的平均传递损失计算公式为：

设门的面积为，透射系数为;墙的面积为，透射系数为。

上式中，当时，门窗的隔声设计较为合理。由于门窗缝的处理较为困难，对于门的隔声设计，采用的条件比较合理，即在满足使用条件的情况下，开洞越小越好。隔声门用单层隔声量Rw57的双开隔声门，内外门组成的通行门总隔声量要求≥65dB，门缝应填高密度磁性密封条，以保证隔声性能。

3.4 消声室隔振要求

低频振动和冲击可以影响NVH试验的准确性。减振的目的是控制干扰，将干扰振动的不利影响控制在可接受的范围内。

消声室外界可能有其它振动源会对NVH测试产生影响。为了防止外界的振动传递到消声室内，内外房做隔振处理，并且要求其共振频率低于10Hz，隔振效率不低于95%。隔振效率E计算公式（1）如下：

（1）

式中，为传递效率，为干扰频率， 为固有频率，为阻尼比。

除了内房需要隔振外，试验室内房相关的设备也需要隔振处理，比如底盘测功机基座需要弹簧支撑，内房空调鼓风机需要座式弹簧减震器隔振，过线孔及管道安装需要安装隔振装置。

3.5 转毂及噪声要求

底盘测功机是半消声室最重要的测试设备之一，其选型和噪声指标是影响测试准确性关键因素。转鼓有机械轴承和液压轴承。机械轴承由于有滚珠、转子等机械部件，会有阶次产生，其阶次根据机械轴承里有多少转子、转珠或是转轴而定。机械转毂使用时间久容易产生异响，声学性能难达到要求。液压轴承式转毂要配备有额外的液压泵和泵房，当转鼓启动时，需要先让液压系统启动，液压轴承的液压充足后，转鼓再启动。这样液压轴承式转毂就不会有机械轴承式转毂问题，而且声学性能容易达到目标要求。

底盘测功机还需配备举升式作业地坑升降平台。平时试验时，有些测试需要在车辆运转时进行实时诊断，同时也可以对底盘进行检查维护。有举升式作业地坑升降平台，也会极度的增加工作安全性和便捷性。即便是测试初期传感器布置，如果有举升式作业地坑升降平台，会方便很多，增加工作效率。

底盘测功机噪声要求：消声室本底噪声控制指标：只开空调时，噪声≤30dB（A）;只开空调，转鼓不带可更换鼓面以稳定速度空转，在转鼓沿轴线外侧距离1米，距离转鼓最高点高度1米处测量。满足表2要求：

为保证测量准确，半消声室本底噪声应低于被测物噪声10dB（A）以上。根据汽车噪声试验的实际需要，消声室本底噪声按要求，室内所有设备关闭：≤20dB（A）;普通通风模式：≤25dB（A）;50%风量通风模式：≤30dB（A）;100%风量通风模式：≤45dB（A）。

4 消声室声学鉴定

4.1 自由场鉴定

本案试验室净空间尺寸为：25m×20m×6.8m（長×宽×高），自由声场尺寸为：22m×17m×5.3m（长×宽×高），可保证室内通过噪声试验系统的所有传声器均处于自由场中;

参照ISO3745—2003附录A[2]和GB/T6882—2016《声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级消声室和半消声室精密法》附录A[3]和JJF1147—2006《消声室和半消声室声学特性校准规范》[4]的要求，对自由场半径进行鉴定。

在半消声室地面中心放置指向性声源，并以此为中心点，测试5条轨线，其中T1-T5为ISO 3745-2003所规定的5条基本轨线，从声源位置到房间角落顶部。对于整车通过噪声半消声室，在满足自由场长度≥22米，宽度≥17米的同时，自由场范围同时覆盖室内通过噪声试验传声器阵列。测试轨线通过试验室1/4区域内室内通过噪声试验各传声器，如图7所示。（图中传声器数量仅作示意）。

每条轨线上测量点的位置从距离声源0.5米开始到轨线结束，测量点间隔0.1米。采用单频信号检测，每个1/3倍频程带宽内随机抽取频率作为检测信号频率，可根据需要增加测量轨线的数量，校准曲线如图8。该误差在自由场半径内应满足表3要求：

5 结束

整车通过噪声半消声室建成后，可为各类轿车、微型客车、皮卡、SUV、轻卡等车型进行整车内、外部噪声测试分析，室内通过噪声测试分析及噪声源贡献量分析，进排气振动噪声分析及设计优化，动力总成及传动系统振动噪声的分析及优化，振动噪声传递路径分析，车内声品质优化，道路噪声降噪优化、工作变形/实时模态振动试验分析等，为产品的开发、评价、诊断及改进提供服务。提升了产品开发质量和效率，缩短了开发周期，降低了开发成本。

参考文献：

[1]ISO3745-2003，Acoustics-Determination of sound power levels of noise sour cesusing sound pressure-Precision methods for anechoicandhemi-anechoicrooms[S].

[2]Acoustics-Determination of Sound Power Levels of Noise Sources Using Sound Pressure-Precision Methods for AnechoicandHemi-anechoicRooms：ISO3745—2003[S].

[3]声学声压法测量噪声源声功率级和声能量级消声室和半消声室精密法：GB6882—2016[S].

[4]消声室和半消声室声学特性校准规范：JJF1147—2006[S].

[5]赫尔姆特·富克斯.噪声控制与声舒适：理念、吸声体和消声器[M].汪涛，查雪琴译.北京：中国科学技术出版社，2012.

[6]查雪琴，H.V.Fuchs.消声室声学技术的革新[J].声学学报，2003（4）：299-308.

[7]消声室和半消声室技术规范：GB50800—2012[S].