冰箱机械室吸音棉吸音性能的试验研究

钟泽 李语亭 江俊 王利亚 黄文才 任伟

美的集团冰箱事业部用户与产品中心 安徽合肥 230601

1 引言

随着大众消费水平的逐步提高，消费者对冰箱产品的噪音水平要求也越来越高，冰箱声品质逐渐成为用户对产品性能的关键评价标准之一。

冰箱噪音的主要来源为压缩机噪音、风机风道噪音、制冷管路噪音等，关于压缩机噪音方面，近年来行业内外许多专家已经做了大量工作，相关优化方法及参数选择理论，已基本建立且初步应用：文献一[1]通过对冰箱压缩机启动噪音的主要频段进行理论分析，为压缩机启动噪音的优化提供了相应的设计依据；文献二[2]验证了冰箱底板材质结构、压缩机橡胶垫结构和连接管路件结构等对冰箱压缩机共振的影响，提出了冰箱机械室共振问题改善的优化方案；文献三[3]运用理论分析与仿真实验相结合，得出了消音器对冰箱机械室噪音的影响。基于这些技术积累和试验研究，冰箱噪音不断优化，用户噪音投诉率持续下降。

随着压缩机噪音研究的逐渐深入，今后压缩机噪音持续改善的突破点则会更多的出现在如何阻断噪音传递的应用上，其中机械室吸音棉作为阻隔冰箱压缩机噪音传播的重要部件，其吸音性能的优劣，很大程度上决定了冰箱整机噪音的高低，采用合理准确的测试方法为冰箱产品寻找匹配的机械室吸音棉，对改善冰箱声品质，降低产品噪音水平，有着重要意义。本文针对三款不同材质吸音棉材料，以某款变频冰箱机械室为测试环境，进行了一定的理论分析及试验研究，得到了各吸音棉材料的相关吸声系数及主要消音频段，对冰箱机械室吸音棉的优化选型具有一定指导意义。

2 测试原理

本研究中，分别对吸音棉单品吸音系数和整机实际吸音效果进行测试分析。对于整机测试，从压缩机噪音传递路径上看，吸音棉作为压缩机与用户使用环境的阻隔部件，其吸音性能对压缩机噪音传递的优化起着最主要的作用。对于吸音棉单品，使用吸声系数α表达该材料的吸声能力大小，吸声系数α等于被材料吸收的声能（包括透射声能在内）与入射到材料的总声能之比，即：

图1 阻抗管测试吸声系数方法示意

图2 六组试验样品示意图

图3 低频噪音吸声系数对比图

图4 中高频噪音吸声系数对比图

式中：E为入射到材料的总声能（J）；Ea为材料吸收的声能（J）；Et为透过材料的声能（J）；Er为被材料反射的声能；r为反射系数。

吸声系数是表示吸声材料或吸声结构性能的量，不同材料具有不同的吸声能力。一般材料的吸声系数在0～1之间，吸声系数α越大，表面材料的吸声性能越好，通常，将α＞0.2的材料称为吸声材料，α＞0.5的材料是理想的吸声材料[4]。

3 测试与分析

3.1 单品吸声系数测试

本次研究通过测量阻抗管管内声源发出的白噪声的法向入射和反射成分来计算吸音棉材料的吸声系数。阻抗管分大管和小管，大管内样品直径为100 mm，传声器间距为50 mm，传声器B距离测试样品表面150 mm，测试频率范围为50 Hz～1.6 kHz；小管内样品直径为29 mm，传声器间距为20 mm，传声器B距离测试样品表面35 mm，测试频率范围为500 Hz～6.4 kHz，测试装置如图1所示。

测试使用四种不同材料吸音棉样品，按照不同厚度分为六组，六组试验样品见图2，具体材质构成及厚度尺寸对比见表1。试验中分别对六组吸音棉样品使用大管进行50 Hz～500 Hz低频测试，以及使用小管进行500 Hz～6400 Hz中高频噪音测试，对比试验样品对不同频段噪音的吸声系数差异，测试结果如图3和图4所示。

3.2 整机吸音效果测试

整机测试在半消音室中进行。测试使用某款变频单系统冰箱，风机控制为最低转速运行。测试时，样机平稳放置于消音室内，外接信号控制压缩机以明确压缩机实际转速，选取平稳运行状态3000 rpm及最高运行状态4320 rpm为整机吸音效果测试转速。试验设置一处噪音探头布置于压缩机正面前方，距离压缩机30 cm、高度15 cm，根据家用和类似用途电器噪声测试方法[5]测试压缩机运行的平均声压级，如图5所示；进行初始数据采集，收集冰箱平稳运行时的时域及频域数据，通过更换不同吸音棉样品，分析最终测试数据差异，并以此作为最终选型的参考依据。为保证测试结果的可靠性，测试过程中，除作为测试对象的吸音棉样品材料依次更换外，测试环境、样机运行状态、声源位置，测试传感器位置、参数设置等均保持一致，在此情况下，依次对样品进行测试，获取测试结果如表2，对比分析如图6。

表1 各试验样品材质构成及厚度尺寸

表2 整机吸音测试结果评价值/dB(A)

3.3 试验分析

（1）单品吸声系数

①从低频段测试结果来看，各样品低频噪音吸声系数由高到低依次为样品3、样品5、样品4、样品2、样品6、样品1；由低频噪音吸声系数对比（图3）看，样品3和样品5表现效果最优，样品2、样品4和样品6结果相当，样品1效果最差，同时几款样品在500 Hz以下效果均较差，吸声系数均低于0.2；

②从中高频段测试结果来看，各样品中高频噪音吸声系数由高到低依次为样品5、样品4、样品3、样品1、样品6、样品2；由中高频噪音吸声系数对比（图4）看，样品5、样品4、样品3在2500 Hz以上均表现较好，吸声系数高于0.5；

③从测试样品材质来看，双组分棉材质吸声性能最佳，密胺泡沫和PU海绵材质吸声性能基本相当；从测试样品尺寸来看，材质相同时，增加材料厚度可以有效增加测试样品的吸声性能。

（2）整机吸声效果

从整机测试结果来看，增加吸音棉可以有效降低压缩机噪音的传递，改善效果主要作用于500 Hz～6400 Hz中高频段噪音，如图7所示，这与前期工作经验基本吻合；同时整机测试结果基本与吸音棉单品吸声系数测试结果保持一致，因此后续工作中可以使用单品吸声系数测试来简化样机整机测试选型过程，节省验证时间。

（3）测试样品选型分析

以试验结果分析为基础，结合样品单品和整机测试结果，参考测试样机实际情况，选取适合该变频冰箱的吸音棉材料，具体分析如下：

①从吸声性能来看，样品5、样品4、样品3测试结果较好，样品1、样品2、样品6测试结果较差，不适合作为测试样机机械室吸音棉使用；

图5 试验装置及试验方法示意图

图6 整机测试结果对比分析图

图7 整机测试频谱对比分析图

②从压缩机安装空间、冰箱机械室散热要求和材料成本需求来看，样品3和样品5整体较厚，需要安装空间较大，且不利于压缩机散热，因而不适于选用作为测试样机机械室吸音棉使用；

③综合考虑样品吸声性能、冰箱机械室结构和设计要求等因素，样品4（12 mm厚度双组分棉材料）在满足吸音性能较好的条件下，同时整体厚度较薄，存在安装余量，所以适合选取作为测试样机机械室吸音棉使用。

4 总结

机械室吸音棉材料吸音性能是影响冰箱整机噪音品质的重要影响因素之一，通过测试分析材料单品的吸声系数可快速得出不同测试材料的吸音性能，该方法与整机测试结果一致性较高，且降低了对测试对象与试验环境的需求，在研发项目前期缺少测试样机的情况下可以快速提供机械室吸音棉的选型方案，同时为后续的冰箱机械室的吸音棉选型提供准确、快捷的数据分析支持。