汽车半消声实验室和电池实验室设计方案.docx

上海玉音声学工程有限公司汽车半消声室和电池实验室设计方案一、项目概况随着汽车工业的迅速发展，除了对整车的安全性和使用寿命等要求的不断提高，对整车舒适性的要求也越来越高。评价整车舒适性的一个重要指标是其噪声与振动水平，降低汽车零部件与整车噪声已成为提高产品质量的一项重要指标。由于整车噪声在室外测量易受环境噪声、场地、天气等因素影响，许多情况难以使用声强技术（如轮胎噪声、加速噪声等），造成测量精度低、重复性差。由于实际需要，半消声室自70年代起开始出现、发展并迅速得到应用。半消声室的优点是由于地面是硬的，能承受较大的重量，适宜测量如车辆、大型机器、设备等的噪声功率且使用方便，造价比消声室低廉；缺点是当声源的等效声中心或接收器高出地面较多时，声反射的影响使声场严重偏离自由场，这种现象在频率高时更为显著，因此半消声室存在有高频限值。因此我公司有幸参与了日立汽车半消声实验室和上海蔚来汽车电池实验室的声学设计。二、项目分析1、半消声室的作用消声室不仅是声学测试的一个特殊实验室，而且是测试系统的重要组成部分，实际上它也是声学测试设备之一，其声学性能指标直接影响测试的精度。 消声室的主要用途是测试抗噪声送、受话器的灵敏度、频响和方向性等电声性能。这种送、受话器的频率范围要保证语言通信清晰，一般为2004O00Hz左右。根据室内做强吸声装修的内表面数，可将消声室分为全消声室、半消声室以及卦限消声室。在全消声室内测得信号的不确定度最小，由于这个原因， 如果没有其他的限制，实验室最好建成全消声室。但是某些类型的设备要在全消声室测量师很困难的。例如：有些声源太大，不能安装在消声室内，有些太重无法悬挂在消声室的中心，另外还要考虑到有些声源在正常工作情况下，是用或连接坚硬反射面作支撑的。由于上述种种原因，半消声室内反射面上方的自由场是一种实验室环境，它对测量很多类型的设备是很有用的。2、整车半消声室的基本要求 在 ISO 3745、GB 6882 中，推荐半消声室应具有：足够的体积；在测试的频率范围内，界面上具有很大的声吸收；除了良好的反射地面和与被测声源有关的以外，没有声学反射面和障碍物；足够低的背景噪声。本整车半消声室主要用于乘用车的NVH开发试验，就应具有试验车运行所需的底盘测功机系统、空调通风系统、迎面风冷却尾气排放系统以及试验测量分析系统等。另外还应考虑控制、照明、通讯、信号传输、安全、环保、节能、美观、耐用、维护方便性、成本等方面因素。3、整车半消声室的设计指标（1） 整车半消声室环境噪声:75dB(A)（2）整车半消声室室内噪声设计指标（3）本底噪声：整车半消声室本底噪声20 dB (A)空调噪声30 dB (A)（最大风量时）转毂噪声40 dB (A)（在40 km/h时）转毂噪声50 dB (A)(在100 km/h时）迎面风噪声80 dB (A)(最大风量时）整车半消声室下限截止频率 40 Hz（4）其他主要设计指标室内温度：25 5 C相对湿度： 80 最高车速： 200 km/h最大试验质量：3 500 kg最大冷却风量： 40 000 m3/h4、建设半消声室注意事项建设半消声室，首先要根据被测声源的特性来确定半消声室的7个主要技术参数：（1）半消声室的背景噪声； （2）半消声室的截止频率；（3）半消声的尺寸，一般指室内吸声表面与吸声表面的净空间尺寸；（4）通风要求；（5）照明要求；（6）需预留的各种接口要求；（7）其他要求：其中，前4个参数为重要技术指标，这对半消声室的造价影响较大。可依据与被试声源相关的行业标准来设计半消声室的参数。为实现反射面上方的半自由场条件，测试室应具有：（1）足够的体积；（2）在测试频率范围内，吸声界面上具有很大的声吸收；（3）除和被测声源有关的（如有的话，包括反射平面）以外，没有声学反射面和障碍物；（4）足够低的背景噪声级。三、方案设计1、技术指标根据测试产品的技术要求，本方案所设计的半消声室技术指标如下：（1） 按ECE R51、GB 1495要求，汽车加速行驶车外噪声测量区域尺寸为20 m15 m；按下限截止频率40 Hz的1/4波长为2.1 m；吸声材料厚度为35 cm；按 ISO 3745，应消声室体积V 200汽车体积 V 1（V 1约15 m3）。结合四者并进行声学尺寸优化后的整车半消声室的内墙净尺寸为：26.50m22.0m6.5m；（2）一樘单开隔声门1m2.1m；（3） 一樘双开隔声门2m2m；（4） 观察窗2.5m0.6m；（5） 两套独立的照明系统以及应急照明系统，更为节能环保；（6） 通风空调系统一套，根据本地气候环境设计；（7）房间声学设计截止频率：50Hz；（8） 房间内部声学结构：Metadyne金属尖劈；（9） 尖劈长度：1450mm；2、房间本底噪声（1）在半消声室中心1m高处测试（取指定8个测点的声压级最大值25dB(A)，所有设备不工作)；（2）空调系统的噪声：空调低速运转25dB(A) 仅尾气排放30 dB(A) 空调中速运转35 dB(A)空调高速运转45 dB(A)换气模式55 dB(A)3、吸声结构设计半消声室的截止频率为50Hz，根据ISO3745要求，本半消声室墙面及屋顶所反射的声音能量在50Hz-16KHz频率范围内均要小于总体入射能量的10%，即要求吸声体在使用驻波管测试时的吸声系数在50Hz-16KHz内均不低于0.99。同时，要求使用的吸声结构具有便于清洁、维护、环保、防火等性。Metadyne金属尖劈是IAC公司与美国福特汽车公司合作开发并获得专利，在全球范围内得到广泛应用和好评的新型吸声尖劈，具有以下突出特点：（1）消声室的空气质量达到GB50325-2001类标准，即办公室的空气质量标准；（2）允许高速气流通过消声室；（3）可以直接擦洗尖劈表面；（4）美观大方、尖劈颜色可以任意选择，彰显企业个性；（5）室内的照明可以比传统消声室耗电量更低，但达到同样的亮度；（6）具有较高的抗冲击能力，并允许多次重复拆卸、再安装；（7） 由于Metadyne金属尖劈既有阻性吸声结构，又有抗性吸声结构，因此，Metadyne金属尖劈在低频和高频都具有卓越的吸声性能。图1 日立实验室效果渲染图（8）关于尖劈长度的说明：本设计采用了非均匀密度的尖劈，因此可以比常规尖劈短些，长度为1450mm即可达到1720mm尖劈的吸声效果，这种尖劈能保证对截止频率为50Hz的要求，即其驻波管测量得到的吸声系数在50Hz以上时均超过0.99。4、隔声门设计为了在方便设备及工作人员进出的同时保证半消声室的声学性能，本方案使用双重隔声门。内部为吸声门（尖劈门），是装有尖劈的可旋转结构，关闭后可与室内其他尖劈组成完整的吸声墙面，而外部隔声门则能有效的降低外部噪声对室内声学特性的影响。单层门的隔声量为STC54。双层隔声门为双层联动门，开启时两门一起打开，关闭时一起关闭，联动机构采用减震机构，与门非刚性连接，隔声量可以达到STC64以上 。图2和图3为我公司为上海蔚来汽车有限公司设计的电池实验室防火隔声门。图2 实验室隔声门图3 实验室内部结构5、弹性阻尼隔振系统为了隔绝外界噪声与振动的传递，本设计采用房中房结构，房中房是隔声隔振效果效果最好的一种建筑形式，即在房间中再建一个房间，内层房间位于弹簧或其他减振设备上，四周墙壁及天花与外部房间之间没有任何连接。房间之间形成空气层，不仅有利于空气声的隔声，而且有利于隔离撞击产生的声音。本方案将针对半消声室进进行减振设计，减振器选用国内知名品牌环美减振器，隔振系统固有频率：10Hz，隔振效率大于85%。隔振器力学性能在建筑设计寿命内保持稳定，总成不需要更换。隔振总成防潮、防水、无污染、抗腐蚀，无需要更换。图3 隔振地面设计施工图5、消声室的空调与通风消声室通风与温度控制系统的设计是一个非常专业和复杂的过程，不仅与设备所产生的热量相关，还与消声室大小、消声室所在地气候（气温、湿度等）紧密相关。因此，消声室的环境温度控制系统不能只是一个简单的可控速度的风扇加上装有消声器的通风管道。Quiet-Flow消声室专用环境温度控制及迎面冷却风系统是IAC特有的智能化通风及温度控制系统，拥有以下优点：（1）低噪声（使用IAC降噪处理，比普通的通风系统噪声低15-25dB）（2）集成化（一体化控制中心，容易安装）（3）智能化（预设模式，适合试验各种状况，并有用户设置模式）（4）控制方便（可实现控制室同步控制）（5）节省空间（6）节能设计（7）安全（拥有压力保护装置）（8）温度控制（制冷制热，适合各种季节）四、工程效果1、自由声场鉴定按照ISO 3745-2003附录A（1级精度）和GB6882-1986声学噪声源声功率测定消声室和半消声室精密法附录A中所推荐的半消声室的鉴定测量规定，检验由声场中无指向性声源辐射的声压级P与距离r平方成反比的计算值之差。测量体：空室沿5条测试轨道，其中四条是地面中心到房顶的四角，一条到房顶长边的中点。为得到更好的自由声场性能，要求测量值和理论值声级之间的最大偏差比ISO 3745-2003和GB 6882-1986的允许值更小。测量结果如下表：表1 检测信号：1/3倍频程粉红噪声1/3倍频带中心频率（Hz）最大偏差（dB）自由场半径（m）401002.57.5125160002.07.5表2 检测信号：单频正弦信号1/3倍频带中心频率（Hz）最大偏差（dB）自由场半径（m）401002.551256302.5880050002.086300160003.08在测量位置上，测量声压级与按离声源距离的反平方规律计算的理论值之间的差值，即最大偏差，应达到表1的要求。鉴定结果表明：该半消声室的自由声场性能能达到上述要求。2、本底噪声测试 消声室的本底噪声测量仪器采用实时分析仪，测量得到的本底噪声值如下表3所示。表3 消声室本底噪声测量值中心频率/Hz1252505001000200040008000A声级本底噪声/dB16.511.09.68