张俊

摘 要：汽车用地毯在整车上直接与车内钣金接触，且覆盖面积较大，对整车声学性能起着非常重要的作用，因此对地毯材料的分析有着必要性。通过对不同复合结构的吸音型地毯、隔音型地毯、兼顾吸隔声型地毯进行吸隔声性能分析，综合得出不同结构类型的地毯所具备的吸隔声性能特性，并针对不同类型的地毯提出声学性能改良方案，以期为整车地毯设计开发提供参考意义。

关键词：汽车地毯；吸声性能；隔声性能；复合结构

1 引言

汽车在行驶过程中，会有许多噪声直接传递到车内，如发动机、轮胎、车身等产生的噪音。而地毯是声学包的重要组成部分，对声音的阻隔和吸收起着非常重要的作用。不同的车型开发，对地毯会有不同的吸声和隔声要求。有偏重于隔声的地毯，阻隔外界声音进入车内进行降噪；有偏重于吸音的地毯，对车内声音进行吸收减小混响而降噪；也有在考虑其他性能的基础上，兼顾吸隔声性能的地毯。而不同层积复合结构地毯，它的吸、隔声性能有不同的特性，声音在不同介质中传播时，会有不同程度的反射和透射。所以层积结构间的合理设计可提高地毯的声学性能。

2 层积复合结构吸声、隔声原理

声音在空气传播到材料中，遇到材料界面，会发生反射、吸收和透射，材料吸声主要分为多孔材料的吸声和结构吸声。多孔材料的吸声：一是当声波入射到多孔材料表面时激发起微孔内的空气振动，空气与固体筋络间产生相对运动，由于空气的黏滞性，在微孔内产生相应的黏滞阻力，使振动空气的动能不断转化为热能，从而使声能衰减；二是在空气绝热压缩时，空气与孔壁间不断发生热交换，由于热传导的作用，也会使声能转化为热能。结构吸声主要是通过共振而消耗声能，对低频有一定的吸声作用，主要的吸音结构有穿孔板共振吸音、微穿孔板吸音和薄膜共振吸音。层复合结构可综合利用两种吸声方式设计吸音体，在满足高频吸音性能时，能够改善低频的吸音。

隔声是隔绝外界的声音传入到室内，隔声性能的好坏，取决于反射声能的比值，称为反射系数，系数越大，说明隔声性能越好。声音的反射声能取决于相邻介质的特性阻抗（特性阻抗为介质密度ρ与其声速c的乘积），特性阻抗相差大，反射能力强，特性阻抗相差小，反射能力弱[1]。反射系数计算如式（1）。

（1）

ρ1、ρ2—分别为两种介质的密度；c1、c2—分别为声音在两种介质中的传播速度。

对于层积复合结构材料，在相邻的两层材料选择上尽量使其的阻抗特性相差大，利用声音的反射原理，减少透射，提升隔声能力。

3 三种不同复合结构地毯与声学性能分析

针对不同层积的搭配，我们特设计了三种不同结构的复合地毯进行实验验证。

3.1 实验方案

①取尺寸为1.2m×1.0m的第一类地毯分别进行吸隔音测试，结构：表皮PET+PE粉+吸音层PET+底层棉垫。

②取尺寸为1.2m×1.0m的第二类地毯分别进行吸隔音测试，结构：表皮PET+背涂PE+重涂层EVA+底层棉垫。

③取尺寸为1.2m×1.0m的第三类地毯分别进行吸隔音测试，结构：表皮PET+吸音层PET+不透气PE膜+底层棉垫。

3.2 测试方法

吸音：采用Alpha cabin混响室测量平板样件的吸声系数，样件尺寸1.2m×1.0m，计算频率范围：400Hz～6300Hz。

隔音：采用ISOKELL测量平板样件的插入损失，样件尺寸1.2m×1.0m，计算频率范围：400Hz～6300Hz。

3.3 数据分析

对这三种结构的地毯进行吸隔声性能分析，地毯吸音性和隔音性能对比如图1、图2所示：

综合分析图1、2可知：①第一类地毯吸音性能是三种地毯中最好的，属于吸音型地毯，因它的整体透气性很好，声音很容易進入地毯内部，通过粘滞力和热传导消耗声能，特别是对声音的中高频有很好的吸收作用[2]，但正因为它的透气性好、反射能力弱而使得它的隔音性能最差；②第二类地毯，因表层是蓬松的PET材料，具有一定的吸音作用，而大部分声能被重涂层阻隔，无法进入材料内部进行消耗，使得其隔声性能最好，属于隔声地毯；③第三类地毯具有较好的吸音性同时具备一定的隔声性能，属于兼顾型地毯，在中高频的吸音主要靠表层和吸音层吸收，在低频段，由于PE膜的存在，形成共振薄膜结构，通过共振吸收声能，相反，共振会导致声音的透过性增大，在低频段的隔声有个低谷，在中高频，PE具备一定的阻隔作用，随着频率递增，隔声性能增强。

3.4 地毯声学性能改进

由上述实验已知吸音型地毯透气性好，具有高性能的吸音性，可以与吸音棉媲美，但隔音性能较差，如单纯的增加材料厚度、密度等参数，对隔声性能的提升用处不大。要改变隔声性能，需改变复合构成，且牺牲吸音性能。重涂层对隔音地毯的隔声性能起主要作用，但吸音性能差。面对如何平衡吸隔音性能这个问题，我们将调整进一步研究的方案为：

①在3.1中第二类隔声型地毯结构的PE层下增加一层薄的吸音层PET，且原有的PE层针孔，保证一定的透气性。同时减小重涂层克重，按3.2方法进行测试后的结果如下，见图3，图4：

对比调整前后地毯的吸隔声性能，隔声性能下降很小，而吸音性能有显著提高，尤其中高频段，这类地毯可以很好的阻隔外界声，同时也能吸收车内的混响声，提升语言清晰度，EVA克重减少，符合车辆轻量化的发展趋势。

②增大3.1中第三类兼顾型地毯PE层的克重，研究其对地毯的吸隔声性能的影响，按3.2方法进行测试后的结果如图5和图6所示。

由图5和6可知，增大PE层克重，地毯在低频段吸音率有所降低，中高频基本不变，但在400～6300Hz频域内，隔声性能都有提升。

4 结论

4.1 不同的层积材料复合结构地毯，有不同的吸隔声特性，根据三种不同类型的地毯，分析吸隔声特性，为地毯的设计开发提供参考；

4.2 调整重涂层克重，可以改变地毯隔声性能，在重涂层上添加吸音层，可以显著提高地毯吸音性能。

4.3 增加PE层克重，可以改变地毯低频段的吸音性能，增强地毯的隔音性能。

参考文献：

[1]邹欣晔，袁樱，梁彬等.单向声传播结构研究[J].应用声学，2013，32（03）：169-181.

[2]段翠云，崔光，刘培生等.多孔吸声材料的研究现状与展望[J].金属功能材料，2011，18（1）：60-65.