冰箱機械室吸音棉吸音性能的試驗研究

鐘澤 李語亭 江俊 王利亞 黃文才 任偉

美的集團冰箱事業部用戶與產品中心 安徽合肥 230601

1 引言

隨著大眾消費水平的逐步提高，消費者對冰箱產品的噪音水平要求也越來越高，冰箱聲品質逐漸成為用戶對產品性能的關鍵評價標準之一。

冰箱噪音的主要來源為壓縮機噪音、風機風道噪音、制冷管路噪音等，關于壓縮機噪音方面，近年來行業內外許多專家已經做了大量工作，相關優化方法及參數選擇理論，已基本建立且初步應用：文獻一[1]通過對冰箱壓縮機啟動噪音的主要頻段進行理論分析，為壓縮機啟動噪音的優化提供了相應的設計依據；文獻二[2]驗證了冰箱底板材質結構、壓縮機橡膠墊結構和連接管路件結構等對冰箱壓縮機共振的影響，提出了冰箱機械室共振問題改善的優化方案；文獻三[3]運用理論分析與仿真實驗相結合，得出了消音器對冰箱機械室噪音的影響。基于這些技術積累和試驗研究，冰箱噪音不斷優化，用戶噪音投訴率持續下降。

隨著壓縮機噪音研究的逐漸深入，今后壓縮機噪音持續改善的突破點則會更多的出現在如何阻斷噪音傳遞的應用上，其中機械室吸音棉作為阻隔冰箱壓縮機噪音傳播的重要部件，其吸音性能的優劣，很大程度上決定了冰箱整機噪音的高低，采用合理準確的測試方法為冰箱產品尋找匹配的機械室吸音棉，對改善冰箱聲品質，降低產品噪音水平，有著重要意義。本文針對三款不同材質吸音棉材料，以某款變頻冰箱機械室為測試環境，進行了一定的理論分析及試驗研究，得到了各吸音棉材料的相關吸聲系數及主要消音頻段，對冰箱機械室吸音棉的優化選型具有一定指導意義。

2 測試原理

本研究中，分別對吸音棉單品吸音系數和整機實際吸音效果進行測試分析。對于整機測試，從壓縮機噪音傳遞路徑上看，吸音棉作為壓縮機與用戶使用環境的阻隔部件，其吸音性能對壓縮機噪音傳遞的優化起著最主要的作用。對于吸音棉單品，使用吸聲系數α表達該材料的吸聲能力大小，吸聲系數α等于被材料吸收的聲能（包括透射聲能在內）與入射到材料的總聲能之比，即：

圖1 阻抗管測試吸聲系數方法示意

圖2 六組試驗樣品示意圖

圖3 低頻噪音吸聲系數對比圖

圖4 中高頻噪音吸聲系數對比圖

式中：E為入射到材料的總聲能（J）；Ea為材料吸收的聲能（J）；Et為透過材料的聲能（J）；Er為被材料反射的聲能；r為反射系數。

吸聲系數是表示吸聲材料或吸聲結構性能的量，不同材料具有不同的吸聲能力。一般材料的吸聲系數在0～1之間，吸聲系數α越大，表面材料的吸聲性能越好，通常，將α＞0.2的材料稱為吸聲材料，α＞0.5的材料是理想的吸聲材料[4]。

3 測試與分析

3.1 單品吸聲系數測試

本次研究通過測量阻抗管管內聲源發出的白噪聲的法向入射和反射成分來計算吸音棉材料的吸聲系數。阻抗管分大管和小管，大管內樣品直徑為100 mm，傳聲器間距為50 mm，傳聲器B距離測試樣品表面150 mm，測試頻率范圍為50 Hz～1.6 kHz；小管內樣品直徑為29 mm，傳聲器間距為20 mm，傳聲器B距離測試樣品表面35 mm，測試頻率范圍為500 Hz～6.4 kHz，測試裝置如圖1所示。

測試使用四種不同材料吸音棉樣品，按照不同厚度分為六組，六組試驗樣品見圖2，具體材質構成及厚度尺寸對比見表1。試驗中分別對六組吸音棉樣品使用大管進行50 Hz～500 Hz低頻測試，以及使用小管進行500 Hz～6400 Hz中高頻噪音測試，對比試驗樣品對不同頻段噪音的吸聲系數差異，測試結果如圖3和圖4所示。

3.2 整機吸音效果測試

整機測試在半消音室中進行。測試使用某款變頻單系統冰箱，風機控制為最低轉速運行。測試時，樣機平穩放置于消音室內，外接信號控制壓縮機以明確壓縮機實際轉速，選取平穩運行狀態3000 rpm及最高運行狀態4320 rpm為整機吸音效果測試轉速。試驗設置一處噪音探頭布置于壓縮機正面前方，距離壓縮機30 cm、高度15 cm，根據家用和類似用途電器噪聲測試方法[5]測試壓縮機運行的平均聲壓級，如圖5所示；進行初始數據采集，收集冰箱平穩運行時的時域及頻域數據，通過更換不同吸音棉樣品，分析最終測試數據差異，并以此作為最終選型的參考依據。為保證測試結果的可靠性，測試過程中，除作為測試對象的吸音棉樣品材料依次更換外，測試環境、樣機運行狀態、聲源位置，測試傳感器位置、參數設置等均保持一致，在此情況下，依次對樣品進行測試，獲取測試結果如表2，對比分析如圖6。

表1 各試驗樣品材質構成及厚度尺寸

表2 整機吸音測試結果評價值/dB(A)

3.3 試驗分析

（1）單品吸聲系數

①從低頻段測試結果來看，各樣品低頻噪音吸聲系數由高到低依次為樣品3、樣品5、樣品4、樣品2、樣品6、樣品1；由低頻噪音吸聲系數對比（圖3）看，樣品3和樣品5表現效果最優，樣品2、樣品4和樣品6結果相當，樣品1效果最差，同時幾款樣品在500 Hz以下效果均較差，吸聲系數均低于0.2；

②從中高頻段測試結果來看，各樣品中高頻噪音吸聲系數由高到低依次為樣品5、樣品4、樣品3、樣品1、樣品6、樣品2；由中高頻噪音吸聲系數對比（圖4）看，樣品5、樣品4、樣品3在2500 Hz以上均表現較好，吸聲系數高于0.5；

③從測試樣品材質來看，雙組分棉材質吸聲性能最佳，密胺泡沫和PU海綿材質吸聲性能基本相當；從測試樣品尺寸來看，材質相同時，增加材料厚度可以有效增加測試樣品的吸聲性能。

（2）整機吸聲效果

從整機測試結果來看，增加吸音棉可以有效降低壓縮機噪音的傳遞，改善效果主要作用于500 Hz～6400 Hz中高頻段噪音，如圖7所示，這與前期工作經驗基本吻合；同時整機測試結果基本與吸音棉單品吸聲系數測試結果保持一致，因此后續工作中可以使用單品吸聲系數測試來簡化樣機整機測試選型過程，節省驗證時間。

（3）測試樣品選型分析

以試驗結果分析為基礎，結合樣品單品和整機測試結果，參考測試樣機實際情況，選取適合該變頻冰箱的吸音棉材料，具體分析如下：

①從吸聲性能來看，樣品5、樣品4、樣品3測試結果較好，樣品1、樣品2、樣品6測試結果較差，不適合作為測試樣機機械室吸音棉使用；

圖5 試驗裝置及試驗方法示意圖

圖6 整機測試結果對比分析圖

圖7 整機測試頻譜對比分析圖

②從壓縮機安裝空間、冰箱機械室散熱要求和材料成本需求來看，樣品3和樣品5整體較厚，需要安裝空間較大，且不利于壓縮機散熱，因而不適于選用作為測試樣機機械室吸音棉使用；

③綜合考慮樣品吸聲性能、冰箱機械室結構和設計要求等因素，樣品4（12 mm厚度雙組分棉材料）在滿足吸音性能較好的條件下，同時整體厚度較薄，存在安裝余量，所以適合選取作為測試樣機機械室吸音棉使用。

4 總結

機械室吸音棉材料吸音性能是影響冰箱整機噪音品質的重要影響因素之一，通過測試分析材料單品的吸聲系數可快速得出不同測試材料的吸音性能，該方法與整機測試結果一致性較高，且降低了對測試對象與試驗環境的需求，在研發項目前期缺少測試樣機的情況下可以快速提供機械室吸音棉的選型方案，同時為后續的冰箱機械室的吸音棉選型提供準確、快捷的數據分析支持。