冰箱機(jī)械室吸音棉吸音性能的試驗(yàn)研究

鐘澤 李語(yǔ)亭 江俊 王利亞 黃文才 任偉

美的集團(tuán)冰箱事業(yè)部用戶與產(chǎn)品中心 安徽合肥 230601

1 引言

隨著大眾消費(fèi)水平的逐步提高，消費(fèi)者對(duì)冰箱產(chǎn)品的噪音水平要求也越來(lái)越高，冰箱聲品質(zhì)逐漸成為用戶對(duì)產(chǎn)品性能的關(guān)鍵評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一。

冰箱噪音的主要來(lái)源為壓縮機(jī)噪音、風(fēng)機(jī)風(fēng)道噪音、制冷管路噪音等，關(guān)于壓縮機(jī)噪音方面，近年來(lái)行業(yè)內(nèi)外許多專家已經(jīng)做了大量工作，相關(guān)優(yōu)化方法及參數(shù)選擇理論，已基本建立且初步應(yīng)用：文獻(xiàn)一[1]通過(guò)對(duì)冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)噪音的主要頻段進(jìn)行理論分析，為壓縮機(jī)啟動(dòng)噪音的優(yōu)化提供了相應(yīng)的設(shè)計(jì)依據(jù)；文獻(xiàn)二[2]驗(yàn)證了冰箱底板材質(zhì)結(jié)構(gòu)、壓縮機(jī)橡膠墊結(jié)構(gòu)和連接管路件結(jié)構(gòu)等對(duì)冰箱壓縮機(jī)共振的影響，提出了冰箱機(jī)械室共振問(wèn)題改善的優(yōu)化方案；文獻(xiàn)三[3]運(yùn)用理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，得出了消音器對(duì)冰箱機(jī)械室噪音的影響。基于這些技術(shù)積累和試驗(yàn)研究，冰箱噪音不斷優(yōu)化，用戶噪音投訴率持續(xù)下降。

隨著壓縮機(jī)噪音研究的逐漸深入，今后壓縮機(jī)噪音持續(xù)改善的突破點(diǎn)則會(huì)更多的出現(xiàn)在如何阻斷噪音傳遞的應(yīng)用上，其中機(jī)械室吸音棉作為阻隔冰箱壓縮機(jī)噪音傳播的重要部件，其吸音性能的優(yōu)劣，很大程度上決定了冰箱整機(jī)噪音的高低，采用合理準(zhǔn)確的測(cè)試方法為冰箱產(chǎn)品尋找匹配的機(jī)械室吸音棉，對(duì)改善冰箱聲品質(zhì)，降低產(chǎn)品噪音水平，有著重要意義。本文針對(duì)三款不同材質(zhì)吸音棉材料，以某款變頻冰箱機(jī)械室為測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行了一定的理論分析及試驗(yàn)研究，得到了各吸音棉材料的相關(guān)吸聲系數(shù)及主要消音頻段，對(duì)冰箱機(jī)械室吸音棉的優(yōu)化選型具有一定指導(dǎo)意義。

2 測(cè)試原理

本研究中，分別對(duì)吸音棉單品吸音系數(shù)和整機(jī)實(shí)際吸音效果進(jìn)行測(cè)試分析。對(duì)于整機(jī)測(cè)試，從壓縮機(jī)噪音傳遞路徑上看，吸音棉作為壓縮機(jī)與用戶使用環(huán)境的阻隔部件，其吸音性能對(duì)壓縮機(jī)噪音傳遞的優(yōu)化起著最主要的作用。對(duì)于吸音棉單品，使用吸聲系數(shù)α表達(dá)該材料的吸聲能力大小，吸聲系數(shù)α等于被材料吸收的聲能（包括透射聲能在內(nèi)）與入射到材料的總聲能之比，即：

圖1 阻抗管測(cè)試吸聲系數(shù)方法示意

圖2 六組試驗(yàn)樣品示意圖

圖3 低頻噪音吸聲系數(shù)對(duì)比圖

圖4 中高頻噪音吸聲系數(shù)對(duì)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(guò)材料的聲能（J）；Er為被材料反射的聲能；r為反射系數(shù)。

吸聲系數(shù)是表示吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)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(shù)在0～1之間，吸聲系數(shù)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(cè)試與分析

3.1 單品吸聲系數(shù)測(cè)試

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

測(cè)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(yàn)樣品見(jiàn)圖2，具體材質(zhì)構(gòu)成及厚度尺寸對(duì)比見(jiàn)表1。試驗(yàn)中分別對(duì)六組吸音棉樣品使用大管進(jìn)行50 Hz～500 Hz低頻測(cè)試，以及使用小管進(jìn)行500 Hz～6400 Hz中高頻噪音測(cè)試，對(duì)比試驗(yàn)樣品對(duì)不同頻段噪音的吸聲系數(shù)差異，測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示。

3.2 整機(jī)吸音效果測(cè)試

整機(jī)測(cè)試在半消音室中進(jìn)行。測(cè)試使用某款變頻單系統(tǒng)冰箱，風(fēng)機(jī)控制為最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。測(cè)試時(shí)，樣機(jī)平穩(wěn)放置于消音室內(nèi)，外接信號(hào)控制壓縮機(jī)以明確壓縮機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，選取平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)3000 rpm及最高運(yùn)行狀態(tài)4320 rpm為整機(jī)吸音效果測(cè)試轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)設(shè)置一處噪音探頭布置于壓縮機(jī)正面前方，距離壓縮機(jī)30 cm、高度15 cm，根據(jù)家用和類似用途電器噪聲測(cè)試方法[5]測(cè)試壓縮機(jī)運(yùn)行的平均聲壓級(jí)，如圖5所示；進(jìn)行初始數(shù)據(jù)采集，收集冰箱平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的時(shí)域及頻域數(shù)據(jù)，通過(guò)更換不同吸音棉樣品，分析最終測(cè)試數(shù)據(jù)差異，并以此作為最終選型的參考依據(jù)。為保證測(cè)試結(jié)果的可靠性，測(cè)試過(guò)程中，除作為測(cè)試對(duì)象的吸音棉樣品材料依次更換外，測(cè)試環(huán)境、樣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、聲源位置，測(cè)試傳感器位置、參數(shù)設(shè)置等均保持一致，在此情況下，依次對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，獲取測(cè)試結(jié)果如表2，對(duì)比分析如圖6。

表1 各試驗(yàn)樣品材質(zhì)構(gòu)成及厚度尺寸

表2 整機(jī)吸音測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)值/dB(A)

3.3 試驗(yàn)分析

（1）單品吸聲系數(shù)

①?gòu)牡皖l段測(cè)試結(jié)果來(lái)看，各樣品低頻噪音吸聲系數(shù)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(shù)對(duì)比（圖3）看，樣品3和樣品5表現(xiàn)效果最優(yōu)，樣品2、樣品4和樣品6結(jié)果相當(dāng)，樣品1效果最差，同時(shí)幾款樣品在500 Hz以下效果均較差，吸聲系數(shù)均低于0.2；

②從中高頻段測(cè)試結(jié)果來(lái)看，各樣品中高頻噪音吸聲系數(shù)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(shù)對(duì)比（圖4）看，樣品5、樣品4、樣品3在2500 Hz以上均表現(xiàn)較好，吸聲系數(shù)高于0.5；

③從測(cè)試樣品材質(zhì)來(lái)看，雙組分棉材質(zhì)吸聲性能最佳，密胺泡沫和PU海綿材質(zhì)吸聲性能基本相當(dāng)；從測(cè)試樣品尺寸來(lái)看，材質(zhì)相同時(shí)，增加材料厚度可以有效增加測(cè)試樣品的吸聲性能。

（2）整機(jī)吸聲效果

從整機(jī)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，增加吸音棉可以有效降低壓縮機(jī)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(jīng)驗(yàn)基本吻合；同時(shí)整機(jī)測(cè)試結(jié)果基本與吸音棉單品吸聲系數(shù)測(cè)試結(jié)果保持一致，因此后續(xù)工作中可以使用單品吸聲系數(shù)測(cè)試來(lái)簡(jiǎn)化樣機(jī)整機(jī)測(cè)試選型過(guò)程，節(jié)省驗(yàn)證時(shí)間。

（3）測(cè)試樣品選型分析

以試驗(yàn)結(jié)果分析為基礎(chǔ)，結(jié)合樣品單品和整機(jī)測(cè)試結(jié)果，參考測(cè)試樣機(jī)實(shí)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?gòu)奈曅阅軄?lái)看，樣品5、樣品4、樣品3測(cè)試結(jié)果較好，樣品1、樣品2、樣品6測(cè)試結(jié)果較差，不適合作為測(cè)試樣機(jī)機(jī)械室吸音棉使用；

圖5 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法示意圖

圖6 整機(jī)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析圖

圖7 整機(jī)測(cè)試頻譜對(duì)比分析圖

②從壓縮機(jī)安裝空間、冰箱機(jī)械室散熱要求和材料成本需求來(lái)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(jī)散熱，因而不適于選用作為測(cè)試樣機(jī)機(jī)械室吸音棉使用；

③綜合考慮樣品吸聲性能、冰箱機(jī)械室結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)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(shí)整體厚度較薄，存在安裝余量，所以適合選取作為測(cè)試樣機(jī)機(jī)械室吸音棉使用。

4 總結(jié)

機(jī)械室吸音棉材料吸音性能是影響冰箱整機(jī)噪音品質(zhì)的重要影響因素之一，通過(guò)測(cè)試分析材料單品的吸聲系數(shù)可快速得出不同測(cè)試材料的吸音性能，該方法與整機(jī)測(cè)試結(jié)果一致性較高，且降低了對(duì)測(cè)試對(duì)象與試驗(yàn)環(huán)境的需求，在研發(fā)項(xiàng)目前期缺少測(cè)試樣機(jī)的情況下可以快速提供機(jī)械室吸音棉的選型方案，同時(shí)為后續(xù)的冰箱機(jī)械室的吸音棉選型提供準(zhǔn)確、快捷的數(shù)據(jù)分析支持。