冰箱機(jī)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(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)者對冰箱產(chǎn)品的噪音水平要求也越來越高，冰箱聲品質(zhì)逐漸成為用戶對產(chǎn)品性能的關(guān)鍵評價標(biāo)準(zhǔn)之一。

冰箱噪音的主要來源為壓縮機(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]通過對冰箱壓縮機(jī)啟動噪音的主要頻段進(jìn)行理論分析，為壓縮機(jī)啟動噪音的優(yōu)化提供了相應(yīng)的設(shè)計依據(jù)；文獻(xiàn)二[2]驗證了冰箱底板材質(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)等對冰箱壓縮機(jī)共振的影響，提出了冰箱機(jī)械室共振問題改善的優(yōu)化方案；文獻(xiàn)三[3]運(yùn)用理論分析與仿真實驗相結(jié)合，得出了消音器對冰箱機(jī)械室噪音的影響?；谶@些技術(shù)積累和試驗研究，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)確的測試方法為冰箱產(chǎn)品尋找匹配的機(jī)械室吸音棉，對改善冰箱聲品質(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)械室為測試環(huán)境，進(jìn)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(guān)吸聲系數(shù)及主要消音頻段，對冰箱機(jī)械室吸音棉的優(yōu)化選型具有一定指導(dǎo)意義。

2 測試原理

本研究中，分別對吸音棉單品吸音系數(shù)和整機(jī)實際吸音效果進(jìn)行測試分析。對于整機(jī)測試，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，其吸音性能對壓縮機(jī)噪音傳遞的優(yōu)化起著最主要的作用。對于吸音棉單品，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 阻抗管測試吸聲系數(shù)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(shù)對比圖

圖4 中高頻噪音吸聲系數(shù)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(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 測試與分析

3.1 單品吸聲系數(shù)測試

本次研究通過測量阻抗管管內(nèi)聲源發(fā)出的白噪聲的法向入射和反射成分來計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距離測試樣品表面150 mm，測試頻率范圍為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(zhì)構(gòu)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(jìn)行50 Hz～500 Hz低頻測試，以及使用小管進(jìn)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(shù)差異，測試結(jié)果如圖3和圖4所示。

3.2 整機(jī)吸音效果測試

整機(jī)測試在半消音室中進(jìn)行。測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。測試時，樣機(jī)平穩(wěn)放置于消音室內(nèi)，外接信號控制壓縮機(jī)以明確壓縮機(jī)實際轉(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)吸音效果測試轉(zhuǎn)速。試驗設(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試方法[5]測試壓縮機(jī)運(yùn)行的平均聲壓級，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)行時的時域及頻域數(shù)據(jù)，通過更換不同吸音棉樣品，分析最終測試數(shù)據(jù)差異，并以此作為最終選型的參考依據(jù)。為保證測試結(jié)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(huán)境、樣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、聲源位置，測試傳感器位置、參數(shù)設(shè)置等均保持一致，在此情況下，依次對樣品進(jìn)行測試，獲取測試結(jié)果如表2，對比分析如圖6。

表1 各試驗樣品材質(zhì)構(gòu)成及厚度尺寸

表2 整機(jī)吸音測試結(jié)果評價值/dB(A)

3.3 試驗分析

（1）單品吸聲系數(shù)

①從低頻段測試結(jié)果來看，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從中高頻段測試結(jié)果來看，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從測試樣品材質(zhì)來看，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)；從測試樣品尺寸來看，材質(zhì)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(jī)吸聲效果

從整機(jī)測試結(jié)果來看，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)驗基本吻合；同時整機(jī)測試結(jié)果基本與吸音棉單品吸聲系數(shù)測試結(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)測試來簡化樣機(jī)整機(jī)測試選型過程，節(jié)省驗證時間。

（3）測試樣品選型分析

以試驗結(jié)果分析為基礎(chǔ)，結(jié)合樣品單品和整機(jī)測試結(jié)果，參考測試樣機(jī)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(jié)果較好，樣品1、樣品2、樣品6測試結(jié)果較差，不適合作為測試樣機(jī)機(jī)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(jī)測試結(jié)果對比分析圖

圖7 整機(jī)測試頻譜對比分析圖

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(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，通過測試分析材料單品的吸聲系數(shù)可快速得出不同測試材料的吸音性能，該方法與整機(jī)測試結(jié)果一致性較高，且降低了對測試對象與試驗環(huán)境的需求，在研發(fā)項目前期缺少測試樣機(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。