張海進　趙艷菊　帥仁忠

摘要：高速列車座椅是客室內(nèi)重要的吸聲體，而座椅材料的吸聲性能對其整體的吸聲性能有著重要的影響。通過研究適用于高速列車座椅的蒙布、吸聲材以及穿孔板結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)三聚氰胺的吸聲性能好于其他材料，穿孔吸聲板可以彌補三聚氰胺在低頻段吸聲系數(shù)偏小的不足。根據(jù)測試結(jié)果以及現(xiàn)車座椅結(jié)構(gòu)，對座椅進行吸聲性能改進，并通過混響室法對其進行吸聲效果測試，結(jié)果表明吸聲系數(shù)在全頻段內(nèi)都有較大的提高。

關(guān)鍵詞：高速列車；座椅；吸聲材；穿孔吸聲板；效果測試

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.06.096

0引言

當前我國鐵路機車車輛裝備正在邁向世界先進行列，車內(nèi)噪聲水平也成為列車的乘坐舒適性的重要指標之一。高速列車車內(nèi)噪聲與車內(nèi)的吸聲設(shè)備的吸聲量有關(guān)，而座椅作為車內(nèi)重要設(shè)備，其吸聲量對高速列車車內(nèi)噪聲的大小有著直接的關(guān)系。座椅的吸聲越大，乘客聽到的噪聲就小。當前主要使用隔聲板材和減振降噪阻尼材料來對客室噪聲進行控制，但是對客室內(nèi)座椅的吸聲性能研究卻較少。大吸聲系數(shù)的座椅在音樂廳、大劇院等對聲品質(zhì)要求較高的地方得到了廣泛的應(yīng)用。吸聲材料是具有較強吸聲性能的材料，借助自身的多孔性、薄膜作用和共振作用，對入射聲能吸收。苑改紅等對不同種類的吸聲材料進行了研究分析，對多孔吸聲材的種類及其吸聲機理進行了詳細介紹；鐘祥璋對影劇院的座椅對不同材質(zhì)的座椅進行了吸聲特性進行了測試，發(fā)現(xiàn)不同材質(zhì)的座椅吸聲系數(shù)相差近1倍之多；陸均林等用混響室法對觀眾廳座椅的吸聲量進行了測試分析，發(fā)現(xiàn)增加座椅的數(shù)量，總的吸聲量會明顯增加。

本文中，針對高速列車車內(nèi)噪聲特點和座椅的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，開展適用于高速列車座椅的蒙布、材料及穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲性能研究，對其進行吸聲性能測試，根據(jù)測試結(jié)果對現(xiàn)車座椅進行吸聲性能改進，以達到提高座椅整體吸聲性能、進一步控制車內(nèi)噪聲的目的。

1吸聲材研究

測量吸聲材料吸聲系數(shù)的方法主要有兩種：雙傳聲器駐波管法和混響室法。由于穿孔板、吸聲材為吸聲座椅零件結(jié)構(gòu)，因此選用駐波管系統(tǒng)對穿孔鋁板、吸聲材料樣件進行吸聲系數(shù)測試；采用駐波管法，吸聲系數(shù)采用傳遞函數(shù)法來獲得，通過測量兩固定位置處聲壓并計算兩通道的傳遞函數(shù)得到試件的吸聲系數(shù)，測試原理如圖1所示。傳聲器1和傳聲器2處的總聲壓大小可分別表示為：

蒙布作為座椅與空氣直接接觸的部分，其吸聲性能直接影響到座椅的吸聲系數(shù)，其透聲性會影響到坐墊和靠背中多孔吸聲材吸聲性能的發(fā)揮。通過測試蒙布的吸聲性能來選取座椅合適的蒙布，是提高座椅吸聲系數(shù)的第一步，本文中選取多種適用于高速列車座椅的蒙布，進行吸聲性能測試。蒙布及吸聲測試結(jié)果如圖2所示。

圖2為只測試各種蒙布的吸聲效果，可以看出蒙布A的吸聲效果最好，其次是B，其余的效果相差不大，但是各個蒙布與阻燃粘和吸聲材料組合之后的效果，還需要進一步研究。經(jīng)過對蒙布和阻燃氈、吸聲材的組合測試之后發(fā)現(xiàn)B+C蒙布的組合具有較好的吸聲效果，測試結(jié)果如下圖所示。硅膠發(fā)泡材密度大，因此硅膠選用30mm厚。從圖中可以看出B+C蒙布與阻燃氈、三聚氰胺的組合吸聲效果最佳。

1.2多孔吸聲材吸聲研究

多孔吸聲材內(nèi)部具有大量細微孔隙，當聲波入射到材料表面時，一部分在材料表面反射掉，另一部分則透射到材料內(nèi)部，引起孔隙中的空氣振動，由于摩擦和空氣的粘滯阻力，將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌?。同時小孔中的空氣與孔壁、纖維之間的熱傳導(dǎo)引起的熱損失也使聲能衰減。因此選擇合適吸聲材料便可以將車內(nèi)關(guān)注頻段內(nèi)的噪聲吸收掉。

這里選用適用于座椅填充材料的三種進行吸聲性能測試，具體測試結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，在0—600Hz內(nèi)聚氨酯發(fā)泡材的吸聲效果最好，在600—1100Hz內(nèi)三聚氰胺發(fā)泡材2的效果最好，在1100Hz以上三聚氰胺發(fā)泡材1的吸聲效果最好。

將不同厚度的三聚氰胺發(fā)泡材1進行吸聲性能測試，如圖5所示，易知材料越厚其吸聲性能越好，80mm的三聚氰胺發(fā)泡材在700Hz以上的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出了優(yōu)異的吸聲性能，其吸聲系數(shù)接近于1。增加材料的厚度，低頻吸收很快增加，對高頻吸收的影響則很小，繼續(xù)增加材料的厚度，材料吸聲系數(shù)的增加值逐步減小，當材料厚度達到一定值時，繼續(xù)增加材料厚度其吸聲系數(shù)將不會發(fā)生變化。

1.3穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)測試分析

穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲原理是當聲音通過孔頸，聲波的頻率接近共振器的固有振動頻率時，孔頸的空氣柱產(chǎn)生了強烈振動，在振動過程中，由于克服摩擦阻力而消耗聲能。因此其吸聲性能的特點是對頻率有較強的選擇性，只在一個特有的頻率附近有較強的吸聲作用，而在其他頻率范圍吸聲作用很小，這個頻率叫作共振器的共振頻率fo。穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)式是多個亥姆霍菲共振器的并聯(lián)組合，它的吸聲特性取決于板的穿孔率、板厚、孔徑、板厚空腔以及空腔的填充材料等因素。穿孔板共振頻率可以由下公式求得：

圖6為鋁制穿孔吸聲板，左圖為駐波管測試用樣件，右圖為坐墊支撐板用穿孔吸聲板。

在座椅中，穿孔板與吸聲材料配合使用起到吸聲的效果，由于80mm三聚氰胺發(fā)泡材1在700Hz以上頻段具有較高的吸聲系數(shù)，因此選用80mm三聚氰胺發(fā)泡材1和不同參數(shù)的穿孔吸聲板進行組合測試。測試結(jié)果如圖7所示。

從圖5可以看出，單獨的80mm三聚氰胺吸聲材雖在700Hz以上高頻具有較高的吸聲系數(shù)但是其在低頻段內(nèi)吸聲系數(shù)較低，而從圖7可知，當三聚氰胺吸聲材與穿孔板組合時，穿孔板對80mm三聚氰胺吸聲材低頻吸聲系數(shù)低的不足進行了補充，使得三聚氰胺吸聲材在低頻、高頻段吸聲系數(shù)均得到了明顯的提高。從圖中可以看出在全頻段內(nèi)吸聲系數(shù)都較大的是板厚1.4mm孔徑5mm穿孔率12.6%加80mm三聚氰胺吸聲材的組合。

2座椅吸聲性能改進與實驗室驗證

2.1座椅吸聲性能改進

為了提高座椅的吸聲性能，需對吸聲材加穿孔板的組合吸聲結(jié)構(gòu)做進一步的混響室聲效果試驗驗證。座椅主要包括座墊、靠背、骨架支撐等結(jié)構(gòu)，座墊以及靠背的內(nèi)部有彈性材料做填充。針對座椅的結(jié)構(gòu)特點，將靠背拉鉚支撐板、坐墊板設(shè)計為板厚1.4mm孔徑5mm穿孔率12.6%的穿孔板加80mm三聚氰胺吸聲材的組合。

2.2實驗室測試結(jié)果分析

選用混響室法對改進設(shè)計的吸聲座椅進行吸聲系數(shù)測試，首先要測試空室的混響時間，其次要測試放有普通座椅和改進座椅的混響室混響時間。座椅按照現(xiàn)車布置進行排列，共計15把座椅如圖9所示。根據(jù)放置座椅前后混響室的混響時間來計算座椅的系數(shù)，測試結(jié)果如圖10所示。

從測試結(jié)果可以看出，改造之后座椅吸聲系數(shù)在100Hz到5000Hz頻段內(nèi)都有提高，尤其是在250Hz到2500Hz頻段內(nèi)，吸聲系數(shù)提高十分明顯，改進之后的座椅吸聲效果明顯。

3結(jié)論

本文對適用于高速列車座椅的蒙布、吸聲材、穿孔吸聲板進行了吸聲性能研究。并對現(xiàn)車座椅進行了吸聲性能改進和實驗室試驗驗證，結(jié)論有：

（1）雖然A蒙布單獨測試具有較好的吸聲效果，但是經(jīng)過對蒙布和阻燃氈、吸聲材的組合測試之后發(fā)現(xiàn)B+C蒙布與阻燃氈、三聚氰胺的組合吸聲效果最佳。

（2）在三聚氰胺、聚氨酯、硅膠等多種吸聲材中，三聚氰胺的吸聲系數(shù)最大，同時選用合適參數(shù)的穿孔板與吸聲材進行組合之后，使得三聚氰胺在低頻段內(nèi)的吸聲系數(shù)得到了較大的提高。

（3）對座椅靠背支撐板、坐墊板進行吸聲改進設(shè)計，使座椅的吸聲系數(shù)有了較大的提高。對改進之后的15把座椅在實驗室進行了吸聲效果試驗，改進之后座椅吸聲系數(shù)在100Hz到5000Hz都有提高，尤其是在250Hz到2500Hz頻段內(nèi)，吸聲系數(shù)提高十分明顯。