具有隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃声透损失的实验测定及整车降噪研究

2018-05-31刘乐平韩红周

时代汽车 2018年4期

刘乐平韩红周

1.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司湖南省长沙市 410205 2.上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州市 545007

1 引言

当代汽车的快速发展，给世界带来了现代物质文明，但同时也带来了噪声污染等问题，使噪声污染成为重要的公害之一。车内噪音，很大程度上直接影响车内乘坐人员对车辆整车质量的评价，质量不好的车会让人感觉车辆行驶时这车要散架，而车内噪音控制得很好的汽车则会让人觉得车内很安静，很享受待在车内的感觉。根据JDPower 公布的汽车隔音性能研究结果，消费者认为安静的车内环境与汽车安全同等重要。随着人们对更安全更安静汽车需求的不断提高，汽车隔音技术就发挥了很重要的作用。

2 隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃

区别于普通侧窗钢化玻璃和普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃，普通侧窗钢化玻璃是将汽车玻璃在加热炉内加热到接近软化温度，这时玻璃处于粘住流动状态，保温一段时间，然后将此片玻璃迅速送入冷却装置，用低温高速气流对玻璃均匀淬冷，使玻璃内层产生张应力，外表面产生压应力，经过这样处理的玻璃制品就是普通全钢化玻璃（如图1）；半钢化玻璃又称热增强玻璃，半钢化玻璃介于普通平板玻璃和钢化玻璃之间的一个品种，它兼有钢化玻璃的部分优点，如强度较普通浮法玻璃高，是普通浮法玻璃的2倍，同时又回避了钢化玻璃平整度差，易自爆，一旦破坏即整体粉碎等不如人意之弱点，半钢化玻璃是退火玻璃通过高温和淬冷，表层形成低于69 MPa的压应力，使玻璃的机械强度数倍增加，即成为半钢化玻璃，全钢化玻璃于半钢化玻璃外观上并没有什么不同；普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃（如图2）是将两片玻璃，通过半钢化成型后用普通PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶片（如图3）经加热、加压粘合而成的一种复合玻璃，常用的夹层玻璃一般有三层，普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃即具有高抗冲击强度，受冲击后，脆性的玻璃破碎，但由于它和有弹性的PVB相结合，使夹层玻璃具有高的抗穿透能力，仍能保持能见度，粘结力高，玻璃与PVB粘结力高，当玻璃破碎后，玻璃碎片仍然粘在PVB上不剥落，不伤人，具有安全性，耐光、耐热、耐湿、耐寒；隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃（如图4）是将两片玻璃，通过半钢化成型后用隔音PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶片（如图5）经加热、加压粘合而成的一种复合玻璃，其不仅具有高抗冲击强度，受冲击后，脆性的玻璃破碎，但由于它和有弹性的PVB相结合，使夹层玻璃具有高的抗穿透能力，仍能保持能见度，粘结力高，玻璃与PVB粘结力高，当玻璃破碎后，玻璃碎片仍然粘在PVB上不剥落，不伤人，安全，耐光、耐热、耐湿、耐寒而且因为使用了隔音PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶片其隔音效果也非常好。

图1 全钢化玻璃

图2 普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃

图3 普通PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶片

图4 隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃

图5 隔音PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶片

3 玻璃声透损失理论图解

理论研究表明平面声波入射到玻璃分界面上时，会发生反射和透射现象，一般会发生一部分声波反射回去，另一部分声波进入玻璃的另一种媒质继续传播并穿透玻璃，入射声波声压级与穿透声波声压级的级差称为声透损失，普通钢化玻璃平面声波穿透示意图见图6所示。

单层玻璃的声透损失计算方式为：

假设板是均匀而密实的无限大板，当声波垂直与板平面入射时

实际上，声波垂直地入射到板平面的情况极为罕见，通常声波是从不同的角度散射到平面板上，入射角多在0到800之间。对这种情况，近似认为其声传递损失（STL）与垂直入射情况的声传递损失（STL0）之间只相差一个常数，即5分贝。

以上理论公式说明玻璃的声透损失只与板的面密度和频率有关。

同普通钢化玻璃平面声波穿透示意相同，夹层玻璃的平面声波穿透也同样符合反射和透射理论，只是因为玻璃中间夹有普通或者隔音PVB胶片会使穿透声声波更小，使声透损失更大，隔音效果更好，夹层玻璃平面声波穿透示意图见图7所示，在第I个区域，声波透射到A板上时，一部分声波被反射回，形成反射波，另一部分穿过玻璃，形成了透射波，透射波在PVB区域被吸收和反射然后继续传播，遇到B板时，一部分声波被反射回，形成了反射波2，另一部分穿过B板。声波会反复地在A板和B板之间传播，不断形成反射波和透射波，进入第区域，形成了透射波2。

图6 声波入射到单层玻璃系统分界面时的示意图

图7 声波入射到夹层玻璃系统分界面时的示意图

A板和B板之间不是直接连接，中间是PVB胶片，而PVB胶片具有一定的吸音作用。A板的振动首先传递给PVB胶片，PVB胶片将振动衰减，然后在传递给B板。因此，夹层板能取得良好的隔声性能。夹层玻璃的声透损失计算方式与频率关系很的大也很复杂，此处简单列出两种频率下夹层玻璃的声透损失计算方式其他不做过多不做分析。

1：低频区

2：高频区

4 隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃实验测定

根据以上理论计算所述，基于夹层玻璃在隔音性能上的优秀表现，我们选择了一款家用MPV车型并制作出该车型的4mm普通钢化侧窗玻璃，4mm普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃以及4mm隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃三种样件并在实验室条件下分别测定4mm普通钢化侧窗玻璃声透损失（见图8），4mm普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃声透损失（见图9），4mm隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃声透损失（见图10），并对三种样件测量数据进行对比比较分析（（见图11）。

从理论上看，如果玻璃刚度的作用忽略不计的话，大片单层玻璃的声频或质量每增加2倍，其隔声量增加6dB。但是从实际试验数据却表现出尽管单层玻璃的隔声量在某些频率处基本服从“质量”定律，但是由于玻璃本身的刚度和窗户玻璃的面积有限，却导致了玻璃的隔声量偏离质量定律的规定。人能感受的声音频率有一定的范围。大多数人能够听到的频率范围从20Hz到20000Hz。把高于20000Hz的声音叫做超声波，因为它们已超过人类听觉的上限；把低于20Hz的声音叫做次声波，因为它们已低于人类听觉的下限，人类最敏感的频率是3000hz和4000HZ。试验结果表明在符合下垂频率的基础上，夹层玻璃的声透损失较之同等厚度的单片侧窗钢化玻璃大得多，而隔音PVB中间膜侧窗夹层玻璃又比普通PVB中间膜侧窗夹层玻璃声透损失大得多，试验结果表明夹层玻璃的声透损失曲线在符合下垂频率以上十分接近质量定律曲线。这种声透损失得改善显然是得益于玻璃之间的PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶片产生的阻尼（振动能耗散）。