高速动车组内饰顶板隔声特性试验研究

王新颖

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司）

0 引言

高速动车组内饰顶板采用轻量化结构，瓦楞板因其轻量化优势是内饰顶板常用结构。由于高速动车组运行速度高，气动噪声为重要声源，气动噪声可经车顶断面传入车内，因此内饰顶板隔声性能为一项重要性能指标[1-3]。如何提高瓦楞板隔声性能，实现轻量化降噪设计为内饰顶板设计需考虑的问题。对于内饰板提高隔声性能，辛锋先等[4]从三明治夹层板理论出发，对内饰板的声学特性进行了理论分析；王志瑾等[5]利用混响室法测试了不同芯材内饰板隔声特性；ZHOU等[6]利用仿真分析方法研究了夹层结构隔声特性。为提高高速动车组内饰顶板隔声性能，本文通过顶板参数隔声设计，并试制了不同结构参数顶板，为提高对比验证精度本文采用实验室隔声测试方法，探索不同类型内饰顶板隔声性能差异。

1 研究方法

瓦楞内饰顶板由上面板、瓦楞层、下面板组成，由单层板隔声曲线示意图1可知[7]，其隔声性能提升可从以下途径开展研究：

图1 单层板隔声曲线示意

（1）通过增加面板厚度，增加板的刚度和面密度，提升隔声量；

（2）通过瓦楞板背面敷贴隔声垫，增加板的面密度，提高隔声量；

（3）通过瓦楞板背面喷涂阻尼涂料，增加板的阻尼和面密度，提高隔声量；

（4）研究不同种类夹层类型隔声能效比，如夹层采用蜂窝、泡沫、软木等结构。

本文采用实验室隔声测试方法，对不同瓦楞板结构进行隔声测试，对比不同结构隔声性能差异。为提高隔声测试精度，本项目采用混响室/混响室法，根据GB/T 19889.3-2005《声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量》进行隔声量测试。隔声测试如图2所示。

图2 隔声测试窗口

2 试验结果及分析

2.1 基准样件

本文采用某型动车组采用的瓦楞板内饰顶板结构作为基准样件，基准样件总厚度为10 mm，前面板厚度为1 mm，背面板厚度为0.5 mm，整体面密度为5.1 kg/m2。

2.2 面板厚度影响

提高瓦楞板隔声性能，可通过增加面板层厚度，为验证该项措施对瓦楞板隔声性能提升，本文分别试制了样件1、样件2，其结构参数及隔声量见表1。通过实验室隔声测试，增加面板厚度后，隔声曲线如图3所示。

表1 试验样件参数（单位：mm）

图3 面板厚度对隔声量影响

由隔声曲线可知，增加面板厚度隔声量均有增加，且中高频隔声性能改善较低频明显。样件1、样件2能效比分别为1.50、1.23。

2.3 增加隔音垫

提高瓦楞板隔声性能，还可通过在背面板敷贴隔音垫，如图4所示，为验证该措施对瓦楞板隔声性能提升，本文分别试制了样件3、样件4，其结构参数及隔声量见表2。通过实验室隔声测试，背面板敷贴隔音垫后，隔声曲线如图4所示。

表2 试验样件参数

图4 隔音垫粘贴效果及厚度对隔声量影响

由隔声曲线可知，增加隔音垫后隔声量均有增加，全频段隔声性能均有一定提升。样件3、样件4能效比分别为2.05、1.58。

2.4 增加阻尼层

提高瓦楞板隔声性能，还可通过在背面板喷涂阻尼涂料，如图5所示，为验证该措施对瓦楞板隔声性能提升，本文分别试制了样件5、样件6，其结构参数及隔声量见表3。通过实验室隔声测试，背面板喷涂阻尼涂料后，隔声曲线如图5所示。

图5 阻尼涂料喷涂效果及厚度对隔声量影响

表3 试验样件参数

由隔声曲线可知，增加阻尼涂料后隔声量均有增加，全频段隔声性能均有一定提升。样件5、样件6能效比分别为3.29、2.36。

2.5 夹层类型

提高顶板隔声性能，还可通过更换夹层类型及材质实现，本文选取蜂窝、泡沫、复合轻质软木作为夹层，分别制作样件7、样件8、样件9，并进行隔声对比测试，其结构参数及隔声量见表4。通过实验室隔声测试，样件7隔声性能与基准样件持平，样件8隔声量略有增加，样件9隔声性能增加明显，能效比分别为1.75、1.42、2.33。隔声曲线如图6所示。

图6 不同类型顶板隔声量

表4 试验样件参数

样件9能效比较高，其余两种方案能效比不如直接对瓦楞板采取隔声提升措施能效比高。但样件9夹层为轻质软木，成本较瓦楞板高很多，且软木导致板的整体刚度不如瓦楞板，从结构一致性不如在瓦楞板采取隔声提升措施更具工程实用性。

3 结论

通过试验分析，总结结论如下：

（1）通过增加瓦楞板厚度、背面板敷贴隔音垫、背面板喷涂阻尼涂料均可提高瓦楞板隔声性能；

（2）以上三项措施的能效比：阻尼层＞隔音垫＞面板厚度；

（3）除以上隔声提升措施，更换板的夹层结构也可提升板的隔声性能，但能效比及经济性不高。

（4）车辆内饰顶板设计时，可结合实际应用工况需求，合理选择敷贴隔音垫和喷涂阻尼层来提高顶板隔声性：首先喷涂阻尼层措施提高瓦楞板隔声性能；但由于阻尼涂料喷涂厚度不建议超过2.5 mm，因此对于工程中要求隔声性能提升较大的需求，可选用敷贴大厚度或多层隔音垫的方式提高瓦楞板隔声性能；也可根据工程需求，选用其他材质夹层结构。