声学包设计及优化综合课件.pptx

1、杨勇大友科技北京总部材料、设计及优化车辆声学包开发技术3 copyright T&S Technology-2012Part1 声学包开发的意义Part2 声学包开发的内容Part3 声学材料性能测试方法Part4 声学包开发 CAE 方法Part5 应用开发实例报 告 内 容4 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 的 意 义Part 15 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 的 意 义路面/底盘噪声源动力传动系噪声源Structure-borne NoiseAirborne Noise传动系统通过车身/底盘的

2、传播路面/底盘通过车身的传播Wind noise6 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 的 意 义路面/底盘噪声源动力传动系噪声源Structure-borne NoiseAirborne Noise传动系统通过车身/底盘的传播路面/底盘通过车身的传播Wind noise声学包解决方案声学包解决方案7 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 的 意 义Noise PerformanceCostWeightSpaceA balanced Solution8 copyright T&S Technology-2012声

3、 学 包 开 发 的 内 容Part29 copyright T&S Technology-2012整 车 N V H 开 发 流指标设定指标设定/分解分解标杆研究标杆研究NVHCAE/DVP验证验证样车调校样车调校10 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 流 程指标设定指标设定/分解分解标杆研究标杆研究NVHCAE/DVP验证验证样车调校样车调校声学包指标设定及分解地板/车门等TL地毯传递损失中控台传递损失发动机舱/乘客舱吸声系数舱盖吸声性能顶衬吸声性能门吸声性能声学包设计及验证整车声学包模型FEM/CADBOM/材料参数声学包模型验证现场TL测试I

4、deal load测试Real Load测试声学包设计开发满足目标性能的声学包开发声学包调校及优化密封性能检测NPA分析声学包优化声学性能成本/重量/尺寸材料类型/厚度声学包对标测试材料性能对标吸声材料性能隔声材料性能子系统性能对标面板子系统座椅等子系统整车性能对标语音清晰度面板贡献量11 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 流 程指标设定指标设定/分解分解标杆研究标杆研究NVHCAE/DVP验证验证样车调校样车调校声学包对标测试材料性能对标吸声材料性能隔声材料性能子系统性能对标面板子系统座椅等子系统整车性能对标语音清晰度面板贡献量12 copyrig

5、ht T&S Technology-2012吸声系数测试法向入射吸声系数无规入射吸声系数传递损失测试驻波管法试验室法阻尼材料测试Oberst 方法SAE 方法材 料 性 能 测 试13 copyright T&S Technology-2012传递损失测试标准混响室/全消声室测试 混响室/混响室测试现场传递损失测试传递损失仿真（VA One）子系统吸声量测试标准混响室ABS Cabin子 系 统 性 能 测 试14 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 流 程指标设定指标设定/分解分解标杆研究标杆研究NVHCAE/DVP验证验证样车调校样车调校声学包指标

6、设定及分解地板/车门等TL地毯传递损失中控台传递损失发动机舱/乘客舱吸声系数舱盖吸声性能顶衬吸声性能门吸声性能15 copyright T&S Technology-20122022-11-28声 学 包 指 标 设 定 与 分 解16 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 流 程指标设定指标设定/分解分解标杆研究标杆研究NVHCAE/DVP验证验证样车调校样车调校声学包设计及验证整车声学包模型FEM/CADBOM/材料参数声学包模型验证现场TL测试Ideal load测试Real Load测试声学包设计开发满足目标性能的声学包开发17 copyrigh

7、t T&S Technology-2012整 车 声 学 包 设 计18 copyright T&S Technology-2012SEA 模版模型CAD/FE 输入材料数据库各向同性材料：密度，弹性模量，泊松比，阻尼损耗因子各向异性材料：密度，弹性模量，泊松比，阻尼损耗因子多孔吸声材料：吸声系数/表面阻抗，孔隙率，流阻、弯曲率，温度特征长度，粘滞特征长度阻尼材料：密度，阻尼损耗因子，弹性模量，泊松比质量材料：面密度 or IL or TL激励谱库不同工况下各面板声激励声 学 包 模 型 开 发19 copyright T&S Technology-2012理想载荷及工作载荷作用下的整车测试载

8、荷谱及车内声场响应测试子系统（如火墙、地板等）特性的测试传递损失测试整 车 声 学 包 模 型 验 证20 copyright T&S Technology-2012整车状态下的NPA分析，明确关键传递路径整 车 N P A 诊 断21 copyright T&S Technology-2012声 学 包 设 计 与 验 证22 copyright T&S Technology-2012地板、火墙等板件传递损失优化密封、填充等传递损失优化部 件 子 系 统 优 化23 copyright T&S Technology-2012发动机舱、顶衬、后备箱等吸声性能设计部 件 子 系 统 优 化Abs

9、orption,Sabine/m2 Frequency(Hz)Headliner Trim AbsorptionNHeadliner_WithFelt_v3NHeadliner_WithFelt_v2NHeadliner_WithFelt_Baseline24 copyright T&S Technology-2012声 学 包 开 发 流 程指标设定指标设定/分解分解标杆研究标杆研究NVHCAE/DVP验证验证样车调校样车调校声学包调校及优化密封性能检测NPA分析声学包优化声学性能成本/重量/尺寸材料类型/厚度25 copyright T&S Technology-2012密封性检测盐雾法超

10、声波法声学包优化NPA 分析优化目标：声学性能优化约束：成本/重量/尺寸优化变量：材料类型/厚度整 车 声 学 包 调 校26 copyright T&S Technology-2012总 结整车NVH开发流程中的声学包开发工作包括：对标测试：吸声、隔声、阻尼，质量、密度，空间分布、贡献量，声源级等等，关键制定合理的测试方案指标分解：CAE分析：SEA模型、材料物性参数测试、声源特性参数、NPA、制定优化方案实车调教：实车NVH测试、检漏测试、部件子系统优化等27 copyright T&S Technology-2012声 学 包 材 料 特 性 及 测 试 方 法Part 3声 学 材 料

11、 分 类29 copyright T&S Technology-2012吸声材料物理特性隔声材料物理特性阻尼材料物理特性T&S 解决方案本 节 内 容30 copyright T&S Technology-2012吸 声 材 料 物 理 特 性31 copyright T&S Technology-2012多 孔 吸 声 材 料吸声材料：具有大量的内外联通的微小孔隙和孔洞吸声机理黏滞性和内摩擦效应热传导效应吸声性能评价指标法向入射吸声系数混响室内测试吸声系数32 copyright T&S Technology-2012混响室法：ISO 354/GB T20247/ASTM C423声学 混响

12、室吸声测量，测量结果为无规入射吸声系数驻波管法：ISO 10532/ASTM E-1050/ASTM C384，测量结果为法相入射吸声系数吸 声 系 数 测 试 方 法 和 标 准33 copyright T&S Technology-2012ISO 354/ASTM C423 要求样本太大，由SAE 声学材料委员会主持研究标准的小样本混响室测试相当于ISO 354/ASTM C423混响室体积的1/10（甚至更小），每个混响箱须利用标准混响室进行标定利用脉冲响应法及施罗德原理 混 响 箱34 copyright T&S Technology-2012声学材料性能本构方程Johnson-Cha

13、mpoux-Allard 开发5参数方程airflow resistivity,open porosity,tortuosity viscous characteristic length,thermal characteristic length 预 测 方 法35 copyright T&S Technology-2012Flow resistivity：流阻，气流流过结构的阻力，定义为其中 p 为气流流过材料的压力损失Vairflow 为气体流量，d为材料厚度测试标准：EN 29053 std(ISO European std)几 何 物 理 参 数36 copyright T&S Te

14、chnology-2012Open Porosity：开孔孔隙率，材料内部流体体积与材料总体积的比值定义：闭孔孔隙率为零几 何 物 理 参 数37 copyright T&S Technology-2012开孔孔隙率测试（No Std）利用理想气体恒温压缩（玻意耳定律）几 何 物 理 参 数 测 试38 copyright T&S Technology-2012Tortuosity：弯曲率，无量纲量，描述流体流过材料路径的弯曲程度定义：其中，v 为流体流速，V 为均一体积测试方法（No Std）：电学方法几 何 物 理 参 数39 copyright T&S Technology-2012Vi

15、scous characteristic lengths：粘滞特征长度描述材料及内部流体相互作用的粘性力，定义：Thermal characteristic lengths：温度特征长度描述材料及内部流体之间的温度交换，定义：其中，v 为流体流速，V 为内部流体体积，S 为内部孔隙与材料间的接触面积几 何 物 理 参 数40 copyright T&S Technology-2012Inverse method：遗传算法，最小价值函数解几 何 物 理 参 数 测 试41 copyright T&S Technology-2012analytical inversion method几 何 参

16、数 测 试42 copyright T&S Technology-2012几 何 物 理 参 数 测 试43 copyright T&S Technology-2012材料拓扑分类Rigid Frame：结构远远强于内部气体，如聚合物纤维、穿孔板等Limp：材料密度与内部气体密度相当，结构非自支撑，多是纤维类Elastic frame：结构与内部流体相互作用，如岩棉多 孔 吸 声 材 料 分 类聚合物纤维：Rigid Frame软玻璃纤维：Limp岩棉：Elastic frame44 copyright T&S Technology-2012Poros-Elastic：需要知道力学参数杨氏模量

17、（体积模量）泊松比内损耗因子力 学 性 能 参 数45 copyright T&S Technology-2012准静态测试方法(No Std)机械阻抗和侧向变形力 学 性 能 测 试46 copyright T&S Technology-2012准静态方法有限元静力学仿真：任意确定一个弹性模量和损耗因子，选择不同的泊松比计算，可以获得 T 随泊松比变化的函数利用试验测试获得的 T 和仿真的结果可以得到材料的泊松比力 学 性 能 测 试47 copyright T&S Technology-2012准静态方法有限元静力学仿真：确定泊松比，变化不同的弹性模量可以获得压缩刚度 K 随杨氏模量变化的

18、函数利用试验测试的 K 和仿真的结果可以得到材料的杨氏模量力 学 性 能 测 试48 copyright T&S Technology-2012隔 声 材 料 物 理 特 性49 copyright T&S Technology-2012声障：隔断噪声从一个空间向其临近空间的传播反射能力强，吸声性能差材料密实，透射声能小STL：传递损失隔 声 材 料（声 障）材料表面入射声能量材料表面透射声能量1log1010STL50 copyright T&S Technology-2012隔声原理：质量定律 其中f为频率，w为面密度双墙结构：同质量的双层墙比单层墙隔声量大5-10dB柔性材料：防止材料与

19、结构共振非开孔材料大质量47log2010fwSTL隔 声 材 料（声 障）51 copyright T&S Technology-2012典型声障材料Thermoplastic barriers with fillers(high mass per surface area)Barriers with fiber or foam decouplers Fiber/mastic/fiber constructions Lightweight impervious membranes 障板产品：地板系统、火墙绝缘板、密封材料隔 声 材 料（声 障）52 copyright T&S Technol

20、ogy-2012各 种 S T L 测 试 方 法SAE J1400 空气声隔声性能的试验室测试方法ASTM E90/ISO 140空气声隔声性能的标准试验室测试方法ISO 15186-1声强测试法53 copyright T&S Technology-2012S A E J 1 4 0 0STL测试要求：混响室-半消声室参考样本（均匀柔性面板）随机噪声 测量声源及半消声室内SPL测试样本 随机噪声 测量声源及半消声室内SPL54 copyright T&S Technology-2012I S O 1 4 0/A S T M E 9 0STL测试要求：混响-混响测试Audio Ampllif

21、ierInternal light absorptionWalls with TL of 30 dB at 100 HzMicrophones systemSteel plate and sample position55 copyright T&S Technology-2012STL测试要求：混响-全消I S O 1 5 1 8 6 声 强 法56 copyright T&S Technology-2012阻 尼 材 料 物 理 特 性57 copyright T&S Technology-2012通常为聚合物材料，用于面板表面降低/耗散振动耗散过程将机械能转化为热能常见阻尼产品：Asph

22、alt Melt SheetsFoil Constrained Layer DampersSpray On(Epoxy,Water based)Expandable Patch Constrained Layer(PCL)Laminated Steel Sheet阻 尼 材 料58 copyright T&S Technology-2012阻尼材料应用效果阻 尼 材 料59 copyright T&S Technology-2012应用FloorDash panelRoofDoorsBrakes阻 尼 材 料SAE J671 利用基础板自由振动衰减率测试复合材料振动阻尼SAE J1637 利用

23、支撑钢梁测试复合材料振动阻尼的试验室方法ASTM E756 测试材料振动阻尼的方法阻 尼 损 耗 因 子 测 试 标 准61 copyright T&S Technology-2012通过振动衰减率测试阻尼的方法可以测试材料的各种应用对阻尼的影响可以获得特定频率和随温度变化的阻尼不能测试复模量信息测试要求基础板件尺寸：500 x 500 x 6 mm共振频率 145 to 165 Hz，常温下自由振动衰减率不超过3dBS A E J 6 7 1 测 试 方 法62 copyright T&S Technology-20122022-11-28S A E J 6 7 163 copyright

24、T&S Technology-2012可以在特定的频率和温度下激励阻尼杆确定共振频率，并通过半功率带宽方法计算阻尼损耗因子对其它振动激励和温度下的进行重复测量SAE J1637 用于测试复合的损耗因子，ASTM E756用于测试独立的材料O b e r s t B a r-S A E J 1 6 3 7/A S T M E-7 5 6cff64 copyright T&S Technology-2012T&S 解 决 方 案65 copyright T&S Technology-2012CharacteristicsMaterial typePARAMETERSTANDARDMETHODOLO

25、GYMass LayerFoamFiberAlpha SabineISO 354 and ASTM stdISO std Reverberant room ca 200 m3NoYesYesAlternative ABS-CAB methodNoYessee ABS-CAB cabineYessee ABS-CAB cabineTransmission LossISO 140/x or ASTM equivalent ISO 140/x std:2 reverberant rooms face to faceYesYesYesEquivalent to ISO standard aboveAl

26、ternative:Reverberant room in the ground and Anechoic chamber on topYesYessee TL or ILYessee TL or ILNo standardAlternative:2 box on top each other-Fiat-Peugeot methodYesYessee TL small Yessee TL small Insertion lossNo standardSame as TL above with unknown material layer laynig on top of fixed metal

27、 plateYesYessee TL or ILYessee TL or ILBulk ModulusNo standardMechanical stifness measurement and 3-d modelingNoYessee Bulk ModulusYessee Bulk ModulusDamping loss FactorOberst method DIN/ISO stdYesYessee OberstYessee OberstSAE method stdYes Youngs modulusOberst method DIN/ISO stdYesYessee OberstYess

28、ee OberstPoisson RatioNo standardLaser beam static experiment YesYesAiflow ResistivityEN 29053 std(ISO European std)Forced air through sampleNoYessee Flow ResistanceYessee Flow ResistancePorosityNo standardNoYesYesTurtuosityNo standardElectrical methodNoYessee TortuosityYessee TortuosityAbsorption+I

29、mpedanceISO and ASTM standardsKundt Tube method Transfer FunctionNoYessee KundtYessee KundtNo standardKunt Impulse ResponseNoYessee KundtYessee KundtPlane wave Transmission LossNo standardsDouble Kundt tubeYesYessee KundtYessee KundtNo standardsDouble Kundt tube Impulse Response methodYesYessee Kund

30、tYessee KundtImpedance and physical modelNo standardNew Kundt tube version YesYesSolutions 汇总汇总66 copyright T&S Technology-2012Kundt tube：阻抗管系统：阻抗管系统SCS 9020B 系列驻波管吸声系数复反射系数复表面阻抗传递损失复质量密度复体积模量67 copyright T&S Technology-2012ISO standard 10534-2 it is not very good actually and we do not recommend to

31、 follow it in total.Our recommendation it is to use the positions M1 and M2 or M2 and MII which are the original positions in the earlier ISO and are also the best one in our experience.Mic.Positions R and MI have been introduced due to the latest revision of ISO 10534-2 which requires a higher Micr

32、ophones distance for low frequencies.However,if you want to use position R,you shall move the sample about 15cm away to assure a minimum distance between the Mic.R and the sample.You just have to move backward the piston,it is very simple.R M2 M1 MIIMIKundt tube：吸声系数测试配置：吸声系数测试配置68 copyright T&S Tec

33、hnology-2012Microphones positions1 2Microphones positions3 4SampleSound Source1 or 2 Loads(anechoic terminations)unu*nTL 测试没有相关的ISO或者ASTM标准3 microphones method or“single”load TL Modulus only4 microphones method or“two-loads”TL Modulus,f f,ZcKundt tube：吸声系数测试配置：吸声系数测试配置69 copyright T&S Technology-201

34、2From ISO 10534 it can be seen that Sound absorption coefficient of the material can be determined using Standardized Kundt apparatus with 2 methods:SWT“standing wave ratio”and TF“transfer function method”While the SWT intrinsically get to single Frequency values,steady state sinusoidal excitation,t

35、he TF is based on FFT and FRF so it get to expressed in a full spectrumA problem:how to derive 1/3 or 1/1 octave values from TF method?Common sense says:take the values at the Frequencies corresponding to 1/3 octave bands nominal value!New methodology based on the measurement of the reverberation ti

36、me in the tube.It can be considered a kind of hybrid among ISO 10534 but it is more precise and energetically correct.The sound signal is an exponential sine sweep of which it is measured the Impulse Response Function IRF.By convoluting the IFR with 1/3 octaves IIR we obtain the from a“whole”1/3 oct

37、ave bands and not just from a single Frequency line!Sine SweepIRFKundt device with add.on elements for T60Kundt Tube extended metodologies(T60)70 copyright T&S Technology-2012Everything is compatible with standard Kundt deviceCircled items are add-on for T60Squared items are standardSample IISample

38、ILoudspeakerOnly 1 micorphone is necessaryImpulse Response(from T60 measurment)A new method for the measurement of single and coupled absorption coefficients It is based on the reverberation time in the Kundt tubeThe method produces 1/3 octave band sound absorption values and complies with ISO-ASTM

39、results but resolves ambiguities in the conversion of FFT values into 1/3 octave values.The sound energy is injected at side and moves in both directions and build up the standing wavesAfter each impact of the plane waves with the samples at the ends the intensity of the waves is reduced yelding to

40、the concept of Reverberation TimeReverberation time(T60)is obtained from the measurement of the impulse response using a methodology known as“exponential sine sweep”:Squared Impulse Response and Schroeder back-integration to evaluate the reverberation time in the tube with an exceptional S/N ratio.C

41、omparison of results for 0 using ISO-ASTM method(TF)and the Impulse Response(TF)for T60 evaluationTransmission Loss measurements in a tube can also be performed.The excitation signal is a sine sweep and the impulse response of each microphone position is determined.The maxima peaks shift of the meas

42、urements gives the distance x1 to x4 and the amplitude coefficient of the Complex Pressure function are determined and used to estimated the coefficient of Transfer Function Matrix Kundt Tube extended metodologies(T60)71 copyright T&S Technology-2012ABS Cabine:混响箱系统SCS 9031 ABS Cabine样本尺寸 1m*1.2m频率范

43、围：500 8000Hz 1/1 Octave 315 8000 Hz 1/3 Octave空间5个测试点，内部配置自动旋转定位装置；墙壁由多层复合结构制成，隔声量优于20dB(100Hz)；专业后处理软件：基于施罗德原理，Windows XP72 copyright T&S Technology-2012SCS9023流阻测试（EN 29053）电子速度控制器标定杯可调样品夹具可替换凸轮直径100mm管体，包括活塞和齿轮传动电机1/2“麦克风及附件专业后处理软件Flow Resistivity：流阻测试系统73 copyright T&S Technology-2012SCS 9028 开孔

44、孔隙率测试适用于开孔性材料测试，如 纤维、毛毡、泡沫等高精度驱动控制，微米级空腔压力差为0.3-1 mm Hg之间测试精度优于 1%Porosity：开孔率测试系统74 copyright T&S Technology-2012SCS 9025 弯曲率测试系统（No Std）圆柱形水箱、测量箱试样夹具、电极、管路及连接件桌面型宽频带功率推动器，带有高、低通滤波器专业测量分析软件包Turtuosity：弯曲率测试系统75 copyright T&S Technology-2012PAM-RC RoKCell software determine parameters related to vis

45、co-inertial and thermal dissipation inside a porous material following JCAL(Johnson Champoux Allard Lafarge)model.It allows for the determination of 5 parameters:the static air flow resistivity,the high frequency limit of the dynamic tortuosity,the viscous and thermal characteristic lengths the stat

46、ic thermal permeability.It is“unique”for 2 reasons:the implemented method consists in an analytical inversion of all non-directly measurable parameters:it does not rely on any curve fitting;method described by Panneton&Olny in their 2006 and 2008 publications.It allows the determination of the stati

47、c thermal permeability:a parameter introduced by Lafarge et al.to improve the description of the thermal dissipation inside porous media.PAM-RC Software76 copyright T&S Technology-2012PAM-RC RoKCell softwareRoKCell main panel:IN the example it shows Normal incidence absorption coefficient measured v

48、s.estimated resultscharacterization windows for visco-inertial(tortuosity,viscous characteristic length)main parameter is complex mass density.Characterization windows for thermal parameters(thermal characteristic length,static thermal permeability)main parameter is Bulk modulusPAM-RC Software77 cop

49、yright T&S Technology-2012PAM-RC RoKCell software-How it works?As simple as 1,2 and 3Preliminary:Get Kundt tube data:Complex impedance,TL,complex mass density and Bulk modulusGet Open porosity or try a first guess(0.8 to 0.9)Step 1Adjust cursors in the characterization windows for visco-inertial(tor

50、tuosity,viscous characteristic length)main parameter is complex mass density in the low frequency range until obtaining a good correspondance between experimental data and theoretical ones Step 2Adjust cursors in the Characterization windows for thermal parameters(thermal characteristic length,stati