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1、引言

洗碗機(jī)中通常采用吸音棉等材料進(jìn)行保溫和隔音，但使用場景中，其功能以保溫為主，對消音降噪的功能偏弱。本文重點(diǎn)研究了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，如何改善洗碗機(jī)中吸音棉的隔音降噪性能，從原理上解釋和改善吸音棉的應(yīng)用方法。重點(diǎn)研究如何將洗碗機(jī)中吸音棉的消聲降噪性能發(fā)揮出來，利用洗碗機(jī)內(nèi)膽、外殼、夾層吸音棉等多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合隔聲特性，在最大程度上發(fā)揮降噪能力。

2、多層隔聲結(jié)構(gòu)工作原理

多層隔聲結(jié)構(gòu)工作原理是：當(dāng)聲波入射到第一層板時(shí)，激起第一層板振動，墻板的振動向板間空氣層輻射聲音，聲波在夾層中繼續(xù)衰減前進(jìn)，再次激發(fā)第二層墻板振動，由于第二層墻板向鄰室空間輻射聲音。由于聲波經(jīng)過多次反射而使聲強(qiáng)逐級衰減的緣故，所以除了墻板本身的因素外，還附加了較大的空氣層衰減，從而使墻板總的隔聲量提高。

當(dāng)在兩層板之間填充吸音棉時(shí)，由于空氣振動引起纖維材料的振動，空氣聲能量轉(zhuǎn)換為熱能量耗散掉，從而起到消聲的作用。吸音棉的消聲作用的核心在于聲能量必須在吸音棉材料中多次反復(fù)傳播，才能大幅度獲得衰減。如今僅僅穿過一次便從縫隙逃逸掉，就不能實(shí)現(xiàn)有效降噪。

兩塊板和夾層空氣（或其他填充物）組成的多層隔聲結(jié)構(gòu)，可以看成是“質(zhì)量-彈簧-質(zhì)量”系統(tǒng)，該系統(tǒng)的固有頻率可以表示為：

式中，M1、M2分別是兩個(gè)板的面密度，d是兩個(gè)板之間的吸音棉厚度。

從式（1）中可以得出，多層隔聲結(jié)構(gòu)的固有頻率，與吸音棉的密度以及厚度相關(guān)。密度越大，隔聲固有頻率越高。填充高密度吸音棉有助于改善多層隔聲系統(tǒng)的隔聲量。

作為多層隔聲結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵因子，“彈簧”系統(tǒng)材料的密度及材料中的聲速，決定了在雙層板墻結(jié)構(gòu)中聲阻特性。采用單純吸音棉材質(zhì)，和采用空氣層+吸音棉層結(jié)構(gòu)，對噪聲的衰減會有明顯的差異。

3、洗碗機(jī)中的多層隔聲結(jié)構(gòu)

洗碗機(jī)中從外至內(nèi)有外殼+吸音棉+內(nèi)膽，其中吸音棉夾在兩層金屬鈑金之間。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于保溫的需要，通常緊緊約束在內(nèi)膽上，距離外殼有5～10mm的間隙。洗碗機(jī)的噪聲由內(nèi)部水流沖擊內(nèi)膽而產(chǎn)生，聲能量穿過內(nèi)膽和吸音棉后，直接通過外殼與吸音棉之間的間隙逃逸掉（由于洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)限制，無法將間隙設(shè)計(jì)成密封空氣層）。聲能量基本沒有機(jī)會從外殼反射回來，再次進(jìn)入到吸音棉進(jìn)行能量耗散，從而產(chǎn)生多次反射實(shí)現(xiàn)消聲降噪。如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)洗碗機(jī)多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)理論計(jì)算，傳統(tǒng)多層隔聲結(jié)構(gòu)情況下，隔聲量的主要作用是內(nèi)膽+吸音棉的隔聲量，復(fù)合隔聲量如公式（2）所示：

為了解決傳統(tǒng)隔聲設(shè)計(jì)中噪聲逃逸問題，重新修改了降噪方案，將外殼和吸音棉做緊密接觸，確保外殼、吸音棉、內(nèi)膽之間沒有空隙的存在。從而實(shí)現(xiàn)雙層金屬板內(nèi)部空間完全填充吸音棉的方案，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為真正的多層復(fù)合隔聲系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)洗碗機(jī)多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)示意圖

理論分析可知，重新設(shè)計(jì)多層復(fù)合隔聲結(jié)構(gòu)后，兩層鈑金結(jié)構(gòu)組成雙層隔聲墻。中間填充的吸音棉材料具有較高的ρc聲阻特性，因此會對噪聲產(chǎn)生較大的能量衰減。從理論上分析，雙層鈑金中間完全填充吸音棉，比留出空氣層結(jié)構(gòu)，對中高頻段噪聲具有更好的衰減作用。

4、多層隔聲結(jié)構(gòu)在駐波管中的測試

為了驗(yàn)證前述理論分析，對多層隔聲裝置在不同安裝位置情況下的隔聲量進(jìn)行了對比測試。測試結(jié)果如圖3所示，帶空腔的結(jié)構(gòu)對比不帶空腔結(jié)構(gòu)的隔聲量測試結(jié)果。從對比結(jié)果來看，不帶空腔結(jié)構(gòu)的多層隔聲裝置，在中高頻段隔聲量明顯優(yōu)于帶空腔結(jié)構(gòu)。

圖3 不同吸音棉組合方式下的多層結(jié)構(gòu)隔聲量

尤其在中高頻段（3200～5800Hz），完全填充吸音棉（不帶空腔結(jié)構(gòu)）后，噪聲隔聲量增加3～4dB左右。因此在該種隔聲結(jié)構(gòu)情況下，預(yù)期整機(jī)的隔聲降噪性能將會有明顯的提升。

5、洗碗機(jī)整機(jī)測試

在洗碗機(jī)中，傳統(tǒng)吸音棉作為保溫材料放置在內(nèi)膽周圍，只作為輔助行材料進(jìn)行隔音降噪。根據(jù)理論分析，吸音棉材料只有填充到內(nèi)膽與外殼之間，才能有效起到消耗噪聲能量的作用。根據(jù)該研究結(jié)論，對洗碗機(jī)的吸音棉安裝方式重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)。如圖1中，原始狀態(tài)吸音

圖4 不同吸音棉組合方式下整機(jī)噪聲值

通過對比發(fā)現(xiàn)，原始狀態(tài)下在中高頻段噪聲值高2～3dB，調(diào)整結(jié)構(gòu)后實(shí)現(xiàn)內(nèi)膽與外殼之間充滿吸音棉，噪聲降低明顯。

6、結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn)，在洗碗機(jī)等家電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，普遍存在隔音方案的誤區(qū)，認(rèn)為材料的增加是降低噪聲的最有效的方案。忽略了合理利用材料組裝方式，從原理上無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)降噪效果。本文通過合理改善多層材料組合方式，實(shí)現(xiàn)了中高頻段2～3dB的降噪效果。總結(jié)如下：

（1）在不增加隔音材料的情況下，僅僅通過優(yōu)化隔聲材料的組合方式，合理布局鈑金材料與吸音棉材料，實(shí)現(xiàn)噪聲源與外部空間的不同介質(zhì)多次反射和消耗，才是有效降噪的方案。

（2）在洗碗機(jī)等家電產(chǎn)品中，內(nèi)膽和外殼之間的雙層隔聲結(jié)構(gòu)，填充吸音棉時(shí)，需要確保吸音棉與內(nèi)膽和外殼都有緊密接觸。盡量避免出現(xiàn)孔洞縫隙，否則降噪效果會大大降低。

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