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殘響室法吸音率驗證技術介紹
  • 發布年度:2016
  • 主要類別:振動噪音
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 技術服務處 林名宏

    車輛內裝除了視覺與觸覺質感外,駕駛過程中的聲音表現一直是消費者購買的重要指標之一,為了達到良好寧靜感與舒適度,整車在設計開發過程中必須就不同部位考量不同吸隔音材使用與配置。內裝材的設計需求須兼顧吸隔音、輕量化與環保再生,因此須透過製程開發與參數調校才可達到規格要求,其中吸、隔音性能更是重要的驗證項目。

    美國材料試驗協會(American Society for Testing and Materials, ASTM)與國際標準化組織(International Organization for Standardization, ISO)均對吸隔音材制定相關驗證標準,大致可分為阻抗管法與殘響室法(架構如圖1),前者優點為樣品成本低、評價方式經濟且快速,後者優點為試驗結果較符合實際使用情況。

    阻抗管 殘響室
    圖1. 吸音率量測設備示意圖

    殘響室是一個接近擴散聲場的聲學環境,當音源在此環境產生聲音時將使聲能呈現均勻分佈,切斷音源瞬間聲音不會馬上消失,而是隨能量經過數次的反射後逐漸衰減,直至達環境背景噪音為止。以此方法所測得的聲學特性稱為隨機入射吸音率(Random incidence sound absorption coefficients),其計算原理即在有、無放置吸音材料的殘響室內,比較各別聲音衰減60分貝所需的殘響時間差(如圖2),可由式(1)沙賓公式(Sabine’s Formula)計算各頻率的吸音率。

    圖2. 利用衰減曲線計算殘響時間
    其中:
    α為吸音率
    S為測試件表面積(m2)
    V為殘響室容積(m3)
    T1為有試片時的殘響時間(s)
    T2為無試片時的殘響時間(s)

    由上式可利用殘響室內有無測試件的時間差、殘響室容積、經驗係數0.161與測試件表面積即可計算吸音率。值得一提的是,以聲源由不同方向入射至吸音材的殘響室法,其吸音率結果雖然較符合實際狀態,但國際標準所規範殘響室的空間(至少需200 m3)與測試件面積均較大(10 m2~12 m2),對規則形狀的吸音素材而言,以標準尺寸在殘響室內測試並無太大問題,但對大部分已成型的車用內裝材而言,可能需準備數個同型款式方可符合規範要求,因此測試成本與時間較不符合實際需求。

    近幾年逐漸有小型殘響室被開發並應用於內裝材料吸音性能驗證,市場上較知名產品如Rieter「Alpha Cabin」(名稱來源自於吸音率α,如圖3所示)已被數家歐美國際車廠採用。相較於動輒200 m3起跳的標準容積,小型殘響室所需空間僅需6.5~26 m3,且其測試件面積只需1 m2~1.2 m2,對於車用吸隔音材(防火牆、門板、地毯等)的準備上無需另外籌備大尺寸之測件,更有助於降低測試成本與時間,較符合實際需求。

    圖3. Rieter Alpha Cabin & ISOKELL實體圖
    圖片來源:http://www.autoneum.com/products/measurement-systems

    就小型殘響室的設計要求,目前雖尚未有明確的標準或規範,但相關原則仍可參考如ISO 354、SAE J1400等國際規範;目前車輛中心(ARTC)即以上述標準為基礎自行建置一款小型殘響室(如圖4),截止頻率為400 Hz,其設計架構為牆面互不平行的七面體,可用的頻率範圍內亦具備20階以上的聲學模態,以避免空間內產生駐波,並符合殘響室對均勻音場的要求 (圖5),所量測均質吸音材的曲線結果亦與標準殘響室相當(如圖6)。

    圖4. 小型殘響室示意圖
     
    圖5. 小型殘響室聲壓均勻分布示意圖
     
    圖6. 殘響室法吸音率量測結果

    ARTC振動噪音檢測實驗室持續關注國內外對材料吸隔音的量測技術之發展趨勢,並擁有檢測系統整合及開發的能力,迄今已協助多家業者建置吸音率、傳輸損失之量測設備;如今新建置小型殘響室部分可以提供國內外業者相關檢測服務,若您有相關測試需求,請您連繫振動噪音課 林名宏先生047-812222 ext.2414、nill@artc.org.tw

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