吸声结构设计方法、吸声结构及声学包结构

摘要

本发明公开一种吸声结构设计方法、吸声结构及声学包结构，该吸声结构设计方法包括获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，根据所述目标频率和所述声压级大小确定目标吸声系数；确定吸声结构对应的待测参数范围；基于所述目标频率和目标吸声系数，对所述待测参数范围的结构参数进行测试，获取目标结构参数；根据所述目标结构参数，制作与所述车辆噪声源相对应的吸声结构，该方法可有效控制车辆噪声源的传播，提高降噪效果，且可同时满足车辆轻量化的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源车声学包装领域，尤其涉及一种吸声结构设计方法、吸声结构及声学包结构。

背景技术

为了满足人们对乘车舒适性日益增大的需求，同时提高整车的市场竞争力，降低车内噪声尤为重要。通过对整车车辆噪声源进行分析可知，动力总成部分是新能源车车内噪声主要来源，降低噪声的方法主要有以下三种：在车辆噪声源处进行控制、在传播过程中进行控制以及在接收者处采取保护措施。针对动力总成噪声最常用的方法就是在其传播路径上进行控制，通过设计声学包来阻隔车辆噪声源的传播，主要方法有吸声、隔声和阻尼减振等。

传统的声学包设计，是将吸隔声材料或阻尼材料等多种吸隔声材料的组合，以达到阻隔车辆噪声源噪声的目的。根据质量定律，材料组合的密度越大，隔声效果越好，但是密度较大的声学包设计无法满足车辆轻量化需求。同时，由于吸隔声材料的声学性能，只能在某一个频段内有一定的降噪效果，无法根据车辆噪声源的特定频率点对车辆噪声源进行很好的能量消耗，降噪效果不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种吸声结构设计方法、吸声结构及声学包结构，以解决采用材料组合方式阻隔噪声存在的降噪效果不佳的问题。

第一方面，提供一种吸声结构设计方法，包括：

获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，根据所述目标频率和所述声压级大小确定目标吸声系数；

确定吸声结构对应的待测结构参数范围；

基于所述目标频率和目标吸声系数，对所述待测结构参数范围的结构参数进行测试，获取吸声结构对应的目标结构参数；

根据所述目标结构参数制作所述吸声结构，以通过所述吸声结构实现降噪。

第二方面，提供一种吸声结构，包括：吸声本体、设置在所述吸声本体内的吸声空腔和颈部短管，所述颈部短管用于连通所述吸声空腔和外部空间；所述颈部短管的直径小于所述吸声空腔的直径所述吸声结构按照第一方面所述吸声结构设计方法确定的目标结构参数制作

第三方面，提供一种声学包结构，包括至少一个第二方面所述的吸声结构。

上述吸声结构设计方法、吸声结构及声学包结构中，通过获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，以根据目标频率和声压级大小确定目标吸声系数，再通过确定吸声结构对应的待测参数范围，以便基于目标频率和目标吸声系数，对待测参数范围的结构参数进行测试，获取吸声结构对应的目标结构参数，再根据目标结构参数制作吸声结构，以通过该吸声结构对车辆噪声源对应的目标频率下的噪声进行降噪，实现对车辆噪声源的特定噪声频率点进行有效的能量消耗。同时，通过不同结构参数的吸声结构吸收不同频带的噪声，相比传统仅根据增加多种材料组合的密度实现对不同频带的降噪，可有效满足汽车轻量化的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中吸声结构的一示意图；

图2是本发明一实施例中声学包结构的一示意图。

图3是本发明一实施例中吸声结构设计方法的一流程图；

图4是图3中步骤S10的一具体流程图；

图5是图3中步骤S30的一具体流程图；

图6是图5中步骤S33的一具体流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的吸声结构设计方法可应用在不同的车辆中，用于有效控制车辆噪声源的传播，提高降噪效果，且可同时满足车辆轻量化的要求。

在一个实施例中，提供了一种吸声结构，该吸声结构的结构示意图可以如图1所示。该吸声结构包括吸声本体、设置在吸声本体内的吸声空腔和颈部短管，颈部短管用于连通吸声空腔和外部空间，颈部短管的直径小于吸声空腔的直径，该吸声结构按照下述吸声结构设计方法确定的目标结构参数进行制作。

如图1所示，该吸声结构10包括吸声本体101、设置在吸声本体内的吸声空腔102和颈部短管103，颈部短管103用于连通吸声空腔102和外部空间，吸声结构中的颈部短管103的直径小于吸声空腔102的直径，以形成一共振吸声结构，当声波入射时，颈部短管103内的空气与吸声空腔102内的空气之间产生剧烈共振克服摩擦力，以使声波在传播过程中的声能不断被转化为其他形式的能量，从而消耗声能，使噪声衰减。

由于吸声结构中，外部空间与吸声腔体通过颈部短管连接，当声波通过颈部短管传播时，由于流通截面狭窄，颈部短管内空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦阻力更大，使声能剧烈转化为热能。当声波入射频率与吸声结构本身的频率一致时，颈部短管内的空气与吸声腔体内的空气之间产生剧烈共振，加强声能吸收效应，从而消耗声能，使噪声衰减，以提高降噪效果。

本实施例中，通过按照下述吸声结构设计方法确定的目标结构参数进行制作吸声结构以调节共振频率的大小，从而达到吸收特定频带(即目标频率)的噪声的目的。

在一个实施例中，该吸声结构中的吸声本体采用聚氨酯双层结构、聚氨酯单层结构或聚氨酯复合结构。

具体地，根据不同的车辆噪声源的频率特性，选取不同吸声系数的吸隔声材料，以通过不同的吸声材料(或材料组合)实现吸声效果。

本实施例中，聚氨酯双层结构包括具有密度梯度的发泡聚氨酯材料，表面是具有一定厚度的自结皮层，低密度的自结皮层主要起吸声作用，高密度的自结皮层主要起隔声作用。聚氨酯单层结构包括带有无纺布的发泡聚氨酯材料，以起到吸声和隔热的作用。聚氨酯复合结构包括聚氨酯发泡材料和毛毡的复合材料，以起到吸声和隔声的作用。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种声学包结构，该声学包结构包括至少一个吸声结构。

如图所示，该声学包结构包括至少一个吸声结构10,需要说明的是，该声学包结构所采用的材料与吸声结构10中吸声本体所采用的材料保持一致，以通过不同的吸隔声材料(或材料组合)与吸声结构结合实现降噪效果。

本实施例中，该声学包结构可根据不同的车辆噪声源进行设计，通过将至少一个吸声结构并联，并将该声学包结构包裹在对应的车辆噪声源上，以达到针对不同车辆噪声源的频率特征进行有针对性降噪的目的，提高降噪效果。

在一实施例中，如图3所示，提供一种吸声结构设计方法，包括如下步骤：

S10：获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，根据目标频率和声压级大小确定目标吸声系数。

其中，目标频率指采集车辆噪声源在主要噪声传递方向(或传递路径)上的频率组成中的噪声能量较高的频率范围或噪声峰值对应的频率。目标吸声系数是用于后续测试吸声结构的吸声系数的标准值。声压级是表征声音强度相对大小的指标。具体地，根据目标频率和声压级大小，然后根据经验按照车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，确定一期望的降噪量。示例性地，当前车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小分别为700HZ、80dB，根据然后根据经验确定此时期望的降噪量为60dB，再根据该期望的降噪量即60dB，确定一目标吸声系数，即20/80＝0.25。需要说明的是，此处确定目标吸声系数的表述仅做举例说明，并不限定。

本实施例中，车辆噪声源包括但不限于发动机、电机控制器和变速器。

具体地，由于目前的材料组合方式只能对噪声的能量进行中高频衰减或者全频段等副衰减，一些特殊材料也是只针对一个宽频信号有较好的吸声效果，如吸音棉对高频噪声有较好的吸声效果，但对一些带宽较窄且能量较集中的车辆噪声源(如发动机)，材料组合方式并不能对该车辆噪声源的噪声具有较好的吸声效果，即其降噪效果不佳。本实施例中，通过获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，根据目标频率和声压级大小确定目标吸声系数，以有效针对车辆噪声源的频率特征等噪声特性，制造与该噪声特性相对应的吸声结构，以实现对车辆噪声源进行针对性降噪。

在一实施例中，如图4所示，步骤S10中，即获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，根据目标频率和声压级大小确定目标吸声系数，具体包括如下步骤：

S11：确定车辆噪声源对应的目标传递路径。

其中，由于不同噪声传递路径对应的频率组成不同，故本实施例中，需确定车辆噪声源对应的目标传递路径，以有针对性的根据目标传递路径对应的频率特征，制造相应的吸声结构，以实现对该车辆噪声源的噪声进行能量消耗，以提高降噪效果。

本实施例中，由于噪声传递路径较多，可先确定车辆噪声源的目标传递路径，以便根据该目标传递路径对应的频率特征，确定对应的目标频率。示例性地，对于车辆噪声源的目标传递路径的确定可按如下方法确定：可通过在车辆噪声源(如发动机)和车辆内噪声测试点(如司机右耳位置)布置声音传感器，在噪声传递点(如车门、地板)布置振动传感器以采集噪声数据，并将声音传感器和振动传感器所采集到的噪声数据转换为频谱，通过对比同一工况下(如怠速、40km/h)车辆噪声源和车辆内噪声测试点对应的频谱，确定该车辆噪声源与车辆内噪声测试点之间的相关性较大的相关频率(如100-200Hz)，根据该相关频率，确定噪声传递点对应的频谱中，将相关频率对应的噪声能量最大者确定为目标传递点，以根据该目标传递点确定目标传递路径，即车辆噪声源发出的噪声通过目标传递点传递到车辆内噪声测试点的目标传递路径。

S12：根据目标传递路径对应的频率特征，确定目标频率。

具体地，不同噪声传递路径对应的频率特征不同，针对目标传递路径对应的频率特征进行分析，以确定目标频率。示例性地，若目标传递路径对应的频率特征中存在一噪声峰值，该噪声峰值对应的噪声能量远高于其他频率特征对应的噪声能量，则可将该噪声峰值对应的频率作为目标频率。若目标传递路径对应的频率特征中，该噪声传递路径对应的噪声能量较为集中，则可将噪声能量集中的部分对应的频率范围作为目标频率。

本实施例中，通过获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，以便根据目标频率和声压级大小确定目标吸声系数，便于后续根据该设定的目标频率和目标吸声系数，对待测参数范围的结构参数进行测试，获取吸声结构对应的目标结构参数，从而实现对不同频带的噪声进行降噪。

S20：确定吸声结构对应的待测参数范围。

其中，待测参数范围是根据实际情况预估的结构参数范围。本实施例中，吸声结构对应的结构参数包括颈部短管对应的结构参数(如颈部短管的长度和直径)和吸声空腔对应的结构参数(如吸声空腔直径和吸声空腔深度)。

30：基于目标频率和目标吸声系数，对待测参数范围的结构参数进行测试，获取吸声结构对应的目标结构参数。

其中，待测参数范围包括颈部短管对应的第一几何参数范围和吸声空腔对应的第二几何参数范围。第一几何参数范围可包括颈部短管直径和颈部短管长度对应的取值范围。第二几何参数范围可包括吸声空腔直径和吸声空腔深度对应的取值范围。

由于吸声结构中，外部空间与吸声腔体通过颈部短管连接，当声波通过颈部短管传播时，细长状的颈部短管(即颈部短管的直径小且颈部短管长度长)，由于流通截面狭窄，颈部短管内空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦阻力更大，使声能剧烈转化为热能。当声波入射频率与吸声结构本身的频率一致时，颈部短管内的空气与吸声腔体内的空气之间产生剧烈共振，加强声能吸收效应，从而消耗声能，使噪声衰减。本实施例中，通过调节吸声结构的目标结构参数以调节共振频率的大小，从而吸收不同频带的噪声。

具体地，通过选取待测参数范围内不同的结构参数进行测试，以确定与目标频率和目标吸声系数相对应的目标结构参数，以便根据该目标结构参数制作吸声结构，通过该吸声结构实现针对性降噪，以提高降噪效果。

在一实施例中，待测参数范围包括第一几何参数范围和第二几何参数范围；如图5所示，步骤S30中，即基于目标频率和目标吸声系数，对待测参数范围的结构参数进行测试，获取吸声结构对应的目标结构参数，具体包括如下步骤：

S31：循环从第一几何参数范围和第二几何参数范围中选取第一目标参数和第二目标参数作为一组待测试参数组。

其中，第一目标参数是指从第一几何参数范围内选取的颈部短管直径和颈部短管长度。第二目标参数是指从第二几何参数范围内选取的吸声空腔直径和吸声空腔深度。从第一几何参数范围和第二几何参数范围中任意选取的一个第一目标参数和一个第二目标参数作为一组待测试参数组，以便利用该待测试参数组进行后续的测试。

S32：确定待测试参数组对应的最大吸声系数和测试频率点。

具体地，在确定任一组待测试参数组之后，对该待测试参数组进行，以确定该待测试参数组对应的不同吸声峰值和带宽的吸声特性曲线，从而确定待测试参数组对应的最大吸声系数和测试频率点。

在一种实施方式中，确定待测试参数组对应的吸声系数和测试频率点可以采用模拟仿真测试或者实际样件测试确定。例如，在实际样件测试过程中，先基于该待测试参数组构建吸声结构的实际样件，利用该实际样件进行测试，以确定其对应的吸声特性曲线，根据该吸声特性曲线确定对应的最大吸声系数和测试频率点。

在一种实施方式中，确定待测试参数组对应的吸声系数和测试频率点可以采用综合理论分析进行确定，即步骤S32中，即确定待测试参数组对应的最大吸声系数和测试频率点包括：根据声学模型对待测试参数组进行处理，确定待测试参数组对应的最大吸声系数和测试频率点。

其中，声学模型包括如下公式：

上述公式中：Z

S33：若最大吸声系数与目标吸声系数相匹配，且测试频率点与目标频率相匹配，则获取目标结构参数。

具体地，若最大吸声系数与目标吸声系数相匹配，且测试频率点与目标频率相匹配，可以理解为最大吸声系数在所设定的目标吸声系数内，且测试频率点在所设定的目标频率内，则获取吸声结构对应的目标结构参数。

本实施例中，通过选取待测参数范围内不同的结构参数进行测试，即分别从第一几何参数范围和第二集合参数范围循环选取不同的待测试参数组进行测试，再根据所选取的待测试参数组进行计算，确定所选取的结构参数组对应的最大吸声系数和对应的频率，以便根据最大吸声系数和对应的频率判断是否满足设定的目标频率和目标吸声系数，进而获取吸声结构对应的目标结构参数，以便根据该目标结构参数制作吸声结构，通过该吸声结构实现降噪。

在一实施例中，步骤S32之后，该吸声结构设计方法还包括：S34：若最大吸声系数与目标吸声系数不相匹配，或者测试频率点与目标频率不相匹配，则重复执行循环从第一几何参数范围和第二几何参数范围中选取第一目标参数和第二目标参数作为一组待测试参数组的步骤。

具体地，最大吸声系数与目标吸声系数不相匹配，或者测试频率点与目标频率不相匹配，则重复执行循环从第一几何参数范围和第二几何参数范围中选取第一目标参数和第二目标参数作为一组待测试参数组的步骤，以实现循环测试第一几何参数范围和第二几何参数范围中的结构参数，以获取满足条件的目标结构参数。

S40：根据目标结构参数，制作与车辆噪声源相对应的吸声结构。

具体地，根据目标结构参数制作与车辆噪声源相对应的吸声结构，以通过该吸声结构对车辆噪声源对应的目标频率下的噪声进行针对性降噪，实现对车辆噪声源的特定噪声频率点进行有效的能量消耗，提高降噪效果。同时，通过不同结构参数的吸声结构吸收不同频带的噪声，相比传统根据增加多种材料组合的密度实现对不同频带的降噪，可有效满足汽车轻量化的需求。

本实施例中，通过获取车辆噪声源对应的目标频率和声压级大小，根据目标频率和声压级大小确定目标吸声系数以及确定吸声结构对应的待测参数范围，以便基于目标频率和目标吸声系数，对待测参数范围的结构参数进行测试，获取吸声结构对应的目标结构参数，再根据目标结构参数制作吸声结构，以通过该吸声结构对车辆噪声源对应的目标频率下的噪声进行降噪，实现对车辆噪声源的特定噪声频率点进行有效的能量消耗，提高降噪效果。同时，通过不同结构参数的吸声结构吸收不同频带的噪声，相比传统根据增加多种材料组合的密度实现对不同频带的降噪，可有效满足汽车轻量化的需求。

在一实施例中，如图6所示，步骤S33中，即若最大吸声系数与目标吸声系数相匹配，且测试频率点与目标频率相匹配，则获取吸声结构对应的目标结构参数，具体包括如下步骤：

S331：若最大吸声系数与目标吸声系数相匹配，且测试频率点与目标频率相匹配，则获取吸声结构对应的匹配结构参数。

其中，匹配结构参数是指其对应的最大吸声系数与目标吸声系数相匹配，且测试频率点与目标频率相匹配的结构参数。具体地，若最大吸声系数与目标吸声系数相匹配，且测试频率点与目标频率相匹配，则获取吸声结构对应的匹配结构参数。

S332：对匹配结构参数进行验证，将验证成功的匹配结构参数确定为目标结构参数。

具体地，将根据该匹配结构参数对应的吸声结构设计的声学包包裹在车辆噪声源上进行测试，采集测试噪声数据，将该测试噪声数据与未采用声学包包裹车辆噪声源所采集到的原始噪声数据进行对比分析，若测试噪声数据中的噪声峰值相比原始噪声数据中相同频率下的噪声峰值降低或消失，即可证明该匹配结构参数对应的吸声结构可实现降噪的效果，故将该验证成功的匹配结构参数确定为目标结构参数。

本实施例中，通过对满足设计条件(即满足设定的目标频率和目标吸声系数)的匹配结构参数进行验证，将验证成功的匹配结构参数确定为目标结构参数，以使根据目标结构参数制作吸声结构时，降噪效果更佳。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程 ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随单元存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM 以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。