圖1 以厚度為5mm的單片玻璃 （綠色曲線）為參照物，20℃時(shí)，由2.1mm玻璃層/PVB /2.1mm玻璃層（黑色曲線）構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃的聲音傳送損失量
首諾公司開(kāi)發(fā)的首孚信 Q系列新型隔音級(jí)別中間膜可有效改善標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃在隔音性能上的不足，從而降低車廂的噪聲級(jí)別，提高整體聲音質(zhì)量。當(dāng)代汽車工業(yè)，隔音技術(shù)正發(fā)揮著舉足輕重的作用。尤其是擋風(fēng)玻璃，糟糕的隔音性能使其成為汽車前部的“大缺陷”。
玻璃具有的吻合頻率使聲波在空氣中的傳播速度能與玻璃的彎曲波相吻合。當(dāng)達(dá)到吻合頻率時(shí)，聲波對(duì)玻璃振動(dòng)的產(chǎn)生發(fā)揮十分顯著的作用，而振動(dòng)的玻璃在達(dá)到或超過(guò)特定頻率時(shí)就變成了高效的聲輻射體。結(jié)果，玻璃變得對(duì)聲音透明，造成傳遞損失下垂，或稱“符合頻率下垂”。由于增加玻璃厚度不能有效解決符合頻率下垂，因此這一現(xiàn)象與質(zhì)量定律產(chǎn)生了很大偏差。
具有標(biāo)準(zhǔn)PVB中間膜和傳音功能的擋風(fēng)玻璃
標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃的構(gòu)造由兩片玻璃在高溫高壓下在中間夾入0.76mm標(biāo)準(zhǔn)PVB膠片制成，每片玻璃的厚度通常為2.3mm。
用PVB制成的鋼化玻璃和標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃具有不同的聲音傳送損失量（STL）但類似的聲透射性（見(jiàn)圖1）。雖然PVB膠片能減少玻璃的符合頻率下垂，但該現(xiàn)象仍然存在，并與質(zhì)量定律產(chǎn)生很大偏差。在頻率為1500～5000Hz的范圍內(nèi)發(fā)生時(shí)，就能聽(tīng)到風(fēng)噪聲并嚴(yán)重干擾語(yǔ)音識(shí)別度。
為了進(jìn)一步評(píng)測(cè)輕量化及其對(duì)隔音性能造成的后續(xù)影響，首諾公司生產(chǎn)出了不同厚度和/或重量的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃。改善標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃隔音性能的傳統(tǒng)方案是采用較厚的玻璃，厚的玻璃層雖然在中低頻率范圍內(nèi)具有較好的隔音性，但當(dāng)頻率達(dá)到1500Hz以上后，其隔音性與薄玻璃無(wú)明顯差別。另外，符合頻率下垂是傳遞風(fēng)、空氣和公路噪聲的重要因素，因此采取厚重的玻璃層不足以顯著改善車輛內(nèi)部的聲環(huán)境。
目前，設(shè)計(jì)厚度較薄的輕質(zhì)擋風(fēng)玻璃的一項(xiàng)方案是采用不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的玻璃。其外層玻璃厚度通常為2.1～2.3mm，能保持抗沖擊性，抵御砂石的撞擊；同時(shí)減少內(nèi)層玻璃厚度，可顯著減輕擋風(fēng)玻璃的重量，從而實(shí)現(xiàn)了合理的整體機(jī)械強(qiáng)度并減輕了重量，然而取得這些成果是以犧牲擋風(fēng)玻璃的隔音特性或汽車駕駛室內(nèi)的安靜為代價(jià)的。因此，為了制定合理的擋風(fēng)玻璃NVH解決方案，就有必要開(kāi)發(fā)一種新型中間膜，它在面臨共振及符合頻率下垂等標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃存在的基本性能問(wèn)題時(shí)，仍然能夠滿足特定性能指標(biāo)。
可控制車內(nèi)噪聲的增強(qiáng)型隔音擋風(fēng)玻璃
首諾公司在設(shè)計(jì)新型隔音中間膜時(shí)考慮的主要參數(shù)有：中間膜的動(dòng)態(tài)機(jī)械性能、PVB夾層玻璃的阻尼特性和聲波在擋風(fēng)玻璃內(nèi)的相互作用，以及研究范圍的頻率和使用溫度等；同時(shí)，必須滿足汽車工業(yè)中關(guān)于抗沖擊性方面的安全要求，這一要求限制了粘彈性聚合物材料的選擇，從而增加了隔音中間膜的設(shè)計(jì)難度。
此外，新型隔音擋風(fēng)玻璃還必須根據(jù)人們對(duì)車內(nèi)噪聲和隔音舒適度要求進(jìn)行優(yōu)化和校準(zhǔn)。人類聽(tīng)覺(jué)最敏感的范圍約為100～ 4000Hz，語(yǔ)音識(shí)別范圍為100～8000Hz，其中，500～ 8000Hz時(shí)的語(yǔ)音清晰度為95%，而1000～6000Hz時(shí)則為60%。
圖2 以厚度為5mm的單片玻璃（綠色曲線）為參照物，隔音中間膜 （藍(lán)色曲線）和標(biāo)準(zhǔn)PVB中間膜（黑色曲線）在20℃時(shí)的聲音傳送損失量
首孚信Q系列產(chǎn)品是首諾公司開(kāi)發(fā)的新型隔音級(jí)別中間膜，可以在設(shè)計(jì)新型擋風(fēng)玻璃夾層時(shí)顯著改善標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃在隔音性能上的不足（特別是吻合效應(yīng)和共振時(shí)），從而降低車廂的噪聲級(jí)別，提高整體聲音質(zhì)量。此中間膜用于擋風(fēng)玻璃，可改善玻璃的阻尼特性，使其不容易受到入射聲的影響，并使吻合效應(yīng)最小化。
通過(guò)比較隔音擋風(fēng)玻璃與標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃的聲傳遞特性（見(jiàn)圖2）發(fā)現(xiàn)，隔音中間膜對(duì)玻璃的吻合效應(yīng)具有重大影響。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)中間膜使鋼化玻璃的聲音傳送損失量提高3～4dB時(shí)，隔音中間膜的聲音傳送損失量則可超出標(biāo)準(zhǔn)膜7～8dB。因此，對(duì)吻合效應(yīng)的抑制有利于減少風(fēng)噪聲和外部空氣傳播的噪聲。
隔音擋風(fēng)玻璃的構(gòu)造、重量和隔音特性
為了進(jìn)行精確的降噪對(duì)比，研究人員先后對(duì)裝有標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃和隔音擋風(fēng)玻璃的四門轎車、SUV車型和小型貨車的前排座位頂部空間的噪聲聲壓級(jí)別進(jìn)行測(cè)試。所有測(cè)試車輛均采用氣動(dòng)引擎，在高速軌道上進(jìn)行，且氣候條件良好。首先記錄下車輛的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；然后再以隔音擋風(fēng)玻璃替換標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃，并在測(cè)量前風(fēng)干24h；最后，安裝好標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃并再次測(cè)量車輛基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。車輛運(yùn)行速度為80～161km/h，速度增量為16km/h。當(dāng)車輛以速度96km/h行進(jìn)時(shí)，隔音擋風(fēng)玻璃可降低風(fēng)噪及公路噪聲達(dá)6dB；另外，在低頻至中頻范圍內(nèi)，噪聲級(jí)別也明顯降低（見(jiàn)圖3）。安裝隔音擋風(fēng)玻璃后，清晰度指數(shù)（AI）可增至7，Zwicker響度可減少2宋。當(dāng)車輛以其他速度運(yùn)行時(shí)，其降噪和音質(zhì)改善的效果也與之類似。
圖3 車速為96km/h時(shí)，2007道奇SUV的前排座位頂部空間的車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)
設(shè)計(jì)既改善隔音又輕質(zhì)的擋風(fēng)玻璃
試驗(yàn)表明，較薄的隔音擋風(fēng)玻璃的隔聲表現(xiàn)要優(yōu)于較厚的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃。標(biāo)準(zhǔn)夾層玻璃的表面密度為12.3kg/m2，隔音夾層玻璃的為11.3kg/m2。盡管隔音夾層玻璃重量輕、厚度薄，但它在質(zhì)量控制的頻率范圍內(nèi)的隔聲效果可與較重的標(biāo)準(zhǔn)夾層相媲美，且在高頻率范圍內(nèi)能減少符合頻率下垂現(xiàn)象和隔斷更多的噪聲。這主要?dú)w功于隔音中間膜的高阻尼特性。上表列出了幾種隔音擋風(fēng)玻璃的結(jié)構(gòu)和減重的潛力。
研究員還在高速測(cè)試軌道上，對(duì)一輛安裝了隔音擋風(fēng)玻璃、重量已顯著減輕的SUV車型進(jìn)行隔音改善的驗(yàn)證。對(duì)SUV車上安裝的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃和隔音擋風(fēng)玻璃的測(cè)試結(jié)果表明，重量減少了15%的隔音擋風(fēng)玻璃可使風(fēng)噪和公路噪聲降低3～4dB。當(dāng)車速為112km/h、頻率范圍為20～1000Hz時(shí)，前排座位頂部空間的噪聲平均可降低0.85dB；而當(dāng)頻率范圍為1000～6000Hz時(shí)，噪聲平均可降低1.4dB。
當(dāng)更輕薄的擋風(fēng)玻璃已成汽車玻璃發(fā)展趨勢(shì)并大大降低車重時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)PVB中間膜在NVH方面的不足成為了安靜車內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)障礙。這一點(diǎn)在使用標(biāo)準(zhǔn)PVB中間膜作擋風(fēng)玻璃的柴油車上得到了證實(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)，擋風(fēng)玻璃可滿足任何汽車制造商的特殊需求，首孚信Q系列增強(qiáng)型隔音PVB中間膜使車廂環(huán)境更安靜，也因此成就了既節(jié)重又省油的薄型擋風(fēng)玻璃。
（轉(zhuǎn)載）
