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1、引言

洗碗機中通常采用吸音棉等材料進行保溫和隔音，但使用場景中，其功能以保溫為主，對消音降噪的功能偏弱。本文重點研究了現有結構狀態下，如何改善洗碗機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用方法。重點研究如何將洗碗機中吸音棉的消聲降噪性能發揮出來，利用洗碗機內膽、外殼、夾層吸音棉等多層結構的復合隔聲特性，在最大程度上發揮降噪能力。

2、多層隔聲結構工作原理

多層隔聲結構工作原理是：當聲波入射到第一層板時，激起第一層板振動，墻板的振動向板間空氣層輻射聲音，聲波在夾層中繼續衰減前進，再次激發第二層墻板振動，由于第二層墻板向鄰室空間輻射聲音。由于聲波經過多次反射而使聲強逐級衰減的緣故，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。

當在兩層板之間填充吸音棉時，由于空氣振動引起纖維材料的振動，空氣聲能量轉換為熱能量耗散掉，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，就不能實現有效降噪。

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

式中，M1、M2分別是兩個板的面密度，d是兩個板之間的吸音棉厚度。

從式（1）中可以得出，多層隔聲結構的固有頻率，與吸音棉的密度以及厚度相關。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的隔聲量。

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

3、洗碗機中的多層隔聲結構

洗碗機中從外至內有外殼+吸音棉+內膽，其中吸音棉夾在兩層金屬鈑金之間。在傳統設計中，由于保溫的需要，通常緊緊約束在內膽上，距離外殼有5～10mm的間隙。洗碗機的噪聲由內部水流沖擊內膽而產生，聲能量穿過內膽和吸音棉后，直接通過外殼與吸音棉之間的間隙逃逸掉（由于洗碗機結構限制，無法將間隙設計成密封空氣層）。聲能量基本沒有機會從外殼反射回來，再次進入到吸音棉進行能量耗散，從而產生多次反射實現消聲降噪。如圖1所示。

圖1 傳統洗碗機多層復合隔聲結構示意圖

根據理論計算，傳統多層隔聲結構情況下，隔聲量的主要作用是內膽+吸音棉的隔聲量，復合隔聲量如公式（2）所示：

為了解決傳統隔聲設計中噪聲逃逸問題，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、內膽之間沒有空隙的存在。從而實現雙層金屬板內部空間完全填充吸音棉的方案，將系統設計為真正的多層復合隔聲系統。如圖2所示。

圖2 傳統洗碗機多層復合隔聲結構示意圖

理論分析可知，重新設計多層復合隔聲結構后，兩層鈑金結構組成雙層隔聲墻。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，比留出空氣層結構，對中高頻段噪聲具有更好的衰減作用。

4、多層隔聲結構在駐波管中的測試

為了驗證前述理論分析，對多層隔聲裝置在不同安裝位置情況下的隔聲量進行了對比測試。測試結果如圖3所示，帶空腔的結構對比不帶空腔結構的隔聲量測試結果。從對比結果來看，不帶空腔結構的多層隔聲裝置，在中高頻段隔聲量明顯優于帶空腔結構。

圖3 不同吸音棉組合方式下的多層結構隔聲量

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

5、洗碗機整機測試

在洗碗機中，傳統吸音棉作為保溫材料放置在內膽周圍，只作為輔助行材料進行隔音降噪。根據理論分析，吸音棉材料只有填充到內膽與外殼之間，才能有效起到消耗噪聲能量的作用。根據該研究結論，對洗碗機的吸音棉安裝方式重新進行了設計。如圖1中，原始狀態吸音

圖4 不同吸音棉組合方式下整機噪聲值

通過對比發現，原始狀態下在中高頻段噪聲值高2～3dB，調整結構后實現內膽與外殼之間充滿吸音棉，噪聲降低明顯。

6、結論

通過研究發現，在洗碗機等家電產品的設計中，普遍存在隔音方案的誤區，認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，從原理上無法實現最優降噪效果。本文通過合理改善多層材料組合方式，實現了中高頻段2～3dB的降噪效果。總結如下：

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

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

參考文獻

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[2] 馬大猷，沈?. 聲學手冊[M]. 北京：科學出版社，1983.

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