1、引言
洗碗机中通常采用吸音棉等材料进行保温和隔音，但使用场景中，其功能以保温为主，对消音降噪的功能偏弱。本文重点研究了现有结构状态下，如何改善洗碗机中吸音棉的隔音降噪性能，从原理上解释和改善吸音棉的应用方法。重点研究如何将洗碗机中吸音棉的消声降噪性能发挥出来，利用洗碗机内胆、外壳、夹层吸音棉等多层结构的复合隔声特性，在上发挥降噪能力。
2、多层隔声结构工作原理
多层隔声结构工作原理是：当声波入射到层板时，激起层板振动，墙板的振动向板间空气层辐射声音，声波在夹层中继续衰减前进，再次激发第二层墙板振动，由于第二层墙板向邻室空间辐射声音。由于声波经过多次反射而使声强逐级衰减的缘故，所以除了墙板本身的因素外，还附加了较大的空气层衰减，从而使墙板总的隔声量提高。
当在两层板之间填充吸音棉时，由于空气振动引起纤维材料的振动，空气声能量转换为热能量耗散掉，从而起到消声的作用。吸音棉的消声作用的在于声能量必须在吸音棉材料中多次反复传播，才能大幅度获得衰减。如今仅仅穿过便从缝隙逃逸掉，就不能实现有效降噪。
两块板和夹层空气（或其他填充物）组成的多层隔声结构，可以看成是“质量-弹簧-质量”系统，该系统的固有频率可以表示为：
式中，M1、M2分别是两个板的面密度，d是两个板之间的吸音棉厚度。
从式（1）中可以得出，多层隔声结构的固有频率，与吸音棉的密度以及厚度相关。密度越大，隔声固有频率越高。填充高密度吸音棉有助于改善多层隔声系统的隔声量。
作为多层隔声结构中的关键因子，“弹簧”系统材料的密度及材料中的声速，决定了在双层板墙结构中声阻特性。采用单纯吸音棉材质，和采用空气层+吸音棉层结构，对噪声的衰减会有明显的差异。
3、洗碗机中的多层隔声结构
洗碗机中从外至内有外壳+吸音棉+内胆，其中吸音棉夹在两层金属钣金之间。在传统设计中，由于保温的需要，通常紧紧约束在内胆上，距离外壳有5～10mm的间隙。洗碗机的噪声由内部水流冲击内胆而产生，声能量穿过内胆和吸音棉后，直接通过外壳与吸音棉之间的间隙逃逸掉（由于洗碗机结构限制，无法将间隙设计成密封空气层）。声能量基本没有机会从外壳反射回来，再次进入到吸音棉进行能量耗散，从而产生多次反射实现消声降噪。如图1所示。
图1 传统洗碗机多层复合隔声结构示意图
根据理论计算，传统多层隔声结构情况下，隔声量的主要作用是内胆+吸音棉的隔声量，复合隔声量如公式（2）所示：
为了解决传统隔声设计中噪声逃逸问题，重新修改了降噪方案，将外壳和吸音棉做紧密接触，确保外壳、吸音棉、内胆之间没有空隙的存在。从而实现双层金属板内部空间完全填充吸音棉的方案，将系统设计为真正的多层复合隔声系统。如图2所示。
图2 传统洗碗机多层复合隔声结构示意图
理论分析可知，重新设计多层复合隔声结构后，两层钣金结构组成双层隔声墙。中间填充的吸音棉材料具有较高的ρc声阻特性，因此会对噪声产生较大的能量衰减。从理论上分析，双层钣金中间完全填充吸音棉，比留出空气层结构，对中高频段噪声具有更好的衰减作用。
4、多层隔声结构在驻波管中的测试
为了验证前述理论分析，对多层隔声装置在不同安装位置情况下的隔声量进行了对比测试。测试结果如图3所示，带空腔的结构对比不带空腔结构的隔声量测试结果。从对比结果来看，不带空腔结构的多层隔声装置，在中高频段隔声量明显优于带空腔结构。
图3 不同吸音棉组合方式下的多层结构隔声量
尤其在中高频段（3200～5800Hz），完全填充吸音棉（不带空腔结构）后，噪声隔声量增加3～4dB左右。因此在该种隔声结构情况下，预期整机的隔声降噪性能将会有明显的提升。
5、洗碗机整机测试
在洗碗机中，传统吸音棉作为保温材料放置在内胆周围，只作为辅助行材料进行隔音降噪。根据理论分析，吸音棉材料只有填充到内胆与外壳之间，才能有效起到消耗噪声能量的作用。根据该研究结论，对洗碗机的吸音棉安装方式重新进行了设计。如图1中，原始状态吸音
图4 不同吸音棉组合方式下整机噪声值
通过对比发现，原始状态下在中高频段噪声值高2～3dB，调整结构后实现内胆与外壳之间充满吸音棉，噪声降低明显。
6、结论
通过研究发现，在洗碗机等家电产品的设计中，普遍存在隔音方案的误区，认为材料的增加是降低噪声的有效的方案。忽略了合理利用材料组装方式，从原理上无法实现降噪效果。本文通过合理改善多层材料组合方式，实现了中高频段2～3dB的降噪效果。总结如下：
（1）在不增加隔音材料的情况下，仅仅通过优化隔声材料的组合方式，合理布局钣金材料与吸音棉材料，实现噪声源与外部空间的不同介质多次反射和消耗，才是有效降噪的方案。
（2）在洗碗机等家电产品中，内胆和外壳之间的双层隔声结构，填充吸音棉时，需要确保吸音棉与内胆和外壳都有紧密接触。尽量避免出现孔洞缝隙，否则降噪效果会大大降低。
参考文献
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