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，在最大程度上发挥降噪能力。

2、多层隔声结构工作原理

多层隔声结构工作原理是：当声波入射到第一层板时，激起第一层板振动，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核心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。如今仅仅穿过一次便从缝隙逃逸掉，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最有效的方案。忽略了合理利用材料组装方式，从原理上无法实现最优降噪效果。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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