研究生汽車噪聲控制-第六章消聲器(第十三次課)

第1章汽車聲學(xué)基礎(chǔ)第2章汽車振動基礎(chǔ)第3章汽車噪聲與振動的評價第4章噪聲與振動測量分析技術(shù)第5章噪聲與振動控制的基本原理和方法第一篇基礎(chǔ)篇

2023/2/22第二篇：汽車噪聲控制專題第6章消聲器原理及應(yīng)用第7章發(fā)動機(jī)噪聲與控制第8章汽車底盤噪聲及其控制第9章車身噪聲及控制第三篇：汽車振動控制專題第10章發(fā)動機(jī)整機(jī)振動與懸置第11章轉(zhuǎn)向輪擺振問題第12章汽車平順性與懸架＋討論課2學(xué)時;考試2學(xué)時2023/2/23第二篇：汽車噪聲控制專題2023/2/24第六章汽車消聲器

使用消聲器是控制氣流噪聲的主要技術(shù)措施。消聲器是一種抑止聲傳播而允許氣流通過的降噪裝置。若在空氣動力機(jī)械(風(fēng)機(jī))的輸氣管道中或汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣口安裝合適的消聲器就能使噪聲降低降低20～50dB。因此，消聲器廣泛用于各種風(fēng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、燃汽輪機(jī)及其它高速氣流排放的噪聲控制中。對汽車內(nèi)燃機(jī)的排氣噪聲控制問題，通常僅通過內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計的途徑來根治是十分困難的。最簡單而有效的降噪措施便是采用排氣消聲器。目前沒有無排氣消聲器的內(nèi)燃機(jī)作為動力的汽車。2023/2/25消聲器的種類很多，根據(jù)消聲原理，常用的消聲器有三大類：阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合性消聲器。消聲器可以有效改變氣流通道的聲阻抗，達(dá)到降低噪聲的目的。2023/2/26§6.1.1消聲器分類不同消聲器的消聲原理是不同的，消聲效果也不同。阻性消聲器是一種能量吸收性的消聲器，通過在氣流通過的途徑上固定多孔性吸聲材料，利用多孔吸聲材料對聲波的摩擦和阻尼作用將聲能量轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到消聲的目的。阻性消聲器適合于消除中、高頻的噪聲，消聲頻帶范圍較寬，對低頻噪聲的消聲效果較差。

§6.1消聲器分類與性能評價2023/2/27

抗性消聲器則利用聲波的反射和干涉效應(yīng)，通過改變聲波的傳播特性，達(dá)到消聲目的。主要適合于消除中、低頻的窄帶噪聲，而對寬帶高頻噪聲則效果較差。因此常用來消除內(nèi)燃機(jī)的排氣噪聲。2023/2/28

鑒于阻性消聲器和抗性消聲器各自的特點(diǎn)，因此常將它們組合成阻抗復(fù)合型消聲器，以同時得到高、中、低頻率范圍內(nèi)的消聲效果。如微穿孔板消聲器就是典型的阻抗復(fù)合型消聲器，其優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、耐腐蝕、阻力小等，缺點(diǎn)是加工復(fù)雜，造價高。隨著聲學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還有一些特殊類型的消聲結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。常用的還是阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合性消聲器這三種典型的消聲結(jié)構(gòu)。2023/2/296.1.2消聲器性能評價

評價消聲器性能時，應(yīng)綜合考慮聲學(xué)、空氣動力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求：

1、消聲器應(yīng)在工作氣流的溫度、流速和壓力條件下，在需要的頻率范圍內(nèi)具有良好的消聲效果，并且阻力損失小，即安裝消聲器不能明顯影響氣流暢通、降低氣體流量；

2、消聲器必須適應(yīng)其具體的工作環(huán)境，具有適當(dāng)?shù)耐庑魏托〉捏w積，結(jié)構(gòu)簡單便于制造和安裝，堅固耐用，工作可靠而且壽命長。2023/2/210

對消聲器提出的這些要求是互相影響和制約的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡，有所側(cè)重。例如，汽車內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器對阻力損失或功率損失以及體積有嚴(yán)格的要求，因此在設(shè)計時應(yīng)在滿足體積限制和功率損失盡可能小的前提下，提高消聲量，否則在汽車上就不宜采用。

評價消聲器的性能指標(biāo)主要有三項：消聲量、消聲頻率范圍及阻力損失。下面分別介紹。2023/2/2111、消聲量評價排氣消聲器的消聲量常用參數(shù)有：

插入損失D、隔聲量R、末端降噪量LNR。消聲器的插入損失是指在安裝消聲器前后空間某固定點(diǎn)所測得的聲壓級之差。例如測量汽車內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器的插入損失時，測點(diǎn)應(yīng)選在距排氣口0.5m處，傳聲器指向排氣口并與排氣口氣流軸向成45。夾角。為保持測點(diǎn)不變，未裝消聲器時應(yīng)加裝一節(jié)空管以使排氣口位置不變。可見插入損失的測量簡便易行，并反映了使用消聲器的實(shí)際降噪效果，因此該項指標(biāo)日漸多用。但應(yīng)注意插入損失不僅與消聲器有關(guān)，還與聲源特性、消聲器末端阻抗有關(guān)。2023/2/212

隔聲量也稱傳聲損失，它表示消聲器輸入、輸出噪聲能量的相對變化關(guān)系。定義為消聲器進(jìn)口的噪聲聲功率級與消聲器出口的噪聲聲功率級的差值。它是從構(gòu)件的隔聲性能的角度來反映構(gòu)件的消聲量，傳遞損失的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中W1為消聲器進(jìn)口的聲功率；W2為消聲器出口的聲功率；LW1為消聲器進(jìn)口的聲功率級；LW2為消聲器出口的聲功率級。2023/2/213式中Lp1為消聲器進(jìn)口處平均聲壓級；Lp2為消聲器出口處的平均聲壓級；S1為消聲器進(jìn)口處的截面積；S2為消聲器出口處截面積，單位為平方米。

研究發(fā)現(xiàn)，消聲器的傳聲損失LTL主要取決于消聲器本身所具有的特性，受聲源影響較小，在理論分析和設(shè)計計算時使用較方便。實(shí)際工程測試中，通常通過測量消聲器前后截面的平均聲壓級，再按下式計算獲得末端降噪量LNR：消聲器輸入端與輸出端的聲壓級之差。2023/2/2142．消聲的頻率范圍

僅知道消聲器的消聲量是不夠的，消聲量隨噪聲的頻率范圍的不同而不同。還必須了解消聲器的頻率特性，即在各頻率或頻帶上的消聲量。一般以倍頻程和l／3倍頻程來表示消聲器的頻率特性，進(jìn)行較深入的分析時，也可用窄帶譜來表示。消聲的頻率范圍就是指消聲量顯著的頻率或頻帶，這方面沒有統(tǒng)一的定量評價指標(biāo)。一般要求2023/2/215所消聲的有效頻帶范圍越寬越好；人敏感的頻率范圍應(yīng)有足夠的消聲量；聲源輻射噪聲大的頻段應(yīng)有較大的消聲量。這樣應(yīng)用消聲器降噪的效果就比較好。

3．阻力損失消聲器的空氣動力性能是評價消聲器性能好壞的另一項重要指標(biāo)，它反映了消聲器對氣流阻力的大小，也就是：安裝消聲器后輸氣是否通暢，對氣體量有無影響，壓力有無變化。消聲器的空氣動力性能具體用阻力損失表示。2023/2/216

阻力損失，簡稱阻損，是指氣流通過消聲器時，在消聲器出口端的流體全壓比進(jìn)口端降低的數(shù)值。（全壓等于靜壓+動壓，若動壓在進(jìn)出口是常數(shù)，則為靜壓之差）對于汽車內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器，通常用功率損失比來評價消聲器的空氣動力性能，它反映了消聲器的阻力損失對內(nèi)燃機(jī)性能的影響。消聲器的功率損失比定義為：內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況下不裝消聲器時的功率Pe1與裝消聲器后的功率Pe2之差和Pe1的比值，即一般要求功率損失比RN<5％。2023/2/2176.2阻性消聲器

一、原理及結(jié)構(gòu)種類阻性消聲器的消聲原理，就是利用吸聲材料的吸聲作用，使沿通道傳播的噪聲不斷被吸收而逐漸衰減。把吸聲材料固定在氣流通過的管道周壁，或按一定方式在通道中排列起來，就構(gòu)成阻性消聲器。當(dāng)聲波進(jìn)入消聲器中，會引起阻性消聲器內(nèi)多孔材料中的空氣和纖維振動，由于摩擦阻力和粘滯阻力，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散失掉，就起到消聲的作用。阻性消聲器應(yīng)用范圍很廣，它對中高頻范圍的噪聲具有較好的消聲效果。

2023/2/218最簡單的是單通道直管式阻性消聲器

2023/2/2192023/2/220二、隔聲量計算

在有關(guān)的文獻(xiàn)和著作中，計算阻性消聲器隔聲量的公式很多，但都不夠精確，一般均要用實(shí)測法得到隔聲量。在設(shè)計直管式阻性消聲器時，可按一些經(jīng)驗公式估算。不詳細(xì)介紹。2023/2/221三、阻性消聲器的設(shè)計步驟1)確定消聲器結(jié)構(gòu)型式。首先根據(jù)氣體流量和流速，計算所需的通流截面．然后再由截面的尺寸大小和現(xiàn)有空間來選定結(jié)構(gòu)型式。2）正確選用吸聲材料。吸聲材料的性能好壞，是決定消聲器聲學(xué)性能的重要因素。選用吸聲材料時，除考慮性能外，還要考慮消聲器的工作環(huán)境，如氣流速度、溫度、壓力、煙塵微粒含量、化學(xué)腐蝕性等。2023/2/2223)決定消聲器的長度。增加阻性消聲器的長度就可以增加消聲量，同時也使阻力損失有所增加。因此，消聲器的長度應(yīng)根據(jù)具體噪聲源的強(qiáng)度和降噪要求來決定。4)合理選擇吸聲材料的護(hù)面結(jié)構(gòu)。通常采用玻璃布、穿孔板、窗紗或鐵絲網(wǎng)將吸聲材料以護(hù)面結(jié)構(gòu)的方式固定起來。護(hù)面結(jié)構(gòu)應(yīng)確保在消聲器的工作環(huán)境下可靠地固定吸聲材料，以免吸聲材料被吹散或護(hù)面結(jié)構(gòu)發(fā)生振動造成消聲性能下降?？紤]高頻失效、氣流速度和氣流再生噪聲等實(shí)際因素的影響，并驗算、測量消聲效果。2023/2/2236.3抗性消聲器

抗性消聲器，是通過控制聲抗的大小來消聲的。它不使用吸聲材料，而是在管道上安裝截面突變的管段或旁接共振腔，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面處發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而達(dá)到消聲的目的。常用的抗性消聲器有擴(kuò)張室式和共振腔式兩大類。

2023/2/2242023/2/225大通道分成多個擴(kuò)張室并聯(lián)2023/2/2262023/2/2272023/2/2282023/2/2292023/2/2302023/2/2312023/2/2322023/2/2336.3.1擴(kuò)張式消聲器擴(kuò)張式消聲器也稱擴(kuò)張室式消聲器，是一種應(yīng)用十分廣泛的抗性消聲器。它主要利用截面突變造成聲傳播通道的阻抗失配，從而達(dá)到消聲目的。這類消聲器一般是全金屬結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造簡單、耐高溫、耐腐蝕、耐氣流沖擊、不會被廢氣中的碳灰微粒堵塞、成本低而且壽命長，因此汽車發(fā)動機(jī)采用這種消聲器十分合適。為了彌補(bǔ)其高頻消聲效果差、頻帶狹窄的缺陷，常采用多級組合或加上穿孔板等高頻消聲效果好的結(jié)構(gòu)，組成相對而言寬頻帶的消聲器。本部分重點(diǎn)討論在汽車上用得較多的擴(kuò)張式消聲器。2023/2/234擴(kuò)張室（式）消聲器也稱為膨脹室（式）消聲器，它是由管和室組成的。它是利用管道截面的突然擴(kuò)張（或收縮）造成通道內(nèi)聲阻抗突變，使沿管道傳播的某些頻率的聲波通不過消聲器而反射回聲源去。由于聲波通不過消聲器，也就傳不出來，從而達(dá)到消聲的目的。

基本單元式突變截面管！

三級消聲器2023/2/235

聲波在兩根不同截面的管道中傳播，如圖所示，從截面積為S1的管中傳入截面積為S2的管中，傳播性能發(fā)生改變，S2管對S1管相當(dāng)一個聲負(fù)載，會引起部分聲波的反射和透射。設(shè)在管道中滿足平面波的條件下，在Sl管道中有一入射波pi和一反射波pr，在S2管道僅有透射波pt。假定坐標(biāo)原點(diǎn)取在S1管與S2管的接口處，現(xiàn)分別寫出上述三種波的聲壓表示式：2023/2/236它們各自對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)振速為式中ρ0c為空氣的特性阻抗，k為波數(shù)2π/λ。上述的入射波、反射波以及透射波不是各自獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系的。這種聯(lián)系的關(guān)鍵在兩根管子的接口處（即交界面處），在此界面上存在如下兩種聲學(xué)邊界條件：1、聲壓連續(xù)，即2、體積速度連續(xù)，即單位時間流入的體積等于流出的體積為便于計算，取邊界處x＝0，2023/2/237利用以上兩個邊界條件可得到反射聲壓與入射聲壓的幅度之比—聲壓反射系數(shù)為式中面積比S21＝S2/S1，也稱為擴(kuò)張比。上式表明：在以上的假設(shè)以及情況下，聲波的反射與兩根管子的截面積比值有關(guān)。當(dāng)S21＜1即第2根管子比第1根管子細(xì)時，rp＞0見這相當(dāng)于聲波遇到“硬”邊界情形；當(dāng)S21＞1即第二根管子比第一根管子粗時，rp

＜0這相當(dāng)于聲波遇到“軟”邊界情形。極端的情況是：若S21＜＜1，相當(dāng)于聲波遇到剛性壁，發(fā)生全反射；若S21＞＞1，好象聲波遇到“真空”邊界。2023/2/238從聲壓反射系數(shù)可以獲得聲強(qiáng)反射系數(shù)聲強(qiáng)透射系數(shù)則為擴(kuò)張管式消聲器的消聲量（末端降噪量LNR

）為上式表明：截面突變引起的消聲量大小，主要由擴(kuò)張比S21決定。2023/2/239對截面不同的兩根管道，除了采取以上截面突變形式連接外，還經(jīng)常采用錐形變徑管作為過渡部件來連接。錐形變徑管也可降低噪聲，同時其阻力損失較小。見圖。2023/2/240其消聲量的大小由擴(kuò)張比S21、錐形管長度與波長之比t/λ來確定。當(dāng)t=0，即成為擴(kuò)張管，此時消聲量最大；隨著t/λ的增大，消聲量相應(yīng)減?。划?dāng)t/λ＞0.5即在錐形變徑管長度t大于半波長的相應(yīng)頻率處，消聲量趨向于零。也就是說：在將兩個管徑不同的管子連接時，截面漸變，聲能透過量增大，反射很少。但錐形變徑管可以減少阻力損失。2023/2/241在管道中加一個開孔的橫隔板，如圖所示，也可以看成是有一定消聲性能的抗性結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的消聲量為：式中Sl為管道橫截面積，G＝S2/l2為孔的傳導(dǎo)率，其中S2為小孔的面積，l2為孔的長度。2023/2/242利用擴(kuò)張管原理制成的最簡單的消聲器就是單節(jié)擴(kuò)張室消聲器，最典型的單節(jié)擴(kuò)張室消聲器如圖所示，它是由兩個突變截面管對接起來而成的。主管截面為S1，擴(kuò)張部分截面積為S2，擴(kuò)張部分長度為l

。2023/2/243在圖中，假設(shè)噪聲從左向右傳播，記消聲器入口端入射聲波聲壓為pi，反射聲壓為pr，穿過消聲器最后透射出去的聲壓為pt，其中入射和透射的聲波向前傳播，而反射的聲波向后傳播。在消聲器內(nèi)部，同時存在向前和向后傳播的聲波，分別記為p1和p2。設(shè)其表達(dá)式分別如下：

2023/2/244在消聲器的入、出口兩個邊界處，均滿足聲壓連續(xù)和體積速度連續(xù)條件，在x＝0處在x＝l處2023/2/245最后得到消聲器的消聲量計算公式為式s12＝s1/s2、s21＝s2/s1

。由式可以看出，最大消聲量大小由擴(kuò)張比s21決定，消聲頻率特性取決于擴(kuò)張部分的長度，因為sinkl為周期函數(shù)，可見消聲量也隨頻率作周期性變化。

當(dāng)管道截面收縮s21倍時，其消聲作用與擴(kuò)張s21倍是相同的。這就說明，擴(kuò)張管與收縮管在理論上并無區(qū)別。然而在實(shí)用上限于空氣動力性能的要求，常用的是擴(kuò)張管，因此也就稱為擴(kuò)張室消聲器。2023/2/246式同時還表明：當(dāng)sin2kl＝1時，即kl＝π/2的奇數(shù)倍時，擴(kuò)張室消聲器的消聲量達(dá)到最大值。此時通常擴(kuò)張比s21總是大于1的，而要取得明顯的消聲效果，則S21應(yīng)取5以上的數(shù)值。此時，上式可進(jìn)一步近似為消聲量最大的對應(yīng)頻率稱作擴(kuò)張室最大消聲頻率2023/2/247n=1時對應(yīng)第一最大消聲頻率，即f1＝c/4l。上式可進(jìn)一步改寫為：上式說明：當(dāng)擴(kuò)張室長度等于聲波的1／4波長的奇數(shù)倍時，可以在這些頻率上獲得最大的消聲效果。

當(dāng)sinkl=0時，即kl為π/2的偶數(shù)倍時，擴(kuò)張室消聲器的消聲量達(dá)到最小值。LNRmin＝0，相應(yīng)的聲波會無衰減地通過消聲器。這是單節(jié)擴(kuò)張室消聲器的一個缺點(diǎn)。此時的相應(yīng)頻率叫通過頻率，可由下式計算：fmin＝nc/2l2023/2/248fmin＝nc/2lkl為π/2的偶數(shù)倍l＝nλ/2上式說明：當(dāng)擴(kuò)張室長度等于聲波的1／2波長的整數(shù)倍時，其相應(yīng)頻率的聲波會無衰減地通過，即起不到消聲效果。另外，擴(kuò)張室消聲器的消聲量隨著擴(kuò)張比s21的增大而增加的，但是，這種增加不是沒有限制的，s21

增加大到一定值以后，會出現(xiàn)與阻性消聲器的高頻失效相似的情況即在擴(kuò)張室中部穿過，使消聲效果急劇下降。擴(kuò)張室消聲器的上限截止頻率常用下式估算：2023/2/249

擴(kuò)張室消聲器除有上限截止頻率的限制外，還存有下限截止頻率。在低頻范圍，當(dāng)波長比擴(kuò)張室或連接管長度大得多時，可以把擴(kuò)張室和連接管看作是集中參數(shù)系統(tǒng)。當(dāng)外來聲波頻率在這個系統(tǒng)的共振頻率附近時，消聲器不消聲，反而會對聲音起放大作用。擴(kuò)張室有效消聲的下限頻率可用下式計算式中S2為連接管（擴(kuò)張室）的截面積；V2為擴(kuò)張室的容積；l為連接管的長度。2023/2/250略為復(fù)雜一點(diǎn)的是：外接管雙節(jié)擴(kuò)張室消聲器，如圖所示。

雙節(jié)擴(kuò)張室消聲器的分析過程與單節(jié)擴(kuò)張室消聲器的推導(dǎo)方法完全相同，在4個邊界處滿足聲壓連續(xù)和體積速度連續(xù)的條件，最后可以得到它的消聲量為l1l12l2到此2023/2/251

此類消聲器的消聲量有所增加，但不是簡單的算術(shù)相加。根據(jù)前述，可以看出：擴(kuò)張管消聲器的消聲特性是周期性變化的，即會出現(xiàn)某些頻率的聲波能夠無衰減地通過消聲器。由于噪聲的頻率范圍一般較寬，如果消聲器只能消除某些頻率成分，而讓另一些頻率成分順利通過，這顯然是不利的。為了克服擴(kuò)張室消聲器這一缺點(diǎn)，必須對擴(kuò)張室消聲性能進(jìn)行改善處理，方法有二：2023/2/252（1）采用多節(jié)不同長度的擴(kuò)張室串聯(lián)的方法，也可解決擴(kuò)張室對某些頻率不消聲的問題，如圖所示。把各節(jié)擴(kuò)張室的長度設(shè)計得互不相等，使它們的通過頻率互相錯開。比如，使第二節(jié)擴(kuò)張室的最大消聲量的頻率設(shè)計得恰好為第一節(jié)擴(kuò)張室消聲量為0的通過頻率。這樣，多節(jié)擴(kuò)張室消聲器串聯(lián)，不但能夠提高總的消聲量，而且可以改善消聲器的頻率特性。由于各節(jié)擴(kuò)張室之間有耦合現(xiàn)象，故總的消聲量不等于各階擴(kuò)張室消聲量的算術(shù)相加。2023/2/253

圖為內(nèi)接管雙擴(kuò)張室式消聲器的示意圖。這類消聲器的計算公式推導(dǎo)與前面完全相似，故不贅敘。內(nèi)接管雙節(jié)擴(kuò)張室消聲器的消聲量計算公式如下：這種形式消聲器的消聲性能，由擴(kuò)張比、內(nèi)接管長度和擴(kuò)張室長度三個量來確定。2、在擴(kuò)張室消聲器內(nèi)插入內(nèi)接管，以改善它的消聲性能。2023/2/254由理論分析可知，當(dāng)插入的內(nèi)接管長度等于擴(kuò)張部分長度的1/2時，能消除那部分奇數(shù)倍的通過頻率（kl是π/2的奇數(shù)倍）；當(dāng)插入的內(nèi)接管長度為擴(kuò)張部分長度的1/4時，能消除那部分偶數(shù)倍的通過頻率（kl是π/2的偶數(shù)倍）。這樣，如果綜合兩者，即在擴(kuò)張管消聲器內(nèi)從一端插入長度等于1/2倍的內(nèi)接管，從另一端插入長度等于l/4倍的內(nèi)接管，如圖所示，就可以得到在理論上沒有通過頻率的消聲特性。2023/2/255

在實(shí)際工程上，為了獲得較高的消聲效果，通常將這兩個方法結(jié)合起來運(yùn)用，即將幾節(jié)擴(kuò)張室消聲器串聯(lián)起來，每節(jié)擴(kuò)張室的長度各不相等，同時在每節(jié)擴(kuò)張室內(nèi)分別插入適當(dāng)?shù)膬?nèi)接管，這樣就可在較寬的頻率范圍內(nèi)獲得較高的消聲效果。擴(kuò)張室消聲器由于通道截面的擴(kuò)張和收縮．將會使阻力損失增大，特別是當(dāng)氣流速度較高時，空氣動力性能會變壞。為了改善擴(kuò)張室消聲器的空氣動力性能，常用穿孔管(穿孔率大于25％)把擴(kuò)張室的插入管連結(jié)起來，如圖所示。2023/2/256這樣改進(jìn)，對氣流來說，通過一段壁面帶孔眼的管段比通過一段截面突變的管段，其阻力損失要小得多；而對聲波來說，由于穿孔管的穿孔率足夠大，仍能近似保持其斷開狀態(tài)的消聲性能。實(shí)驗證明：這種改進(jìn)，除對高頻消聲效果有些變化外，低頻基本不受影響。由于這種抗性消聲器主要用于消除低中頻噪聲，所以這種改進(jìn)從實(shí)用角度來看是很可取的。2023/2/2576.3.2共振腔式消聲器

共振腔消聲器是由管道壁開孔與外側(cè)密閉空腔相通而構(gòu)成的。典型的旁支型共振器如圖所示。當(dāng)聲波的波長比共振器幾何尺寸大得多時（3倍以上），可以把共振器看成一個集中參數(shù)系統(tǒng)，共振腔內(nèi)的聲波運(yùn)動可以忽略。這時，管壁上小孔頸中的氣柱類似活塞，具有一定的聲質(zhì)量；密閉空腔類似空氣彈簧，具有一定的彈性；空氣在小孔中振動與孔頸壁面存在著摩擦和阻尼作用，具有一定的聲阻。這樣聲質(zhì)量、彈性和聲阻就在氣流通道構(gòu)成聲振動系統(tǒng)，它們就象電學(xué)上電感、電容和電阻構(gòu)成諧振電路一樣。2023/2/258

共振消聲器實(shí)際上是共振吸聲結(jié)構(gòu)（亥姆霍茲腔）的一種應(yīng)用。共振頻率為式中S0為小孔截面積；V為密閉空腔容積；l‘。為孔頸有效長度；l‘。=l。+Δl，這里l。為小孔頸長，如為穿孔板，則為板厚；Δl為修正項，對于直徑為d的圓孔，Δl=0.8d。定義傳導(dǎo)率G=S0/l‘。，對于圓孔得到工程上的共振器往往不是開一個孔的，而是由多個孔組成，此時應(yīng)注意各孔之間要有足夠大的距離。當(dāng)孔心距為孔徑的5倍以上時，各孔間的聲輻射互不干涉。2023/2/259如圖所示，當(dāng)某些頻率的聲波到達(dá)分支點(diǎn)時，由于聲阻抗發(fā)生突變，使部分聲能向聲源反射回去；還有一部分聲能由于共振器的摩擦阻尼轉(zhuǎn)化為熱能而散失掉，只剩下一小部分聲能通過分支點(diǎn)繼續(xù)向前傳播，從而達(dá)到消聲的目的。設(shè)在分支點(diǎn)處的入射聲壓為pi；反射聲壓為pr，透射聲壓為pt；孔頸處的入射和反射聲壓分別為pbi、

pbr，1、根據(jù)聲壓連續(xù)條件可知2023/2/260設(shè)管道截面為S，共振器的聲阻抗為Z（非聲阻抗率），2、根據(jù)體積速度連續(xù)的條件可知：聯(lián)立以上兩式，可以得到而共振器的聲阻抗為：式中RA為聲阻。為簡便計，引入?yún)?shù)：2023/2/261則得到則得到共振器的消聲量為

計算共振器的聲阻值RA很復(fù)雜，在通常情況下，孔附近若不加阻性的吸聲材料時，聲阻是很小的，一般可忽略，因而α值也可忽略。當(dāng)忽略共振器聲阻時，上式可簡化為如下消聲量計算公式：2023/2/262由上式可見：這種消聲器具有明確的選擇性。即當(dāng)外來聲波頻率與共振器的固有頻率相一致時，共振器就產(chǎn)生共振。共振器組成的聲振系統(tǒng)的作用最顯著，使沿通道繼續(xù)傳播的聲波衰減最明顯。因此，共振腔消聲器在共振頻率及其附近有最大的消聲量。而當(dāng)偏離共振頻率時，消聲量將迅速下降。這就是說，共振消聲器只在一個狹窄的頻率范圍內(nèi)才有較佳的消聲性能。因此，它適于消除在某些頻率上帶有峰值的噪聲。若把共振消聲器的共振頻率設(shè)計得恰好等于峰值頻率，就能把噪聲中這個峰值降低，取得顯著效果。

2023/2/263右圖是利用上式繪制的曲線。從圖中可以看出對消聲量也有明顯影響，其值越小則曲線越尖。為了使這種消聲器有較寬的消聲頻率范圍，應(yīng)盡量選擇較大的K值。另外，增加共振腔的聲阻也可拓寬消聲頻率范圍，例如可在孔頸處襯貼簿而透聲的材料，或在共振腔內(nèi)填充適量吸聲材料。還有一種拓寬消聲頻率范圍構(gòu)辦法是采用多節(jié)共振式消聲器串聯(lián)，并使各節(jié)消聲器的共振頻率互相錯開，從而獲得較寬頻率范圍上的較大消聲量。2023/2/264

汽車、拖拉機(jī)上實(shí)用的共振振式消聲器結(jié)構(gòu)如圖所示，這種多孔共振消聲器是在一段氣流通道的管壁上開若干小孔，孔與外面的密閉空腔相通，形成共振腔。式中So為管壁上開的小孔截面積；S為內(nèi)管通道截面積；Sc為同心的空腔部分截面；G為傳導(dǎo)率。如果開n個孔，則G=1.5ΣGi；Gi為一個孔的傳導(dǎo)率；K值同前。2023/2/2656.4阻抗復(fù)合式消聲器

阻性或抗性消聲器的有效消聲頻率均有一定范圍，因而使消聲器對寬頻帶的氣流噪聲適用性受到局限。為了獲得寬頻帶的消聲效果，可將兩種類型的消聲器結(jié)合起來，這就是所謂的阻抗復(fù)合式消聲器。在噪聲控制中，阻抗復(fù)合式消聲器的應(yīng)用很多，對一些強(qiáng)度大的寬頻帶噪聲，幾乎都采用這種型式的消聲器來消除。2023/2/266

常用的阻抗復(fù)合式消聲器有：阻性——擴(kuò)張室式復(fù)合消聲器、阻性——共振腔式復(fù)合消聲器、以及阻性——擴(kuò)張室式——共振腔式復(fù)合消聲器。阻抗復(fù)合式消聲器可以認(rèn)為是阻性和抗性在同一頻帶上的疊加，但由于聲波在傳播過程中反射、衍射、折射、干涉等特性，所以其消聲值并不是簡單的疊加關(guān)系。尤其當(dāng)聲波的波長較長時，阻抗復(fù)合以后因耦合作用而相互有干涉等因素的影響，使聲波傳播過程的衰減機(jī)理變得極為復(fù)雜。在實(shí)際應(yīng)用中，阻抗復(fù)合式消聲器的消聲值通常由試驗或?qū)嶋H測量來確定。2023/2/267

目前要設(shè)計一個最佳消聲器的結(jié)構(gòu)尚無直接的優(yōu)化方法。為了滿足消聲量的要求，必須通過恰當(dāng)?shù)男螤罱M合或附加共振器來反復(fù)驗算。在設(shè)計消聲器時，除應(yīng)與試驗充分配合外，還應(yīng)參考過去設(shè)計中使用的經(jīng)驗和已發(fā)表的資料。在設(shè)計時要著重考慮以下幾個主要問題。6.5消聲器設(shè)計中的幾個問題2023/2/268(1)氣流對消聲量的影響高速氣流通過消聲器時，將對消聲性能產(chǎn)生很大的不良影響，其主要原因是發(fā)動機(jī)排氣的高速脈動氣流產(chǎn)生氣動噪聲，其次是這種高速脈動氣流會沖擊消聲器中的管道，殼體和隔板等，從而激發(fā)起振動產(chǎn)生固體輻射噪聲。當(dāng)消聲器的結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理或制造質(zhì)量有問題時，都會造成消聲器內(nèi)的氣流速度過高，使消聲囂內(nèi)發(fā)出氣流噪聲。這種噪聲將會抵消消聲器的消聲效果、降低消聲量，同時過高的氣流速度還會使消聲器的阻力損失加大，從而增加發(fā)動機(jī)的功率損失。因此，在設(shè)計時要從結(jié)構(gòu)上盡量消除產(chǎn)生再生噪聲的可能性，不使局部氣流速度過高，不使強(qiáng)氣流直接沖擊管口邊角，更不應(yīng)使兩股氣