李德玉　歐禮堅　趙成璧

摘要：本文介紹一種用于腔體內(nèi)中低頻噪聲控制的多模態(tài)聲共振器，即長T型聲共振器。包括長T型共振器的設(shè)計方法、控制機理和控制效果等。同時對該共振器在船舶噪聲控制上的應(yīng)用進行了初步探討。

關(guān)鍵詞：船舶噪聲；共振器；結(jié)構(gòu)聲學(xué)

1 介紹

低頻噪聲會引起嚴重的環(huán)境危害。最常見的低頻噪聲是聲腔內(nèi)的低頻噪聲，這些聲腔廣泛存在于船舶、車輛、飛機和運載火箭中。它們的共同點是聲腔內(nèi)部的幾何空間有限，導(dǎo)致實施減振降噪措施很困難。Fuller等對源于二十世紀三十年代的主動控制技術(shù)在低頻噪聲控制領(lǐng)域進行了研究，開發(fā)出具有代表性的主動結(jié)構(gòu)聲控制（ASAC）技術(shù)。然而，因主動技術(shù)復(fù)雜且魯棒性差，該技術(shù)的成功范例不多。典型的被動噪聲控制是用棉氈來增加吸聲性能，對減小高頻噪聲效果好，而減小低頻噪聲要求棉氈較厚較重，這對有限的空間不實際，還會增大附加重量。Griffin等用引入特征阻抗不匹配來改進被動方法的低頻性能，他們用雙層板圍成密閉的空間，雙層板之間為真空或接近真空。在實驗室，這種方法使0－200Hz的聲壓級減小19dB。然而，實際工程中很難實現(xiàn)近似真空的條件。對于輕阻尼結(jié)構(gòu)，通過約束阻尼層或其他結(jié)構(gòu)振動被動控制技術(shù)來減小結(jié)構(gòu)低頻振動輻射，進而減小低頻噪聲的方法也取得了部分成功[1]。

聲共振器是另一種減小腔體內(nèi)中低頻噪聲的被動方法。自赫姆霍茲（Helmholtz）發(fā)表聲共振器的動力學(xué)原理后[2]，大量與赫姆霍茲共振器設(shè)計和共振頻率預(yù)測有關(guān)的文章發(fā)表在各種期刊上。最早的聲共振器用于建筑物中來吸聲或改變房間的聲學(xué)特性，也見于飛機發(fā)動機的入口、排氣管消音裝置、火箭燃燒穩(wěn)定性控制和飛機艙的雙層板結(jié)構(gòu)內(nèi)。在有噪聲的腔內(nèi)，理想的情況是把聲共振器與腔體壁結(jié)構(gòu)集成以減小共振器所占空間。因為赫姆霍茲共振器象個燈泡，難于滿足上述要求，由此帶有后背板的微穿孔板被用在低頻噪聲控制中。對于這種結(jié)構(gòu)，最好的吸聲效果發(fā)生在多層結(jié)構(gòu)的厚度等于四分之一被控聲波的波長[3，4]。這個尺寸太大，不實際。為了改進赫姆霍茲共振器、多孔板和纖維材料吸聲的不足，聲學(xué)家們開發(fā)了多種無纖維吸聲器。最近，李德玉和Vipperma，開發(fā)了一個長T型聲共振器（LTAR）[5]，它包括兩個垂直相交的管子：一個兩端封閉的長管子作為共振器的主體，另一個兩端開口的管來提供共振器與聲腔的交通通道。該裝置最初為控制大型運載火箭內(nèi)的噪聲而開發(fā)，后來用于控制腔體內(nèi)的噪聲，最近又推廣到改進雙層板結(jié)構(gòu)的傳聲損失。因為LTAR的長細比大，它與傳統(tǒng)的共振器相比有下列優(yōu)點：（1）多模態(tài)特征為中低頻控制提供了可能；（2）狹窄的分支管道提供了更高的聲能吸收；（3）可作為結(jié)構(gòu)部件直接集成到主結(jié)構(gòu)中以減小共振器本身所占空間；（4）共振器可在控制噪聲的同時來減小結(jié)構(gòu)振動。由此，LTAR成為腔體噪聲控制中非常有潛力的傳統(tǒng)赫姆霍茲共振器的替代品。