摘要：以多年的工廠設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)，從對(duì)阻性消聲器的制作原理的直觀理解和應(yīng)用等方面，介紹實(shí)際設(shè)計(jì)制作中的一些方法和觀點(diǎn)，淺述阻性消聲器的設(shè)計(jì)步驟和消聲器設(shè)計(jì)制作的基本要求。實(shí)踐表明，重視多孔吸聲材料的厚度設(shè)計(jì)和共振吸聲結(jié)構(gòu)材料的組合設(shè)計(jì)，能在很大程度上拓寬阻性消聲器的吸聲頻率帶，更有效地提高其消聲性能。

關(guān)鍵詞：阻性消聲器

阻性消聲器是運(yùn)用吸聲材料的吸聲功能使沿著通道傳播的噪聲在傳播過(guò)程中不斷被吸收，逐漸衰減的基本原理制作而成的。

所謂吸聲材料，就是可以把聲能轉(zhuǎn)換為熱能的材料。它按吸聲機(jī)理可分為多孔吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)材料兩大類。一般的多孔吸聲材料具有高頻吸聲系數(shù)大、比重小等優(yōu)點(diǎn)，但低頻吸聲系數(shù)低;共振吸聲結(jié)構(gòu)材料的低頻吸聲系數(shù)高，但加工性能差。雖然多孔吸聲材料存在一些不足，但由于其取材范圍廣，加工制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，并且隨著一些新型多孔泡沫材料、陶瓷材料的研究成功，其低頻吸聲性能已得到很大提高，因此多孔吸聲材料成為目前應(yīng)用最廣泛的吸聲材料。

阻性消聲器的消聲量主要與制作消聲器的多孔吸聲材料種類、密度、厚度以及共振吸聲結(jié)構(gòu)材料（如穿孔護(hù)面板）的穿孔率與消聲器的形式、長(zhǎng)度、通道橫截?cái)嗝娣e等因素有關(guān)。由于阻性消聲器屬于吸收噪聲能量型，故聲波與吸聲材料接觸面積越大，消聲的效果就越好。

多孔吸聲材料具有許多微小的間隙和連續(xù)的氣泡，因而具有一定的通氣性。當(dāng)聲波入射到多孔材料表面時(shí)，主要是兩種機(jī)理引起聲波的衰減：首先是由于聲波產(chǎn)生的振動(dòng)引起小孔或間隙內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，造成與孔壁的摩擦。由于摩擦和粘滯力的作用，使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲波衰減，反射聲能減弱達(dá)到吸聲的目的；其次，小孔中的空氣和孔壁與纖維之間的熱交換引起的熱損失，也使聲能衰減。另外，高頻聲波可使空隙間空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度加快，空氣與孔壁的熱交換也加快，這就使多孔材料具有良好的高頻吸聲性能。

多孔性吸聲材料之所以具有吸聲性能，是因?yàn)樗哂袃蓚€(gè)重要特性。

一是具有許多的微小間隙。

二是間隙與間隙之間是相互貫通的。將多孔吸聲材料安裝固定在氣體流動(dòng)的管道圍壁或按一定的方式在通道中排列起來(lái)，就構(gòu)成了最基本的阻抗消聲器。

穿孔護(hù)面板是阻性消聲器中的一個(gè)重要件，它有固定護(hù)住多孔消聲中的多孔性吸聲材料與消耗噪聲能量?jī)纱蠊δ?。按一定的孔徑和穿孔率在薄的板材上穿上孔，并在板與其他物（如多孔消聲材料）之間留一定厚度的空氣層，就構(gòu)成了穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。穿孔板上的每一個(gè)孔相當(dāng)于一個(gè)吸聲器，穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是由許多個(gè)吸聲器并聯(lián)而成的共振吸聲結(jié)構(gòu)。當(dāng)吸聲器口（板表面上）的空氣受到激勵(lì)時(shí)，孔內(nèi)及周圍的空氣隨著聲波一起來(lái)回振動(dòng)，將產(chǎn)生壓縮或膨脹變形，在這個(gè)振動(dòng)過(guò)程中必然存在著摩擦阻尼，起到了消耗噪聲能的作用。當(dāng)不同頻率的聲波入射時(shí)，這種共振系統(tǒng)產(chǎn)生不同的響應(yīng)，一些入射波的頻率接近或等于系統(tǒng)的固有共振頻率時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的空氣振動(dòng)變得強(qiáng)烈起來(lái)，噪音聲能大量損耗，即噪聲能被多孔性吸聲材料吸收，達(dá)到了其消聲效果。更有意義的是，通過(guò)對(duì)穿孔護(hù)面板孔參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以有效拓寬消聲器的吸聲頻率帶，更有效的提高消聲性能。

長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)果表明了赫姆霍茲共振吸聲器的共振頻率理論的可用性，多穿孔板的共振頻率與穿孔板的穿孔率、空隙深度、穿孔的直徑、厚度均有關(guān)系。例如穿孔板的穿孔面積越大，吸聲頻率越高，空腔或板的厚度越大，吸聲頻率就越低等等。因此為了改變穿孔板的穿孔特性可以通過(guò)改變穿孔板的穿孔率、空隙深度、穿孔的直徑、厚度等參數(shù)，以滿足阻性消聲器聲學(xué)設(shè)計(jì)的需要。

為了提高吸聲材料的吸聲性能及吸聲寬帶，在實(shí)際的設(shè)計(jì)制作中我們采用如下一些方法，并收到較好的消聲效果。

①空腔內(nèi)填充高密度微孔纖維狀吸聲材料；用改變其厚度的方法進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)找到最佳的厚度值。

②在工藝條件允許的情況下盡量減小穿孔板孔徑，用以提高孔徑口振動(dòng)速度和摩擦阻尼；

③變常規(guī)的單一孔徑和穿孔率為組合不同的孔徑和穿孔率、采用不同板厚的穿孔板的結(jié)構(gòu)；拓展消聲頻率寬度。

通常消聲器的設(shè)計(jì)步驟如下：

①首先是對(duì)噪聲源進(jìn)行調(diào)查，確定消聲器的消聲量，把自然衰減這個(gè)有利因素和環(huán)境聲這個(gè)不利因素綜合考慮進(jìn)去。

②綜合氣流流量、流速、壓力等參數(shù)和消聲量，選擇消聲器管道截面、長(zhǎng)度等尺寸，

③對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，分析比較，最后選擇一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)案。并且不斷改進(jìn)。

消聲器的消聲量ΔL通常由下式估算：

ΔL=Ψ（?。㏄*l/S

（式中，Ψ（?。曄禂?shù)，是與多孔材料垂直入射的吸聲系數(shù)A有關(guān)的無(wú)量綱量；P——消聲器氣流通道截面周長(zhǎng)（m）；S——?dú)饬魍ǖ赖慕孛婷娣e（m2）；l——消聲器的長(zhǎng)度（m）。）

由上式分析可知：

消聲器的消聲量與消聲通道的幾何尺寸有很大關(guān)系，消聲量與消聲通道的長(zhǎng)度成正比，與截面積S成反比，與截面周長(zhǎng)P成正比。因此要提高消聲量必須增加消聲量通道長(zhǎng)度或縮小通道截面積，當(dāng)截面一定時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤钍怪荛L(zhǎng)增大，以達(dá)到提高消聲量的目的。

消聲器的消聲量與多孔材料的消聲系數(shù)有很大關(guān)系，消聲系數(shù)主要襯墊貼的吸聲材料的吸聲系數(shù)決定。消聲系數(shù)與吸聲系數(shù)的函數(shù)關(guān)系見(jiàn)表：

A與Ψ（?。┑暮瘮?shù)關(guān)系表：

吸聲材料的吸聲系數(shù)A用來(lái)描述吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲能力，一般材料的吸聲系數(shù)均在0-1之間，A值越大，吸聲效果越顯著，實(shí)驗(yàn)室中常用駐波管法測(cè)定垂直入射的吸聲系數(shù)，是一種較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的測(cè)量方法。

大部分消聲器制作企業(yè)對(duì)阻性消聲器的消聲器的消聲量多由實(shí)測(cè)求得。測(cè)量方法為測(cè)量出消聲器進(jìn)口端面的聲級(jí)L（P1）與出口端的聲壓級(jí)L（P2），兩者差為所的消聲量。

即：ΔL=L（P1）-（P2）。

值得注意的是這種方法易受到環(huán)境的影響而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，因此要在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量分析。

實(shí)際上消聲器設(shè)計(jì)制作不只是考慮有足夠的消聲量這樣單一的技術(shù)問(wèn)題。任何消聲器都必須具備起碼的三個(gè)基本條件：

①具有良好的消聲性能，在所需要的消聲頻率范圍內(nèi)有足夠的消聲量。

②具有良好的空氣動(dòng)力性能，要求消聲器對(duì)氣流損失要小，做到在設(shè)備裝上消聲器后，所增加的阻力損失不影響其工作效率，保證進(jìn)排氣通暢。

③在結(jié)構(gòu)性能上，要求消聲器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，無(wú)再生噪音。

這也是消聲器設(shè)計(jì)的基本要求。

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