消聲器的聲學原理

2021-01-15 聲振之家

來源:聲訊網微信公眾號(ID:sosoac),作者:楊蒙恩、王子錚。

消聲器是一種可以阻礙或減弱聲音向外傳播,而不允許氣流順利通過的噪聲控制設備,根據消聲器的原理和結構不同,大體上可以分為四類,每一類中又分多種型式。



1. 阻抗性消聲器(吸聲)

各種阻性消聲器結構示意圖



2. 抗性消聲器(阻抗失配)

擴張式消聲器的消聲特性


單節擴張式消聲器



3. 阻抗複合式消聲器

(a)阻性-擴張室複合式消聲器;(b)阻性-擴張室複合式消聲器;(c)阻性-共振腔複合式消聲器;(d)阻性-共振腔-擴張室複合消聲器

常見的阻抗複合式消聲器



4. 噴注耗散型消聲器(減壓擴散)

小孔噴注消聲器及其插入損失


型式:小孔噴注式、多孔擴散式、節流減壓式。


消聲性能:寬頻帶。


主要用途:各類排氣放空噪聲。



1. 消聲器綜合性能評價


由於消聲器安裝在設備上,在消聲的同時,還要讓氣流暢通,因此有一個綜合性能要求。基本要求:


消聲性能在正常工況下(一定的流速、溫度、溼度、壓力等),在所要求的頻率範圍,有足夠大的消聲量。消聲量又分為動態頻譜消聲量(有氣流流通時)和靜態頻譜消聲量(無氣流通過時)。


空氣動力性能消聲器對氣流的阻力要小,阻力係數要低,即安裝要求消聲器後增加的壓力損失或功率損耗要控制在實際允許的範圍內。氣流通過消聲器時所產生的氣流再生噪聲要低,又不影響空氣動力設備的正常運行。消聲器的空氣動力性能通常用阻力(壓力)損失來表示,它管壁的摩擦阻力損失和結構上的局部阻力損失兩部分組成。


結構強度性能消聲器的材料和結構堅固耐用,耐高溫、耐腐蝕、耐潮溼、耐粉塵;對於耐高壓的消聲器(如高壓排氣消聲器),應由取得壓力容器生產許可證的單位生產製作。另外,消聲器要體積小,重量輕,結構簡單,便於加工、安裝和維修。此外,消聲器的外形應美觀大方,表面裝飾與環境協調,使用壽命長,性價比高。


2. 消聲器的聲學性能評價量


傳聲損失TL:消聲器元件兩端聲功率級之差(不計末端反射影響)稱為傳聲損失,又稱透射損失,通常又稱為消聲器的消聲量。傳聲損失表示元件的聲學特性,可在實驗室內間接測量得到,受聲學環境影響較大,用於理論分析。


插入損失IL:系統中插入消聲器元件前後,系統外某定點(同一空間、同一方位、距管口同樣距離、同樣條件的測點)測得的聲壓級之差稱為插入損失。IL 是在系統外測試聲壓級,反映了聲源、消聲器及消聲器末端三者聲學特性的綜合效果,它可以現場測量(末端法或管口法),簡便實用,但測量受環境影響,一般管口法測量數據相對可靠些。

(a)末端法;(b)管口法

測量消聲器插入損失示意圖



軸向貫穿法測量消聲器聲衰減示意圖


不同的消聲原理、消聲頻率特性和消聲量,使得消聲器的種類、型式多種多樣。消聲器綜合性能除了消聲性能外,其空氣動力性能和機械結構性能也十分重要。由於產生空氣動力性噪聲的設備種類多、應用廣泛,因而形成了一個規模可觀的消聲器市場,所以在選用上要注意綜合考慮。



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