浅谈阻性消声器制作原理与经验点滴

浅谈阻性消声器制作原理与经验点滴

http://wWW.LWlm.CoM阻性消声器是运用吸声材料的吸声功能使沿着通道传播的噪声在传播过程中不断被吸收，逐渐衰减的基本原理制作而成的。

所谓吸声材料，就是可以把声能转换为热能的材料。它按吸声机理可分为多孔吸声材料和共振吸声结构材料两大类。一般的多孔吸声材料具有高频吸声系数大、比重小等优点，但低频吸声系数低;共振吸声结构材料的低频吸声系数高，但加工性能差。虽然多孔吸声材料存在一些不足，但由于其取材范围广，加工制造工艺相对简单，并且随着一些新型多孔泡沫材料、陶瓷材料的研究成功，其低频吸声性能已得到很大提高，因此多孔吸声材料成为目前应用最广泛的吸声材料。

阻性消声器的消声量主要与制作消声器的多孔吸声材料种类、密度、厚度以及共振吸声结构材料（如穿孔护面板）的穿孔率与消声器的形式、长度、通道横截断面积等因素有关。由于阻性消声器属于吸收噪声能量型，故声波与吸声材料接触面积越大，消声的效果就越好。

多孔吸声材料具有许多微小的间隙和连续的气泡，因而具有一定的通气性。当声波入射到多孔材料表面时，主要是两种机理引起声波的衰减：首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动，造成与孔壁的摩擦。由于摩擦和粘滞力的作用，使相当一部分声能转化为热能，从而使声波衰减，反射声能减弱达到吸声的目的；其次，小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失，也使声能衰减。另外，高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快，空气与孔壁的热交换也加快，这就使多孔材料具有良好的高频吸声性能。

多孔性吸声材料之所以具有吸声性能，是因为它具有两个重要特性。

一是具有许多的微小间隙。

二是间隙与间隙之间是相互贯通的。将多孔吸声材料安装固定在气体流动的管道围壁或按一定的方式在通道中排列起来，就构成了最基本的阻抗消声器。

穿孔护面板是阻性消声器中的一个重要件，它有固定护住多孔消声中的多孔性吸声材料与消耗噪声能量两大功能。按一定的孔径和穿孔率在薄的板材上穿上孔，并在板与其他物（如多孔消声材料）之间留一定厚度的空气层，就构成了穿孔板共振吸声结构。穿孔板上的每一个孔相当于一个吸声器，穿孔板吸声结构实际上就是由许多个吸声器并联而成的共振吸声结构。当吸声器口（板表面上）的空气受到激励时，孔内及周围的空气随着声波一起来回振动，将产生压缩或膨胀变形，在这个振动过程中必然存在着摩擦阻尼，起到了消耗噪声能的作用。当不同频率的声波入射时，这种共振系统产生不同的响应，一些入射波的频率接近或等于系统的固有共振频率时，系统内的空气振动变得强烈起来，噪音声能大量损耗，即噪声能被多孔性吸声材料吸收，达到了其消声效果。更有意义的是，通过对穿孔护面板孔参数的优化设计，可以有效拓宽消声器的吸声频率带，更有效的提高消声性能。

长期的实践经验结果表明了赫姆霍兹共振吸声器的共振频率理论的可用性，多穿孔板的共振频率与穿孔板的穿孔率、空隙深度、穿孔的直径、厚度均有关系。例如穿孔板的穿孔面积越大，吸声频率越高，空腔或板的厚度越大，吸声频率就越低等等。因此为了改变穿孔板的穿孔特性可以通过改变穿孔板的穿孔率、空隙深度、穿孔的直径、厚度等参数，以满足阻性消声器声学设计的需要。

为了提高吸声材料的吸声性能及吸声宽带，在实际的设计制作中我们采用如下一些方法，并收到较好的消声效果。

①空腔内填充高密度微孔纤维状吸声材料；用改变其厚度的方法进行多次实验找到最佳的厚度值。

②在工艺条件允许的情况下尽量减小穿孔板孔径，用以提高孔径口振动速度和摩擦阻尼；

③变常规的单一孔径和穿孔率为组合不同的孔径和穿孔率、采用不同板厚的穿孔板的结构；拓展消声频率宽度。

通常消声器的设计步骤如下：

①首先是对噪声源进行调查，确定消声器的消声量，把自然衰减这个有利因素和环境声这个不利因素综合考虑进去。

②综合气流流量、流速、压力等参数和消声量，选择消声器管道截面、长度等尺寸，

③对初步设计进行必要的实验测定，分析比较，最后选择一个最佳的设计案。并且不断改进。

消声器的消声量ΔL通常由下式估算：

ΔL=Ψ（А）P*l/S

（式中，Ψ（А）—消声系数，是与多孔材料垂直入射的吸声系数A有关的无量纲量；P——消声器气流通道截面周长（m）；S——气流通道的截面面积（m2）；l——消声器的长度（m）。）

由上式分析可知：

消声器的消声量与消声通道的几何尺寸有很大关系，消声量与消声通道的长度成正比，与截面积S成反比，与截面周长P成正比。因此要提高消声量必须增加消声量通道长度或缩小通道截面积，当截面一定时，选择适当的截面形状使周长增大，以达到提高消声量的目的。

消声器的消声量与多孔材料的消声系数有很大关系，消声系数主要衬垫贴的吸声材料的吸声系数决定。消声系数与吸声系数的函数关系见表：

A与Ψ（А）的函数关系表：

吸声材料的吸声系数A用来描述吸声材料和吸声结构的吸声能力，一般材料的吸声系数均在0-1之间，A值越大，吸声效果越显著，实验室中常用驻波管法测定垂直入射的吸声系数，是一种较简单经济的测量方法。 即：ΔL=L（P1）-（P2）。

值得注意的是这种方法易受到环境的影响而产生较大的测量误差，因此要在试验台上进行测量分析。

实际上消声器设计制作不只是考虑有足够的消声量这样单一的技术问题。任何消声器都必须具备起码的三个基本条件：http://wWW.LWlm.CoM

①具有良好的消声性能，在所需要的消声频率范围内有足够的消声量。

②具有良好的空气动力性能，要求消声器对气流损失要小，做到在设备装上消声器后，所增加的阻力损失不影响其工作效率，保证进排气通畅。

③在结构性能上，要求消声器体积小，结构简单，便于加工，无再生噪音。

这也是消声器设计的基本要求。