矩形截面阻抗复合消声器的消声特性研究与应用
1引 言
在噪声控制工程中，一般噪声源的噪声频谱具有较宽的频带，单一的阻性消声器或抗性消声器难以达到理想的消声效果。阻抗复合消声器是将阻性与抗性两种消声器适当结合而构成的具有较宽消声频带的消声器，兼顾了两种消声器各自的优点。对于阻性消声器而言，通常采取提高P/S值或增加消声通道长度的方法来增加中高频的消声量，但增加消声器的长度往往受现场条件的制约。在通风面积一定的条件下，矩形截面比圆形截面具有更大的P/S值，因此矩形截面消声器的消声量比圆形截面的更高。
本文设计了一种通道截面为矩形的阻抗复合消声器，测试了该消声器的静态消声性能，得到了1/3倍频程下的消声量及A计权消声量。该消声器在中低频具有较高的消声量，理论计算出的下限截止频率和上限截止频率与实际测量结果基本符合。
2消声器结构
该消声器的结构及尺寸如图1所示。消声器由两级串联的扩张腔组成，扩张腔为抗性消声部分。气流通道内壁附有玻璃丝布包裹的50mm厚度的超细玻璃棉，玻璃棉的体积密度为32kg/m3，其为阻性消声部分。两级扩张腔的扩张比m=8.3，阻性消声通道的P/S=22.2，消声通道矩形截面尺寸为宽×高=100mm×1000mm。
(a) 消声器内部结构及尺寸
(b) 消声器外形尺寸
图1 消声器结构及尺寸
消声器的抗性部分是两个相同的矩形箱体结构，为了改善该部分的频率通过性，两个箱体内部均设置了内插管，可分别消除奇次通过频率和偶次通过频率。
3试验测试及结果
在标准声学试验室条件下对该阻抗复合消声器的静态消声量进行了测试，测得1/3倍频程下的消声量如表1所示。经理论计算，该消声器的下限截止频率为f下截=57Hz，上限截止频率为f上截=485Hz。在f下截和f上截之间消声器的平均消声量为24dB，在此频率之外，消声器的消声性能明显下降。在静态测试条件下，消声器的A计权消声量为28dB(A)。
由图2所示频率-消声量关系曲线可以看出，矩形截面的阻抗复合消声器总体的消声频带范围较宽，在高、中、低频范围内均有较高的消声量。特别是在100Hz以下，平均消声量在10dB左右。从曲线变化的趋势可以看出，该消声器的消声特性仍然具有阻性消声的特点，即中高频的消声效果优于低频消声效果。抗性扩张式消声器的消声特性具有周期性和频率通过性，从实测结果来看，阻抗复合消声器的消声特性亦有此现象。消声器的频率通过性一方面与消声器自身的结构尺寸有关，另一方面高频声波将以束状形式通过消声通道，即使材料的吸声系数很高，若忽略消声器的上限截止频率则实际的消声效果则显著下降。从图中可以看出，理论计算的上限截止频率与实际测试结果基本吻合。
表1 消声量测试结果
1/3倍频程中心频率/Hz
31.5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
500
1000
2000
4000
入口端/dB
67.5
73.3
77.2
86
89
79.2
74.6
84
87.6
93.1
88.1
78.5
104.9
103.9
出口端/dB
62.8
66.9
62.2
77.4
76.3
64.2
52.7
50
44.7
56.6
65.8
42.7
75.3
84.5
消声量/dB
4.7
6.4
15
8.6
12.7
15
21.9
34
42.9
36.5
22.3
35.8
29.6
19.4
注：测试所用发生器为单频发生器，分多组测量求其平均值。
图2 1/3倍频程频率-消声量关系曲线
图3 抗性部分消声特性曲线（单室）
将图2与图3进行对比分析可知，消声器的抗性部分在200Hz左右时，消声量达到最大，总消声量曲线在200Hz左右也达到最大。抗性部分在350Hz左右时消声量最低，而总消声量曲线在该频率时出现波谷。以上分析充分说明，阻抗复合消声器总消声量是阻性部分和抗性部分的耦合叠加，抗性部分的消声特性对消声器总的消声特性影响较大。
4 结 语
本文重点研究了一种矩形截面的阻抗复合消声器，并对消声器的样件进行了试验测试。测试结果表明，矩形截面的阻抗复合消声器具有较宽的消声频带，在100Hz以下的低频范围内平均消声量为10 dB，其A计权消声量为28dB(A)。理论计算下限截止频率和上限截止频率与实测消声量能够较好的吻合。该消声器在实际工程应用中需结合设备的进排风量具体设计，避免因气流速度过高而产生较大的气流再生噪声。
参考文献
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[4] 方丹群，张斌，孙家麒，卢伟健. 噪声控制工程学[M].科学出版.2013.
刘伟锋，卢金平，张 敏，卢 嘉（陕西工大福田科技工程有限公司）
来源：2018年全国声学设计与噪声振动控制工程学术会议
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