消声器分类与性能评价阻性消声器

P S
L
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
(0 ) 0.1 0.2 0.35 0.5 0.65 0.9 1.2 1.6 2.0 4.0
• 一维理论估算消声量
• 赛宾公式：假设吸声系数
•
频率范围
•
管道截面直径
•
矩形管道
0.2 0.8
200Hz f 2kHz
• 根据声折射原理，声波要向管壁弯曲，对阻性消声器来说， 由于周壁衬贴有吸声材料，所以顺流时恰好声能被吸收；而 在逆流时，声波要向管道中心弯曲，因此对阻性消声器的消 声是不利的。
• 最终结论：顺流与逆流对消声性能影响不显著。
• 气流再生噪声
• 产生机理： • 一是气流经过消声器时，由于局部阻力和摩擦阻力而形成一
噪声与振动控制技术
主讲：盛美萍
西北工业大学精品课程 专业核心课程
振动与噪声控制技术
• Prof. Sheng Meiping • Northwestern Polytechnical University
本讲内容
消声器分类与性能评价 阻性消声器
• Prof. Sheng Meiping • Northwestern Polytechnical University
H

v 2
2g
• 常见入口形式及其局部阻损
• 常见出口形式及其局部阻损
• 消声器总阻损
Ht H H
• 阻性消声器：以摩擦阻损为主； • 抗性消声器：以局部阻损为主。
• 特性：气流的阻力损失都与气流速度的平方成正比。当气流 速度增高时，阻损的增加要比气流速度的增加快得多。因此， 如果采用较高的气流速度，会使阻损增大，使消声器的空气 动力性能变坏。在设计消声器时，从消声器的声学性能和空
• 单通道直管式消声器
• 特点：结构简单、气流直通、阻力损失小、适用于流量小的管道消声。
• 一维理论估算消声量
• 假设：管道中传播的声波沿着管道长度方向传播。
• 常用公式：
•
别洛夫公式
•
赛宾公式
• 一维理论估算消声量
• 别洛夫公式：假设吸声材料的声阻远大于声抗。
LNR
1.1 (0 )
• 阻力损失
• 阻力损失，简称阻损，是指气流通过消声器时，在消声器出 口端的流体静压比进口端降低的数值。
• 消声器的阻损大小与使用条件下的气流速度大小有密切关系。
• 阻损分类：
•
摩擦阻损
•
局部阻损
• 摩擦阻损
• 由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而产生的阻力损失。
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l de
v2
2g
• 摩擦阻损与相对粗糙度的关系
L' NR

(1
n 3 )LNR
• 改进形式
• 为了在通道截面较大的情况下也能在中高频范围获得好的消声效果， 通常采取在管道中加吸声片或设计成另外的结构形式。
• 如果通道管径小于300毫米，可设计成单通道的直管式； • 如果通道管径大于300毫米而小于500毫米时，可在通道中间设置几
片吸声层或一个吸声圆柱； • 如果通道尺寸大于500毫米，就要设计成弯头式、蜂窝式、片式、折
• 阻性消声器是一种能量吸收性消声器，通过在气流通过的途 径上固定多孔性吸声材料，利用多孔吸声材料对声波的摩擦 和阻尼作用将声能量转化为热能，达到消声的目的。
• 阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声，消声频带范围较 宽，对低频噪声的消声效果较差，因此，常使用阻性消声器 控制风机类进排气噪声等。
• 阻性消声器
• 采用插入损失评价消声效果的优点：对现场环境要求低，适 应各种现场测量，如高温、高流速或有浸蚀作用的环境中。
• 采用插入损失评价消声效果的缺点：插入损失值并不单纯反 映消声器本身的消声效果，而是声源、消声器及消声器末端 三者的声学特性的综合效果。
• 声衰减 LA
• 声衰减：声学系统中任意两点间声功率级之差，反映了声音 沿消声器通道内的衰减特性，以每米衰减的分贝数(dB)表示。
• 消声器
• 用于控制空气动力性噪声，通常安装于空气动力设备的气流 进出口或气流通道上。
• 特点：能有效地阻止或减弱噪声向外传播。 • 分类：阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合性消声器。
• 消声器性能评价
• 指标：
• 声学性能 • 空气动力性能 • 结构性能
• 声学性能评价
• 声学性能：包括消声量的大小、消声频带范围的宽窄。消声 器的声学性能可以用各频带内的消声量来表征。
• 常用参数：
•
传声损失
•
末端降噪量
•
插入损失
•
声衰减
• 传声损失
• 定义：消声器进口的噪声声功率级与消声器出口的噪声声功 率级的差值。
LTL
10 lg W1 W2
LW1 LW 2
• 消声器的传声损失是消声器本身所具有的特性，它受声源与 环境的影响较小。实际工程测试中，可先测量声压级，经计
相对粗糙度（%）
相对粗糙度
管壁绝对粗糙度 等效直径
摩擦阻力系数
0.2 0.4 0.5 0.8 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0
0.024 0.028 0.032 0.036 0.039 0.044 0.049 0.057 0.065 0.072
• 局部阻损
• 气流在消声器的结构突然变化处（如折弯、扩张或收缩及遇 到障碍物）所产生的阻力损失。
末端消声器
测试消声器
消声器 放风阀
逆向发声扬声器
扬声器
功率放大器 滤波器 信号源
微压计
分析仪
风机
• 气流再生噪声的经验估算
• 半经验估算公式：
L再 (18 2) 60 lg v
• 倍频程估算公式：
L再 72 60 lg v 20 lg f
• 现场使用消声器的效果分析
L出 L再
板式、声流式和迷宫式等结构。
• 片式消声器
LNR
' (0 )
P S
L

2 ' (0 )
l a
• 折板式消声器
• 蜂窝式消声器
• 消声弯头
Hale Waihona Puke Baidu
• 迷宫式消声器
LNR
10 lg
S1 (1 )S2
• 阻性消声器
• 气流对阻性消声器声学性能的影响：
• 一是气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化； • 二是气流在消声器内产生一种附加噪声，称为气流再生噪声。
高频失效频率
• 如果消声器通道截面过大，当声波频率高到一定数值时声波将以窄束 状通过消声器，而很少或根本不与吸声材料饰面接触。因此，消声器 的消声效果明显下降。当声波波长小于通道截面尺寸的一半时，消声 效果便开始下降，相应的频率被称作高频失效频率。
c fe 1.85
D
• 高频消声量估算
• 高于高频失效频率后，消声量急剧下降。
22.5 ~ 45cm
1:1~1: 2
LNR
1.051.4
P S
L
• 一维理论估算消声量
• 我国常用的精度较高的估算公式：
LNR
' (0 )
P S
L
• 其中消声系数

'
(0
)

4.34
a2
a
b2
• 特定情况下

'
(
0
)

4.34
1 1

10 10
• 注意！
• 一维理论估算消声量
• 阻性消声器
• 有气流时的消声系数：

(0 )''

(0 )'
1 (1 M
a)
• 结论：逆流有利于消声，顺流不利于消声。
• 顺流与逆流
• 气流在管道中的流动速度并不均匀，就同一截面而言，管道 中央流速最高；离开中心位置越远，速度越低；到接近管壁 处，流速近似为零。顺流时管道中央声速高，周壁声速低； 逆流时正好相反。
• 消声原理：利用吸声材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声 不断被吸收而逐渐衰减。
• 结构实现：把吸声材料固定在气流通过的管道周壁，或按一 定方式在通道中排列起来，就构成阻性消声器。当声波进入 消声器中，会引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振 动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化为热能而 散失掉，就起到消声的作用。
• 确定结构形式
• 根据气体流量和消声器所控制的平均流速，计算所需的通流 截面，然后根据截面的尺寸大小来选定消声器的形式。如果 消声器中流速保持与原输气管道中的流速一样，也可以简单 地按输气管道截面尺寸确定。凭一般经验认为，当气流通道 截面直径小于300毫米时，可选用单通道的直管式，当直径 大于300毫米而小于500毫米时，可在通道中加设一片吸声层 或吸声芯；当直径大于500毫米时，则应考虑把消声器设计 成片式、蜂窝式或其它型式。片式消声器中每个片间距离不 应大于250毫米，各片间加起来的通流截面积总和应相当于 原管道截面的1.5~2倍。
• 轴向贯穿法测声衰减
声源
管道
测点 消声器
无反射端
传声器小车
• 空气动力性能评价
• 反映了消声器对气流阻力的大小，也就是：安装消声器后输 气是否通畅，对风量有无影响，风压有无变化。
• 常用参数：
•
阻力系数
•
阻力损失
• 阻力系数
• 阻力系数：消声器安装前后的全压差与全压之比，对于确定 的消声器，其阻力系数为定值。阻力系数的测量比较麻烦， 一般只在专用设备上才能测得。
气动力性能两方面来考虑，都以采用较低的流速为有利。
• 结构性能
• 外形尺寸、坚固程度、维护要求、使用寿命等。
• 好的消声器除应有好的声学性能和空气动力性能之外，还应 该具有体积小、重量轻、结构简单、造型美观、加工方便、 同时要坚固耐用、使用寿命长、维护简单和造价便宜等特点。
• 阻性消声器的消声机理
LNR L入 L出
L出 L再
L出 L再 L出 L再
LNR L入 L出 修正
LNR L入 L再 修正
L出 L再
LNR L入 L再
• 阻性消声器的设计
• 确定消声器的结构型式 • 选用合适吸声材料 • 决定消声器的长度 • 合理选择吸声材料的护面结构 • 根据高频失效和气流再生噪声验算消声效果 • 设计方案的试验验证
算获得声功率级，然后计算传声损失。
• 末端降噪量
• 末端减噪量也称末端声压级差，它是指消声器输入端与输出 端的声压级之差。当严格地按传声损失测量有困难时，可采 用这种简便测量方法。
LNR Lp1 Lp2
• 利用末端声压级之差来表示消声值的方法，不可避免地包含 了反射声的影响，这种测量方法易受环境的影响而产生较大 的误差，因此适合在试验台上对消声器性能进行测量分析， 而现场测量则很少使用。
• 选用吸声材料
• 可用来做消声器的吸声材料种类很多，如超细玻璃棉、泡沫 塑料、多孔吸声砖、工业毛毡等。在选用吸声材料时，除考 虑吸声性能外，还要考虑消声器的使用环境，如对于高温、 潮湿、有腐蚀性气体的特殊环境。吸声材料种类确定以后， 材料的厚度和密度也应注意选定，一般吸声材料厚度是由所 要消声的频率范围决定的。如果只为了消除高频噪声，吸声 材料可薄些；如果为了加强对低频声的消声效果，则应选择 厚一些的，但超过某一限度，对消声效果的改善就不明显了。 每种材料填充密度也要适宜，如超细玻璃棉填充容重20~30 公斤/米3为合适。填充容重太大，浪费材料，同时影响效果； 填充容重太小，会由于振动而造成吸声材料下沉，使吸声材 料不均匀而影响消声效果。
• 利用公式计算的消声量一般偏高。
• 二维理论估算消声量
• 假设：声波的声压在通道高度方向没有变化，
•
在宽度方向上下对称但分布并不均匀。
• 局限性：利用二维理论分析单通道直管阻性消声器消声性能时，单通 道直管消声器的通道截面不宜太大。如果太大时，高频声的消声效果
显著下降。这是因为对于给定的消声器通道来说，当频率高到一定数 值，声波在消声器中传播便不符合平面声波的条件了。
系列湍流，相应地辐射噪声； • 二是气流激发消声器构件振动而辐射噪声。
• 特点：气流再生噪声的大小主要取决于气流速度和消声器的 结构。一般来说，气流速度越大，或消声器内部结构越复杂， 则产生的气流噪声也就越大。
• 对策：尽量减低流速；尽量改善气体的流动状况，使气流平 稳，避免产生湍流。
• 气流再生噪声的测试
• 声衰减的测量
• 轴向贯穿法：将探管插入消声器内部，沿消声器通道轴向每 隔一定的距离逐点测量声压级，从而得到消声器内声压级与 距离的函数关系，以求得该消声器的总消声量。
• 采用声衰减评价消声效果的优点：能够反映出消声器内的消 声特性及衰减过程，能避免环境对测量结果的干扰。
• 采用声衰减评价消声效果的缺点：费时、需要专门的测量传 声器，因此一般在现场测量中很少使用。
• 插入损失
• 插入损失是根据系统之外测点的测试结果经计算获得的，实 际操作中，在系统之外分别测量系统接入消声器前后的声压 级，二者之差即为插入损失。
LIT Lp1 Lp2
• 插入损失的测量
测点
声源
管道
测点
消声器
• 管口法测插入损失
测点
声源
管道
测点
消声器
• 插入损失和传声损失的比较
• 阻性消声器：插入损失与传声损失相近。 • 抗性消声器：插入损失一般低于传声损失。