消声
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消声器是一种控制气流沿管道传播的消声 设备，这种装置可以在减少噪声的同时不影 响或减少影响气流的通过，它是降低空气动 力性噪声的主要技术措施，主要安装在风机 进出口和排气口，以及通风换气的地方。 一个性能良好的消声器，可使气流降噪 20~40dB。
第一节
1）阻性消声器
消声原理
一、消声器工作原理
消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料 固定在气流通道内壁或按一定的方 式在管道中排列起来，就构成了阻 性消声器，与电学类比，吸声材料 就相当于电阻，故称阻性消声器。
4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的 种类） 5）检验（验算消声频率范围）
消声器的安装
1） 明确风机噪声源的部位 2）选定在室内或室外安装消声器 3）消声器在室外时，消声量可达到20dB（A）以上； 在室内时，若进气口消声器或出气口消声器安装的 位置紧靠风机机壳时，最好的效果是可以降到电机 和机壳的噪声水平，即可以降低10~15dB（A） 4)在安装消声器时，消声器到风机进口或出口的距离 至少要大于管道直径的3~4倍以上。 5）消声设备的机壳或管道辐射的噪声有可能传入消 声器后端，致使消声效果下降。
二、阻性消声器 包括的形式：直管式、片式、蜂窝式、折板式、 迷宫式、声流式等。 消声的频率特性：具有中、高频消声性能。 适用范围：消除风机、燃气轮机进气噪声（即 气体流速不大的情况）。
直管式阻性消声器
片式消声器
蜂窝式消声器
折板式消声器
声流式阻性消声器
室式消声器
迷宫式消声器
盘式消声器
3）阻抗复合式消声器 消声原理：把阻性与抗性两种消声原理 通过适当结构复合起来而构成的。可定 性地认为阻性和抗性在同一频带的消声 值的叠加（并非简单的叠加关系）。
二、消声性能参数
1）插入损失（LIL）
即系统中插入消声器前后在系统外某点测得 的声功率级之差。 2）传声损失（TL） 即消声器进出口端声功率级之差。
G=1.15m V=0.054m3
设计取与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为 200mm，外径为500mm，则共振腔的长度为：
V V ＝ S 2 2 （d 2 －d1 ） 4 4 0.054 ＝ 3.14 （0.52－0.2 2） ＝0.33m V Sl l＝
若选用2mm的钢板，孔径为0.5cm，则开孔率为
3 N R R 3
'
其中：R’－高于失效频率的某倍频带的消声量；
R－失效频率处的消声量（作为参考值）；
N－高于失效频率的倍频程频带数。
例1、选用同一种吸声材料（平均吸声系数为 0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为 2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形 状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问 哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？
C D
单扩张室消声器结构及消声特性示意图
例：某柴油机进气口噪声125Hz有一明显峰值， 进气口管径为150mm，管长3m，气流速度 v=5m/s。试设计一个扩张室消声器安装在进 气口上，要求在125Hz有15dB的消声量。
二）共振腔消声器
1）消声原理：
该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的 空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空 腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波 传到腔口时，在声波的作用下，空气柱产生 振动，振动时与腔口壁的摩擦使一部分声能 转化为热能而耗散；同时由于声阻抗的突变 而使声波发生反射和干涉现象，导致声能衰 减；当体系固有频率与声波频率发生共振时， 消耗的声能最多，消失量最大。
1.4
2）当管道截面为正方形时 则管道断面周长为：
所以，
LR 2 1.03 0.461.4
1.549 2 7.2dB 0.15
3）当管道截面为1：5矩形时 则管道断面长和宽分别为： 5
0.15 0.866m 5
0.15 0.173m 5
则管道断面周长为：
P 2 (0.173 0.866) 2.078m
三、抗性消声器 包括的形式：扩张室式、共振腔式 、干 涉型。 消声的频率特性：具有低、中频消声性能。 适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排 气噪声（较高气速的情况）。
一）扩张室消声器（膨胀式消声器）
消声原理：声波在管道截面的突然扩张（或收缩） 造成通道内声阻抗突变，使声波传播方 向发生改变，在管道内发生反射、干涉 等现象，从而达到消声的目的。
解：
1）当管道为圆形时
1500 D 43.71cm 0.437m 4 3.14 4 S
因为管道的有效直径为：
则管道断面有效周长为：
P D 3.14 0.437 1.372 m
LR 1.03
由公式：
1.4
P l S
1.372 LR 1 1.03 0.46 2 6.4dB 0.15
C ＝ 2 3.1 4 ＝2 5 0 Hz
可见，在所需的消声范围内，不会出现高频失效问题。
消声器的选用
1）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自然环境 和声学环境条件等） 2）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及国家相 关声环境质量标准和噪声排放标准）
3）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通道结构； 根据降噪要求，决定消声器的长度）
V S d
实际工程中，一般单通道的截面直径 不应Hale Waihona Puke Baidu过250mm，如果流量较大时则需要 多通道。共振腔最大几何尺寸应小于声波 波长，孔心距应大于孔径的5倍。
共振腔消声器对频率f的纯音消声量
四、阻抗复合式消声器 包括的形式：阻－扩型、阻－共型、阻－ 扩－共型等。 消声的频率特性：具有低、中、高频消声 性能。 适用范围：消除鼓风机、大型风洞、试 车台噪声。
高频失效频率（即消声性能下降的频率）
基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接 触减少。
c f 上 1.85 D
其中：D－消声通道截面平均边长（当量直 径），m
圆形管道为直径；矩形管道为边长平均 值，其他管道取面积的开方值。
当频率每增加一个倍频带，其消声量约下降1/3， 其经验估算公式为：
各种流速下吸声护面材料
二）扩张室性消声器的设计步骤 根据所需要的消声频率特性，合理分布最大 消声频率，即合理设计各节扩张室的长度及 插入管的长度。 根据所需要的消声量，尽可能选取较小的扩 张比，设计扩张室各部分截面尺寸。 验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止 频率是否在所需要消声的频率范围之外。
( )
0.4 0.55 0.5 0.7 0.6 0.9 0.7 1.0 0.8 1.2 0.9 1.5 1.0 1.5
①由
Pl L ( ) S
②
l
Ld 6.25m 4 ( )
f上
1.8c 115.2 Hz d
2）抗性消声器 消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声 的。与阻性消声器不同，它不使用吸声 材料而是在管道上接截面积突变的管段 或旁接共振腔，利用声阻抗的改变，使 某些频率的声波在声阻抗突变的界面发 生反射、干涉等现象，从而在消声器的 外侧，达到了消声的目的。
单节扩张室消声器的消声量计算：
2 1 1 1 2 TL 10lg 10lg 1 m sin kl tI m 4
S2 其中： m S1
称为抗性消声器的扩张比。
单节扩张室消声器的消声量
f min＝
2
nC
扩张室消声器的截止频率
f上 ＝ 1.22
3）减噪量（LNR）
即消声器进出口端测得的平均声压级之差。 4）衰减量（LA） 即消声器内部两点间的声压级的差值，通常 用消声器的单位长度的衰减量（dB/m）来 表征消声器内声传播特性。
第二节
消声器
一 、消声器的性能评价
1） 消声性能 消声器的消声性能，即消声器的消声量的频 谱特性，消声器的消声量通常用传声损失和 插入损失来表示。频谱特性以倍频的1／3频 带的消声量来表示 2） 空气动力性能 消声器的空气动力性能是评价消声性能好坏 的另一。
解：根据题意，流通面积为 S=∏d12/4= ∏0.22/4=0.0314m2 由△L=10lg（1+2K2）得15= 10lg（1+2K2） 求出K=3.913≈4
fr 2 C 340 G/V 250 ＝ G/V 2 3.14
K
GV GV 4＝ 2S 2 0.0314
项重要指标，是指消声器气流阻力的大小。 消声器的空气动力性能通常用阻力系数或阻 力损失来表示。 3）结构性能 消声器的结构性能是指它的外形尺寸、坚固 程度、维护要求、使用寿命等，它也是评价 消声器性能的一项指标。结构性能对消声性 能和空气动力性能相同的消声器的使用具有 十分重要的现实意义。
对一个好的消声器要有五个方面的基本要求 1）在消声性能上的要求。要求具有较高的消 声值和较宽的消声频率，也就是说要在所需 要的消声频率范围有足够大的消声量；
2）空气动力性能上的要求。消声器对气流的 阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失 要控制在实际容许的范围内；
3）机械结构性能上的要求。消声器的体积要小， 重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修； 4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的 需要，美观大方，表面装饰与设备相协调； 5）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长。
声抗:声阻抗的实部叫声阻，声阻抗的虚部叫声 抗。声抗分为惯性声抗和容性声抗。前者为正 值，后者为负值；声抗反映声源部分能量激发 周围介质的振荡，它是一个类似弹簧振动的过 程，只是将能量储存后再释放回声源，因此这 部分能量不对外辐射声能. 声阻:表示能量的“损耗”，这个损耗表示声能 从一个地方传播到另一个地方，也就是声源对 外辐射的过程。 声桥:双层墙两墙之间若存在刚性连接称为存在 声桥。
G nS0 t＋ d 0 4 n＝ Gt ＋ d 0 S0 4 1.15 （0.002 ＋3.14 0.005 4） ＝ 3.14 0.0052 4 ＝348
验算：f上=1.8C/D=1.8×340/0.5=1224Hz
fr 2 C G／V 1.1 5 ／ 0.0 5 4
6)为了提高消声效果，防止管道壁的辐射噪声，风管 上要贴吸声材料。 7)消声器露天使用时应加防雨罩，作为进气消声使用 时应加防尘罩，含粉尘的场合应加滤清器。 8）进排气消声器，对通风机可互换使用，对鼓风机 和压缩机千万不可互换使用。 9）消声器要定时进行检修，以保证消声器的效果。 10）对于风机消声器片间平均流量，通常可选为等 于风机管道流速。
三）共振消声器的设计步骤
根据要消除的主要频率和降噪量（倍频程或1/3倍频 程），确定相应的K值。 确定K值后，求出共振腔的体积和传导率G。 设计消声器的几何尺寸。对某一确定的V值，可以 有多种不同的几何形状和尺寸，对某一确定的G值 也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。
例：在管径200mm的常温气流通道上，设计一 单腔共振消声器，要求在250Hz的倍频带上 有15dB 的消声量。
阻性消声器的声衰减量
理论计算公式：
P LR 0 l S
其中：P－消声器气流通道断面周长，m S－消声器的气流通道截面积，m2 l－消声器的有效长度，m φ (a0)－与材料的吸声系数有关的消声系数
H.J. 赛宾经验公式：
LR 1.03
1.4
P l S
降噪量与材料吸声 性能和周长/截面 比有关。
1—阻性 2—扩张室 3—共振腔 阻抗复合式消声器
阻抗复合式消声器
阻性和共振腔复合及消声量
第三节 消声技术应用
一）阻性消声器的设计步骤
确定消声量 选定消声器的结构形式 正确选用吸声材料 确定消声器的长度 选择吸声材料的护面结构 验算消声效果
设置在圆管中的吸声层或吸声芯
所以，
LR 3
2.078 1.03 0.46 2 9.6dB 0.15
1.4
因此，有：LR3＞LR2 ＞ LR1
即：管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆 形管道声音衰减量最小。
某排气管道所产生的噪声达到120分贝，需 要进行消声处理。若要求处理后的噪声低于 85分贝，所需要材料的吸声系数为0.8，计 算所需要的消声器长度？并求对应的上限失 效频率f上。（消声器通道直径）
第一节
1）阻性消声器
消声原理
一、消声器工作原理
消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料 固定在气流通道内壁或按一定的方 式在管道中排列起来，就构成了阻 性消声器，与电学类比，吸声材料 就相当于电阻，故称阻性消声器。
4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的 种类） 5）检验（验算消声频率范围）
消声器的安装
1） 明确风机噪声源的部位 2）选定在室内或室外安装消声器 3）消声器在室外时，消声量可达到20dB（A）以上； 在室内时，若进气口消声器或出气口消声器安装的 位置紧靠风机机壳时，最好的效果是可以降到电机 和机壳的噪声水平，即可以降低10~15dB（A） 4)在安装消声器时，消声器到风机进口或出口的距离 至少要大于管道直径的3~4倍以上。 5）消声设备的机壳或管道辐射的噪声有可能传入消 声器后端，致使消声效果下降。
二、阻性消声器 包括的形式：直管式、片式、蜂窝式、折板式、 迷宫式、声流式等。 消声的频率特性：具有中、高频消声性能。 适用范围：消除风机、燃气轮机进气噪声（即 气体流速不大的情况）。
直管式阻性消声器
片式消声器
蜂窝式消声器
折板式消声器
声流式阻性消声器
室式消声器
迷宫式消声器
盘式消声器
3）阻抗复合式消声器 消声原理：把阻性与抗性两种消声原理 通过适当结构复合起来而构成的。可定 性地认为阻性和抗性在同一频带的消声 值的叠加（并非简单的叠加关系）。
二、消声性能参数
1）插入损失（LIL）
即系统中插入消声器前后在系统外某点测得 的声功率级之差。 2）传声损失（TL） 即消声器进出口端声功率级之差。
G=1.15m V=0.054m3
设计取与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为 200mm，外径为500mm，则共振腔的长度为：
V V ＝ S 2 2 （d 2 －d1 ） 4 4 0.054 ＝ 3.14 （0.52－0.2 2） ＝0.33m V Sl l＝
若选用2mm的钢板，孔径为0.5cm，则开孔率为
3 N R R 3
'
其中：R’－高于失效频率的某倍频带的消声量；
R－失效频率处的消声量（作为参考值）；
N－高于失效频率的倍频程频带数。
例1、选用同一种吸声材料（平均吸声系数为 0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为 2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形 状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问 哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？
C D
单扩张室消声器结构及消声特性示意图
例：某柴油机进气口噪声125Hz有一明显峰值， 进气口管径为150mm，管长3m，气流速度 v=5m/s。试设计一个扩张室消声器安装在进 气口上，要求在125Hz有15dB的消声量。
二）共振腔消声器
1）消声原理：
该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的 空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空 腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波 传到腔口时，在声波的作用下，空气柱产生 振动，振动时与腔口壁的摩擦使一部分声能 转化为热能而耗散；同时由于声阻抗的突变 而使声波发生反射和干涉现象，导致声能衰 减；当体系固有频率与声波频率发生共振时， 消耗的声能最多，消失量最大。
1.4
2）当管道截面为正方形时 则管道断面周长为：
所以，
LR 2 1.03 0.461.4
1.549 2 7.2dB 0.15
3）当管道截面为1：5矩形时 则管道断面长和宽分别为： 5
0.15 0.866m 5
0.15 0.173m 5
则管道断面周长为：
P 2 (0.173 0.866) 2.078m
三、抗性消声器 包括的形式：扩张室式、共振腔式 、干 涉型。 消声的频率特性：具有低、中频消声性能。 适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排 气噪声（较高气速的情况）。
一）扩张室消声器（膨胀式消声器）
消声原理：声波在管道截面的突然扩张（或收缩） 造成通道内声阻抗突变，使声波传播方 向发生改变，在管道内发生反射、干涉 等现象，从而达到消声的目的。
解：
1）当管道为圆形时
1500 D 43.71cm 0.437m 4 3.14 4 S
因为管道的有效直径为：
则管道断面有效周长为：
P D 3.14 0.437 1.372 m
LR 1.03
由公式：
1.4
P l S
1.372 LR 1 1.03 0.46 2 6.4dB 0.15
C ＝ 2 3.1 4 ＝2 5 0 Hz
可见，在所需的消声范围内，不会出现高频失效问题。
消声器的选用
1）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自然环境 和声学环境条件等） 2）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及国家相 关声环境质量标准和噪声排放标准）
3）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通道结构； 根据降噪要求，决定消声器的长度）
V S d
实际工程中，一般单通道的截面直径 不应Hale Waihona Puke Baidu过250mm，如果流量较大时则需要 多通道。共振腔最大几何尺寸应小于声波 波长，孔心距应大于孔径的5倍。
共振腔消声器对频率f的纯音消声量
四、阻抗复合式消声器 包括的形式：阻－扩型、阻－共型、阻－ 扩－共型等。 消声的频率特性：具有低、中、高频消声 性能。 适用范围：消除鼓风机、大型风洞、试 车台噪声。
高频失效频率（即消声性能下降的频率）
基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接 触减少。
c f 上 1.85 D
其中：D－消声通道截面平均边长（当量直 径），m
圆形管道为直径；矩形管道为边长平均 值，其他管道取面积的开方值。
当频率每增加一个倍频带，其消声量约下降1/3， 其经验估算公式为：
各种流速下吸声护面材料
二）扩张室性消声器的设计步骤 根据所需要的消声频率特性，合理分布最大 消声频率，即合理设计各节扩张室的长度及 插入管的长度。 根据所需要的消声量，尽可能选取较小的扩 张比，设计扩张室各部分截面尺寸。 验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止 频率是否在所需要消声的频率范围之外。
( )
0.4 0.55 0.5 0.7 0.6 0.9 0.7 1.0 0.8 1.2 0.9 1.5 1.0 1.5
①由
Pl L ( ) S
②
l
Ld 6.25m 4 ( )
f上
1.8c 115.2 Hz d
2）抗性消声器 消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声 的。与阻性消声器不同，它不使用吸声 材料而是在管道上接截面积突变的管段 或旁接共振腔，利用声阻抗的改变，使 某些频率的声波在声阻抗突变的界面发 生反射、干涉等现象，从而在消声器的 外侧，达到了消声的目的。
单节扩张室消声器的消声量计算：
2 1 1 1 2 TL 10lg 10lg 1 m sin kl tI m 4
S2 其中： m S1
称为抗性消声器的扩张比。
单节扩张室消声器的消声量
f min＝
2
nC
扩张室消声器的截止频率
f上 ＝ 1.22
3）减噪量（LNR）
即消声器进出口端测得的平均声压级之差。 4）衰减量（LA） 即消声器内部两点间的声压级的差值，通常 用消声器的单位长度的衰减量（dB/m）来 表征消声器内声传播特性。
第二节
消声器
一 、消声器的性能评价
1） 消声性能 消声器的消声性能，即消声器的消声量的频 谱特性，消声器的消声量通常用传声损失和 插入损失来表示。频谱特性以倍频的1／3频 带的消声量来表示 2） 空气动力性能 消声器的空气动力性能是评价消声性能好坏 的另一。
解：根据题意，流通面积为 S=∏d12/4= ∏0.22/4=0.0314m2 由△L=10lg（1+2K2）得15= 10lg（1+2K2） 求出K=3.913≈4
fr 2 C 340 G/V 250 ＝ G/V 2 3.14
K
GV GV 4＝ 2S 2 0.0314
项重要指标，是指消声器气流阻力的大小。 消声器的空气动力性能通常用阻力系数或阻 力损失来表示。 3）结构性能 消声器的结构性能是指它的外形尺寸、坚固 程度、维护要求、使用寿命等，它也是评价 消声器性能的一项指标。结构性能对消声性 能和空气动力性能相同的消声器的使用具有 十分重要的现实意义。
对一个好的消声器要有五个方面的基本要求 1）在消声性能上的要求。要求具有较高的消 声值和较宽的消声频率，也就是说要在所需 要的消声频率范围有足够大的消声量；
2）空气动力性能上的要求。消声器对气流的 阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失 要控制在实际容许的范围内；
3）机械结构性能上的要求。消声器的体积要小， 重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修； 4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的 需要，美观大方，表面装饰与设备相协调； 5）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长。
声抗:声阻抗的实部叫声阻，声阻抗的虚部叫声 抗。声抗分为惯性声抗和容性声抗。前者为正 值，后者为负值；声抗反映声源部分能量激发 周围介质的振荡，它是一个类似弹簧振动的过 程，只是将能量储存后再释放回声源，因此这 部分能量不对外辐射声能. 声阻:表示能量的“损耗”，这个损耗表示声能 从一个地方传播到另一个地方，也就是声源对 外辐射的过程。 声桥:双层墙两墙之间若存在刚性连接称为存在 声桥。
G nS0 t＋ d 0 4 n＝ Gt ＋ d 0 S0 4 1.15 （0.002 ＋3.14 0.005 4） ＝ 3.14 0.0052 4 ＝348
验算：f上=1.8C/D=1.8×340/0.5=1224Hz
fr 2 C G／V 1.1 5 ／ 0.0 5 4
6)为了提高消声效果，防止管道壁的辐射噪声，风管 上要贴吸声材料。 7)消声器露天使用时应加防雨罩，作为进气消声使用 时应加防尘罩，含粉尘的场合应加滤清器。 8）进排气消声器，对通风机可互换使用，对鼓风机 和压缩机千万不可互换使用。 9）消声器要定时进行检修，以保证消声器的效果。 10）对于风机消声器片间平均流量，通常可选为等 于风机管道流速。
三）共振消声器的设计步骤
根据要消除的主要频率和降噪量（倍频程或1/3倍频 程），确定相应的K值。 确定K值后，求出共振腔的体积和传导率G。 设计消声器的几何尺寸。对某一确定的V值，可以 有多种不同的几何形状和尺寸，对某一确定的G值 也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。
例：在管径200mm的常温气流通道上，设计一 单腔共振消声器，要求在250Hz的倍频带上 有15dB 的消声量。
阻性消声器的声衰减量
理论计算公式：
P LR 0 l S
其中：P－消声器气流通道断面周长，m S－消声器的气流通道截面积，m2 l－消声器的有效长度，m φ (a0)－与材料的吸声系数有关的消声系数
H.J. 赛宾经验公式：
LR 1.03
1.4
P l S
降噪量与材料吸声 性能和周长/截面 比有关。
1—阻性 2—扩张室 3—共振腔 阻抗复合式消声器
阻抗复合式消声器
阻性和共振腔复合及消声量
第三节 消声技术应用
一）阻性消声器的设计步骤
确定消声量 选定消声器的结构形式 正确选用吸声材料 确定消声器的长度 选择吸声材料的护面结构 验算消声效果
设置在圆管中的吸声层或吸声芯
所以，
LR 3
2.078 1.03 0.46 2 9.6dB 0.15
1.4
因此，有：LR3＞LR2 ＞ LR1
即：管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆 形管道声音衰减量最小。
某排气管道所产生的噪声达到120分贝，需 要进行消声处理。若要求处理后的噪声低于 85分贝，所需要材料的吸声系数为0.8，计 算所需要的消声器长度？并求对应的上限失 效频率f上。（消声器通道直径）