7.消声技术

8.消声技术

课程教学基本要求：

了解消声器的总体要求，理解阻性消声器、抗性消声器的消声机理，掌握阻性消声器消声量的计算，消声系数与吸声系数的换算关系，高频失效频率，具备对消声器的设计及应用的能力。

课程内容：

消声器的总体要求，插入损失，传声损失，减噪量，声衰减量，消声器的分类，阻性消声器的原理，阻性消声器消声量的计算，消声系数与吸声系数的换算关系，高频失效频率，阻性消声器的种类，阻性消声器的设计，抗性消声器的机理及分类，抗性消声器消声量的计算，改善消声频率特性的方法，阻抗复合消声器，消声器的设计及应用。

概述

消声器是消减气流噪声的装臵，把它接在管道中或进、排气口上，能让气流通过，对噪声具有一定的消减作用。

消声器是一种既允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装臵。

一、消声器性能评价：

对一个好的消声器要有五个方面的基本要求：

1）消声性能要求具有较高的消声量和较宽的消声频率，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；不能降低风量，保证气流畅通。气流通过消声器时所产生的气流再生噪声不应影响空气动力设备的正常运行。

3）机械结构性能消声器的材料应坚固耐用，要有耐高温、腐蚀、潮湿、粉尘等特殊环境的功能。且要求体积要小，重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修。

4）外形和装饰除消声器几何尺寸和外形应符合实际安装空间的需要外，消声器的外形应美观大方，表面装饰应与设备总体相协调，体现环保产品的特点。

5）价格费用要求在选材、加工等要考虑减少材料损耗，在具有一定消声量的同时，消声器要价格便宜，使用寿命长，有一个较好的性价比。

二、消声器声学性能评价指标

1）插入损失（L IL）

消声器的插入损失指系统中安装消声器前后在系统外某给定点(包括管道内或管道外)测得的平均声压级之差。其中A计权插入损失(LIL)A的计算式如下：

(L IL)A＝L PA1- L PA2

式中，L PA1为装置消声器前某测点的A声级，dB；L PA2为装置消声器后测点的A声级，dD。

式中，i为频带的序号；Lpi为第i个频带声压级，dB；厶为第／个频带的修正值，dB；D；为第i个频带的插入损失，dB。

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。

若声场分布情况近似不变，计算公式：

2121P P W W IL L L L L L -=-=

2）传声损失（TL ）

即消声器进、出口端声功率级之差。若声压沿截面近似均匀分布，则： 2121P P W W L L L L TL -=-=

传声损失(L TL ) 传声损失又称透射损失，其定义为消声器进口端入射声功率级与出口端的声功率级之差。通常情况下消声器进口端与出口端的通道截面相同，声压沿截面近似均匀分布，这时传声损失等于进口端声压级与出口端声压级之差。

各频带传声损失LTL 由下式决定

式中,L pi 为人射声声压级，dB ；L PT 为透射声声压级，dB ；K i 为入射声的背景噪声修正值，dB ；K t 为透射声背景噪声修正值，dB ；S i 为消声器上游管道通道截面面积，m 平方；S t 为消声器下游管道通道截面面积，m 2。

3）减噪量（L NR ） 即消声器进、出口端测得的平均声压级之差。公式：21P P NR L L L -=

(3)减噪量(L NR ) 也称两端声压级差值或末端减噪量，其定义为在消声器的进口与出口端口测得的平均声压级之差值，即

式中，L p1为消声器进口端面平均声压级，dB ；L p2为消声器出口端面平均声压级，dB 。 4）衰减量（L A ）

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。

(4)声衰减量(L A ) 声衰减量也称轴向衰减量，其定义为通过测量消声器内轴向两点间声压级差值所求得的消声器单位长度的声衰减量(dB ／m)。它用来描述消声器内部的声传播特性。

以上四个评价指标中，传声损失和声衰减量反映了消声器自身的声学特性，不受测量环境条件的影响，而插入损失和减噪量会受到测量环境条件包括测点距离、方向及管口反射等因素的影响。因此，在评价消声器的声学性能时必须注明所采用的测量方法及环境条件。

三、消声原理：

1）阻性消声器消声原理

1.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。

2.包括的形式：直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式等。

3.消声的频率特性：具有中、高频消声性能。

4.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）。

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，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。

包括的形式：扩张室式（如P.181图9-3） 、共振腔式（如P.184图9-7） 、干涉型（如P.188图9-10）。

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）。

四、消声器的分类

消声器的种类和结构形式很多，根据其原理和结构的不同，大致可分为：

1）阻性消声器：

2）抗性消声器

3）阻抗复合式消声器

§4.2阻性消声器

一、直管式消声器——最简单的阻性消声器a

它是在管壁上衬贴吸声材料而成，有直管式和弯管式。

特点：空气动力性能好，用于气流量小，风速低的管道。

1.阻性直管消声器的声衰减量计算

①

其中：L －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(a 0)－与材料的吸声系数有关的消声系数

φ(a 0)与a

0的换算关系见表（9—2）

②H.J. α——吸声材料的无规入射平均吸声系数

降噪量与材料吸声性能和周长/截面比有关。

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。

2.高频失效频率（即消声性能下降的频率）

上限失效频率： 其中：d ，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：

当 其中：R ’

R －失效频率处的消声量（作为参考值）；

n f f >

N－高于失效频率的倍频程频带数。

二、片式消声器：b

较大，可对于气流量较大，需要通道截面积大，即通道半径大时，为使f

上

用隔板将大通道分成几个小通道，在隔板上铺设吸声材料。设计片式消声器时，每个通道的构造尺寸应该相同，此时消声器的消声量即为单个通道的消声量。（每个消声通道的

消声特性一样）

特点：结构简单，阻力损失小，中高频率消声效果好。

参数：消声量15-20 dB，片间距100-200mm，片厚50-150 mm。

三、蜂窝式消声器c:

由许多平行的小型直管式消声器并联而成。其消声量为单个小管的消声量。由于管道的周长L与截面S之比值比直管和片式都大，因而消声量高，且小管

提高，从而改善了中高频消声特性。

尺寸小，使消声f

上

优点：中、高频消声效果好

缺点：结构复杂、阻损较大。

通常在大风量低流速时使用。例如：控制大型鼓风机的气流噪声

单元通道应控制在200 m m×200 mm

四、折板式消声器d：

是将片式消声器中直板状的隔板做成弯折状。如此声波在折板内多次反射，使得隔板有更多机会与声波接触，发挥吸声材料作用，使吸声量提高，中高频的消声性能得到改善。弯折角不超过20°。

缺点：阻力损失大，意味着空气动力性能变差。对于风速过高的管道不宜采用。例如：用于压力和噪声较高的噪声设备（罗茨鼓风机），低压通风机则不适用。

五、迷宫式消声器g：（又称室式消声器）表4-2几种阻性消声器的设计参数

在消声器内部用内隔板分隔成3-5个小室，内壁加衬吸声材料和吸声障板，这种消声器除具有阻性消声作用外，通过小室断面的扩大和缩小，还具有抗性作用，因此消声频率范围宽，消声量较高。

缺点：体积大，阻损大，只在流速很低的风道上使用。自然通风

六、声流式消声器e：

将折板式消声器隔板由弯折状改为正弦曲线状或流线和菱形就成为声流式消声器。当声波通过时，增加反射次数，并对某些频率的声波产生吻合效应，从而改善吸声性能。

①减小了阻力损失，改善了空气动力性能

②增加了声波的反射次数，提高声波的吸收几率

③结构复杂，造价较高。

七、弯头式消声器f：

在弯管内壁衬贴吸声材料，就成为消声弯头。弯头上衬贴吸声材料的长度，一般相当于管道截面尺寸的2—4倍，没有吸声材料的弯头消声效果很差。弯角越小，消声量越小。

§4.3抗性消声器

一、扩张室消声器（膨胀式消声器）

消声原理：利用管道截面的突然扩张或收缩，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。称为抗性消声器的扩张比。

单节扩张室消声器的消声量计算：

由上式可见，管道截面收缩或扩张m 倍，其消声作用是相同的。在工程中，为了减小气流的阻力，常用扩张管。

二、共振腔消声器

1）消声原理：

该系统和穿孔共振吸声结构相似，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；同时由于截面的突变而使声波发生反射和干涉现象，导致声能衰减；当系统固有频率与入射声波频率相等时，发生共振，消耗的声能最多，消失量最大。

实际工程中，一般单通道的截面直径不应超过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。

§2.4.3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）。

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。

§4.3消声器的选用与安装

一、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）声源噪声在各频段的声压级，从而确定消声重点。

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）确定噪声应控制在什么水平上。

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）

△a d P L L L L -?-=

P L ——声源某一频带的声压级

△d L ——当无消声措施时，从声源至控制点经自然衰减所降低的声压级 a L ——控制点允许的声压级

4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的种类）

根据气流性质，各频带所需的消声量以及安装消声器的现场情况，综合平衡后确定消声器类型、结构、材质等。

5）检验（验算消声频率范围）

根据所确定的消声器，验算消声器的消声效果是否达到预期要求，消声器压力损失是否在允许范围之内。若未达到要求，需修改原设计方案并提出补救措施。

二、消声器的安装

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1500cm 2。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？

解：1）当管道为圆形时，因为管道的有效直径为：

则管道断面有效周长为：

2）当管道截面为正方形时

则管道断面周长为：

所以，

3）当管道截面为1：5矩形时

则管道断面长和宽分别为：

则管道断面周长为：

所以，

因此，有：L A3＞L A2 ＞ L A1

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。 m L 078.2)866.0173.0(2=+?=m D L 372.1437.014.3≈?==π