存在气流时管口声阻抗的变化

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1、这 可能是由于计算中未 考虑辐 射面前部有多 mm聚 胺脂水密胶的 衰减.2.换能器指向性图案的测t图5(a)、(b)、(:)给 出换能器 水平 指向性图案的部分测量结 果,并与公 式 (11 )的理论计算结果比 较,两者符合较好.在理论计算中各参数如下:L:一1.sem,L。1.ocm,L汉一l.ocr n,L刀一0.scm,L刀一o.3ema=2.Ocm,S,一S:一53=aZ才=0多em,d332.89X10一。C/Ns晃一l ,.5x1 0一,m,/NC; z :3 5 0 0m/sC,一30 o om/sC铝一510 0m/s电声效率刀8 0并.参考文lTeel1 2 36.Wi l

2、 l isa,J. Aco:t.献So e.A,.,6 9(19 81),2高宗发,应用声学,3一l(1 9 8 4),8一13.3陈桂生,超声换能器设计,海洋出版社,19 8 4,1 29一13 6.r4了Mor s eP.M.,andIoga rdK.V.,T卜e oretie alAe oustics,冲cgraw一HillB。ke。mpany,19 6 8,36 6一371.存在气流时管口声阻抗的变化盛胜我(同济大学声学研究所)1987年6月肠日收到抗性 消声器的 肖声性能与管口辐射特性密切相关.本文主要研究存在气流时管口声阻杭的变化.在 实 验室 管通 系统中,测定了管口声压反射系数

3、以及声阻伉的变化,并与理论分析的结果加 以比较,提出 了相应 的半经验半理论公式.实验结果与理 论计算符 合良好.理论与实验都 表明,气流对管口的反射 系数 与声阿 1抗 自一定的影响.当反射系数接近1时,随气流速度的增高,管口辐射声功 率将明显变化.一、引言抗性 消声 器 炸为内燃机 排气系统 中广 泛 使用的消声装置,能够 育效地降低 排气尾管出口辐射的噪声.讨于 存在气流时声在抗性消 声器中的传播 规律,根据严 格的声 传播理论,运用传递矩阵 分析的方 法,已作过较 详尽地研究1 .传递矩阵 法是 把从声源到管 道 出口的全 部 结构 作为一 个完整的系统,其中的声 传播 特性由传递矩

4、阵加以描述,然后根据 声源的特性以及管道出口的 辐射条件,可以确 定各 处的 声压与休积速度,从而求 出诸 如消声器的插人损失,传 声损失,管口辐射的声功 率 等吸要参准.因此,抗 性消声器 的消 声性 能不 仅与消 声器本身 的结 构 以及管道 内气 流速度、温 度等因素有关 (这些已包含 在传 递矩阵 内),而且 与声源特性2 J以及 管口辐射特性有 着密 切的关系.如果要确定给定 测点的辐射 声压级,还 必须具体计算或测定管口声阻抗,从而 求出辐 射 声功率.研究 管口的各种辐 射条件,特 别是存在 气流时 管口声阻抗 的变化,有着十分 重要 的意义.本文主 要讨 论管口辐射,尚不涉及声

5、源特性的 研究.在实 验室 管道 系统中,将气 与 声独立加 以调节,运用驻波 管测 杜 京理,测定了存在气流时管口声压反射系数 以及声阻抗 的 变化,并 与理论分析的结果 加 以比较,提出了相应 的半 经验半理论公式.实测结果与理论计算 良好卷3期相符.理论与实验都表明,气流对管口的反射系数与声阻抗有一定的影响.当反射系数接近1时,随着气流马赫数的增高,管口辐射声功率的变化将非常明显.二、实验技术测量管道出口声反射系数以及声阻抗的实验在风管实验室进 行.整个管道 的装置如 图1.管道的一端装有气流源与声源,气流源 系统是一台具有适当风 压和风量的 风机,并有阀门可 以调节管道中的气流速度,在

6、风机与管道间装有消声器,以消除 风机本身产生 的噪声.声源是由纯音信 号激励 的扬声器系统.声源 与气流源互相独立,可 以分别加以调节.管道 出口端畅开裸露,在附近无其他反 射体,相当于无障板管口的辐射条件.在测试期间,声源 信号的幅值和频率 应保持稳定,信号频 率 由频 率计精确测量.纯纯音信号源源源声级 计计一极小的位置,从而求得声压反射系数的幅值与相位以及声阻抗率.设声压反射 系数为,可 表示 为r一Rex P (j币),其幅值R与相位币的计算公式如下R(:一l)/(s+1)(l)币(Zb一1),(2)式中为驻波比,即声压极大值与极小值的相对 比值,b为相因子 (b2夸/劝,即管口至声压

7、第一极小的距离g与声波半波长几/2的相对比值.值得注意,当存在气流 的情况下,测得的距 离夸应相差(1一MZ)的 因子,M是气流的马赫数.管口的声阻抗率可 由反射系数求得,设产,v分别为管口的相对声阻率与声抗率,则与 反射 系数的关系由下式决定产+iv(l+r)/ (l一r)(3)测试频率的 范围在 2 00Hz到1 0 0 0Hz.气流 速度采用1 1.sm八(M一0.034)与2 2.5m/s(M一0.07 )两档.驻波比与声压极小位置 的读数取多组平均,并在实验期间对于各个测试条 件进行 重复性试验.三、管口声压反射系数与声阻抗图1测量装置管道直 径 为 2 0cm.管道中的探测器采用驻

8、极体传声器,安装在一个由三 块微穿孔板组成的定向支架中(见 图2).传 声器可沿管道轴线移动,并附有标尺,使 能精确测量传声器的移动距离.采用微穿孔板是为 了减小支架装置对测量的影响.声压驻波比 由精密声级计读出.驻极体话筒肇当管口附近没有其他反射体,管内平面波到达管口时,其中一部分将反射,一部分则辐射到管外空间.一般情况 下,声压反 射系数犷可写 成下面 形式犷一一Re即 (jZ及l)(4)其中相位中写成2习形式,l的物理意义 为管道 末端修正值,即设 尾管有效长度增大l值 后,在管口处声压 为零,人射 声与 反射 声的 声压相位刚好相反.通常,声压反射系数的幅值与相位与无量纲波数如有关(a

9、为管口半径),还与气流 的马赫数M有关.静态时,反 射 系数幅值R与 末端修正值l可 以严格加以计算1 3 .精 确表示 式 为1之J、 .声X工f少,心了气. 图2管道内传声器支架装置R一exP万一少“,旦二丝二 J里互兰巡丝业丝L二Jox(及a)2一xZ1 /2当移动传声 器可 以分别测得驻波比以及声压第应用声学l /。一生一。g叮:伽)(JI(万) ),+(NI(丫) ),告x(夜a)一xZ/,109l/ (21,(x)K:(万)I兀口L材ol之、xx,+(灸a)/,(6)一式中a为管口半径,天一27 t/几为自由空间的波数,了,N:与I;,K:分别 为第一 类实宗量和 虚宗量柱函数.在

10、低频极 限情 况下(如1),R一l,l/。一. 06 13 3.对于 实际应用,上 述表示式相 当繁冗,一般采用经验公式.但是,这些纯经验 公式 往往 有一定 局 限性,适用范 围比较小.这里提出一个以精确式 为基 础的半经验半理 论公 式,作为适用于 工程实际的近似式R一l/l+(天a),/2(7)(及a3)z/。一0.61 3一0.1(反a)(8)当 及a趋 于零时,上式 与精确 式 的渐近式一致.图3,图4是上式 与精确 式 的比较,其中实线表示 近似式,虚线表示精确式.由图可见,在实用频 率范 围内,近似 程 度是相当好 的.图4末端修正值比较据 反射 系数计算得出.由图 可见,在如较

11、小的情况下,气流 的影 响并不明 显,而且实 验值与理论计算的符合也较好.图5静态反射系数幅值 以.5 理论与实验比较乃.U4.0图3幅值比较实验 按 前述的 程序进行,静态 时的测量 结果如 图5所示,曲线是 (7) 式 的计算值,两者符合良 好.存在气流时,测量的结果 见图6,与静态 相比较,反射 系数 的幅值 增加并 不大.相 角的变 化如图7所示,往 往可 以忽略不计.图8,图9是 管口的声阻 率、声抗 率,其中的曲线 是 根图6存 在气流时反射系数幅值的变化卷3期)(一”,革早。态时从管道内部向管口传播的净声强为:几一二(l一;2)(9)内亡式中内为空气特性阻抗.当管道内存在气流时,

12、设气流 的马赫数为M,方 向与人射声传播方 向相同,则人射 声声强增大(1+MZ) 倍,反射声声强增大(1一 MZ)倍,反 射系数幅值R也将随马赫数M而 变化,由此相应 的净声强为通n芝.M=0+M=日.03OM=(飞.(、下厂z一二(l+M)2一(l一M)2及2(M)1众!C图7存在气流时 反射系数末端修正值的变化(10)因此,辐射 声功率 级的 增加量 为:Lw一1019!业土丛匕二丝二丛r全业叼.LI一R,(0).M二O+M=0.07 共0.8(11)式中R( 0 )表 示静态时的反 射系数.图1 0是辐射 声功率 级变 化量L,与反 射 系数的关系.一般情况下,由于 气流 对 反射系数

13、的 幅值影响并不少,因此R(M) 可用R( 0 )代替.由图可见,在反射 系数R近似接 近l时,气流 的影 响将变得相当明显.此时,I。将趋于零,而I仍保图8管口相 对声阻率1.00.8M=OM=0.0了 (国P)3、 司0.60.4图9管口相对声抗率图1 0八乙,随R的变化四、存在气流时管口辐射声功率的变化当噪声通过管口不断向周 围空 间辐射时,其辐射 的声功率与管口辐射条件密 切 相关4 J.当存在气流时,气流 对管口辐 射声功 率又有密切 的影响.设管道内向管口人射 的 声波声 压为八,自管口向管道内反射 的声波 声 压 为p,静应用声学盈 闷 心图1 1辐射声功率的变化持有限值.即使当

14、气流马赫 数很小时,由气流 引起的声功率级变化还 是相当大.随着 马赫数的增 加,辐射声功 率级可以增加达s dB以 上.图n是根据反 射系数的实验结果 得出的辐射声功 率随 如的 变化.五、结论,.J 飞月一l1.lq乙,、. r.r. . LJ排气系统尾管出口辐射的 声功率,与管口的 声阻抗 密切有关.对于 内燃 机排气 噪 声,由于 内部声阻很大,往往可视为恒 速声 源,此 时管口辐 射的 声功率实 际上与管口的声阻 成正比.因此声阻抗 的变化 直接影 响噪声的辐 射.一般的 排气尾管裸露,管口附近没有其他反 射体,相当于 管口无障板时的辐射.这与假设 有障板时的 辐射,即相 当于一个刚

15、性活 塞镶在“无限大”固定障板情况完全不同.由本 文提出的半经验半理 论公式计算可得出(式7,8,3),无障板时管口声阻约降低一半.因此,管口的辐射 条件应加以注意.存 在气流时,采用气流源与声源独立调节进 行测量.这样的测量方法可 以避免直接采用内燃机组 引起的附加影 响,能够使实验在控 制的条件下进行,便于 掌 握实验 规律.所做的实验表明,气流 对 声压反射系数幅值 的影 响并不很敏感,而相 角 的变化可以忽略 不计.气流对辐 射声 功率 的影 响比较明显,特别在低频 范围内,辐 射声功 率随M值增 加是 相当显著的.参考文献盛胜我,声学技术,5一1(19 86),斗子.王佐民,声学技术

16、,6一1(198 7),1.Le vineH.andSel飞winge rJ.,P 人夕J 才al R巴 粉 君e留,73(1 94 8),3 83Z hao5.L.andS hengSW,proc.Inter一Nois e86.July21一2 3,1 9 86,Bo ston,US A.面加权基阵孔径优化的计算机模拟陈启敏侯泽章(陕西师范大学应用声学研究所 )1 98 7年三月巧日收到本文对 加权医 用相控阵超声换能器,在给定一理想的波束情况下,根据孔径分市函数与声压指向 函数的富里叶变换关系,用计算机进行加权孔径的优化模拟,从而提供一个指向性较优 的扫描基阵.一、引言医用B超换能 器的波 束分布,直接影响着扫 描 系统的分辨力和 图像 清晰度.人 们总是 想尽 各种办 法,改善 波 束,以获 得较好 的 图像.声医的空间分布,是山发qJ器的辐射特性及其传 播的空间特性决定 的.阵列天 线电磁辐射场理论指 出,孔径 分布函数与辐时场方向 图函 数,