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1、第二章 噪声污染及其控制第一节 概述第二节 声学基础第三节 噪声的评价和标准第四节 噪声控制技术吸声第五节 噪声控制技术隔声第六节 噪声控制技术消声 第七节 噪声控制技术有源噪声控制简介 第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第六节 噪声控制技术消声 概 述一一阻性消声器 二二抗性消声器 三三阻抗复合式消声器 四四五五六六微穿孔板消声器 消声器的设计 ( (一一) )消声原理消声原理 ( (二二) )消声器的性能评价消声器的性能评价 概 述一一n消声器：消声器：允许气流通过，又能有效阻止或减弱噪声允许气流通过，又能有效阻止或减弱噪声向外传播的装置。向外传播的装置。n性能：性能：优良的消
2、声器可使气流噪声降低优良的消声器可使气流噪声降低202040dB(A) 40dB(A) n种类：种类：按其消声机理和结构大致可分为按其消声机理和结构大致可分为n 阻性阻性消声器消声器n 抗性抗性消声器消声器n 阻抗复合式阻抗复合式消声器消声器n 微穿孔板微穿孔板消声器消声器n 扩散扩散消声器消声器 ( (一一) )消声原理消声原理 各自具有不同的消声频各自具有不同的消声频谱特性，可根据设备的谱特性，可根据设备的空气动力性空气动力性及及噪声频谱噪声频谱选用适当的消声器。选用适当的消声器。 ( (一一) )消声原理消声原理 ( (二二) )消声器的性能评价消声器的性能评价 概 述一一n（1 1）消
3、声量大）消声量大n（2 2）压力损失小）压力损失小n（3 3）适应性广）适应性广n（4 4）外形美观）外形美观正常工况下，在所要求的频带范正常工况下，在所要求的频带范围内应有足够大的消声量围内应有足够大的消声量 对气流阻力小，压力损失要对气流阻力小，压力损失要 控制在允许的范围内，不影控制在允许的范围内，不影 响设备的正常工作。响设备的正常工作。 材质耐用，耐高温、耐腐蚀、耐材质耐用，耐高温、耐腐蚀、耐 潮湿、耐粉尘，结构简单、体积小、潮湿、耐粉尘，结构简单、体积小、重量轻，便于制作安装和维修。重量轻，便于制作安装和维修。 外形美观大方，表面装饰应与设外形美观大方，表面装饰应与设备总体相协调备
4、总体相协调 。衡量消声器性能优衡量消声器性能优劣的主要评价量劣的主要评价量 (1)(1)插入损失插入损失 (2)(2)传递损失传递损失 (3)(3)减噪量减噪量 n系统中插入消声器前、后在系统中插入消声器前、后在系统外系统外某定点分别测得某定点分别测得的声压级的声压级L Lp1p1与与L Lp2p2之差。之差。(1)(1)插入损失插入损失 n优点优点：直观实用，测量简单；直观实用，测量简单；n适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。效果。n消声器进口端入射声的声功率级 与出口端透射声的声功率级 之差。 (2-167) n传递损失反映消声器自
5、身的特性，与声源等因素无关；传递损失反映消声器自身的特性，与声源等因素无关；n适用于理论计算和在实验室检验消声器自身的消声特性。适用于理论计算和在实验室检验消声器自身的消声特性。(2)(2)传递损失传递损失 n消声器进口端平均声压级（ ）与出口端平均声压级（ ）之差。(2-168) n这种测量方法易受气象条件、背景噪声等影这种测量方法易受气象条件、背景噪声等影响，误差较大，较少采用。响，误差较大，较少采用。(3)(3)减噪量减噪量 第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第六节 噪声控制技术消声 概 述一一阻性消声器 二二抗性消声器 三三阻抗复合式消声器 四四五五六六微穿孔板消声器 消声
6、器的设计 ( (一一) )阻性消声原理阻性消声原理 ( (二二) )阻性阻性消声器的结构形式消声器的结构形式 阻性消声器 二二 ( (三三) )阻性阻性消声器性能的影响因素消声器性能的影响因素 n阻性消声器：利用吸声材料消声的吸收型消声器。吸声材料相当于电阻，故称阻性消声器。 ( (一一) )阻性消声原理阻性消声原理 n原理：将吸声材料固定在 气流通道内，利用声波在 多孔吸声材料中传播时， 因摩擦阻力和粘滞阻力将 声能转化为热能，达到消 声的目的。 ( (一一) )阻性消声原理阻性消声原理 ( (二二) )阻性阻性消声器的结构形式消声器的结构形式 阻性消声器 二二 ( (三三) )阻性阻性消声
7、器性能的影响因素消声器性能的影响因素 图图2- 38 阻性消声器结构示意图阻性消声器结构示意图 ( (二二) )阻性阻性消声器的结构形式消声器的结构形式 e.蜂窝式蜂窝式 a.直管式直管式 b.片式片式 f.消声弯头消声弯头 c.折板式折板式 d.声流式声流式 n结构形式：如图2-38(a)所示；1.单通道直管式消声器单通道直管式消声器 式中，式中， 消声量，消声量，dBdB； 消声器通道断面的有效周长，消声器通道断面的有效周长，m m； 消声器通道的有效截面积，消声器通道的有效截面积，m m2 2； 消声器有效长度，消声器有效长度，m m； 垂直入射吸声系数；垂直入射吸声系数； 消声系数，与
8、材料的垂直入射吸声系数有关消声系数，与材料的垂直入射吸声系数有关, ,由表由表2-192-19查得查得(2-169) n消声衰减量 计算 （1）AN别洛夫公式：低、中频n特点：结构简单、气流直通、阻力损失小；n适用：小流量管道消声。n式(2-169)中中 的确定的确定（表2-19）1.单通道直管式消声器单通道直管式消声器 n由表由表2-19 2-19 确定确定 ，即可用式（，即可用式（2-1692-169）计算消声量。）计算消声量。n式式(2-169)(2-169)未未考考虑虑气气流流条条件件，在在低低、中中频频时时，计计算算值值与与实实测测值值基基本相等，但在高频时，计算值往往高于实测值。本
9、相等，但在高频时，计算值往往高于实测值。n设设计计阻阻性性消消声声器器时时，尽尽可可能能选选用用吸吸声声性性能能好好的的多多孔孔材材料料，并并详详细细计计算算通通道道的的几几何何尺尺寸寸，对对于于相相同同截截面面积积的的通通道道，P/SP/S值值以以矩矩形形最大，圆形最小。最大，圆形最小。表表2-19 与与 的关系的关系 11.50.860.750.640.550.470.390.310.240.170.110.050.6010.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.05n（2 2）H HJ J赛宾经验计算式：赛宾经验计算式：高频高频(2-170)(2
10、-170) 式中，式中， 吸声材料无规则入射平均吸声系数，表吸声材料无规则入射平均吸声系数，表2-202-20列出列出 了了 与与 间的关系。间的关系。式（式（2-1692-169）和式（）和式（2-1702-170）大致相同，仅仅是对吸声系数）大致相同，仅仅是对吸声系数的修正不同。的修正不同。 1.单通道直管式消声器单通道直管式消声器 表表2-20 与与 的换算关系的换算关系 1.001.000.8630.8630.7320.7320.6070.6070.4890.4890.3290.3290.3270.3271.001.000.900.900.800.800.700.700.600.600
11、.500.500.450.450.2770.2770.2300.2300.1850.1850.1440.1440.1050.1050.0700.0700.0400.0400.0150.0150.400.400.350.350.300.300.250.250.200.200.150.150.100.100.050.05(2-169) n消声衰减量消声衰减量 n与单通道直管式消声器与单通道直管式消声器计算公式计算公式相似。相似。n结构：结构：相当于多个单通道直管式消声器组成。相当于多个单通道直管式消声器组成。n当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时，只要计当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时，只要计
12、算单个通道的消声量。算单个通道的消声量。n通常取吸声片厚度为通常取吸声片厚度为5050100mm100mm，片间距离，片间距离( (通道宽通道宽度度) )取取100100250mm250mm。2.片式消声器片式消声器 n结构：结构：将片式消声器中的直板改为折板。将片式消声器中的直板改为折板。是是片式消声器的变型。片式消声器的变型。n原理原理：将直通道改为曲折通道，：将直通道改为曲折通道，给定直线长给定直线长度情形下，可增加声波在管道内的传播路程，度情形下，可增加声波在管道内的传播路程，增加反射次数，增加反射次数，提高高频消声量提高高频消声量。n为了减小阻力损失，折角一般为了减小阻力损失，折角一
13、般小于小于2020。3.折板式消声器折板式消声器 n结构结构：将折板式的折角变为平滑弧形板。：将折板式的折角变为平滑弧形板。n原理原理：当声波通过时，增加反射次数，并：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振动，从而改对某些频率的声波产生吻合振动，从而改善吸声性能。善吸声性能。n特点特点：可使气流较为通畅地通过，达到高：可使气流较为通畅地通过，达到高消声、低阻损的要求。消声、低阻损的要求。 4.声流式消声器声流式消声器 n结构：结构：若干个小型直管消若干个小型直管消 声器并联而成，形似蜂窝。声器并联而成，形似蜂窝。n原理：原理：小型管道的周长与截面积之比值小型管道的周长与截面积
14、之比值P/S比直管式比直管式和片式大，所以消声量较高。和片式大，所以消声量较高。n特点特点：小管的尺寸很小，使上限失效频率大大提高，：小管的尺寸很小，使上限失效频率大大提高，改善了高频消声特性。改善了高频消声特性。n计算：计算：一个小型直管消声器的消声量就可以表示整一个小型直管消声器的消声量就可以表示整个消声器的消声量。个消声器的消声量。5.蜂窝式消声器蜂窝式消声器 n结构结构：在弯管壁面衬贴吸声材料。：在弯管壁面衬贴吸声材料。其形式有圆管弯头、其形式有圆管弯头、矩形管弯头、圆弧形弯头和直角形弯头等。矩形管弯头、圆弧形弯头和直角形弯头等。 n原理原理：消声弯头能改变管道内气流的方向。：消声弯头
15、能改变管道内气流的方向。n特征参数特征参数：n弯头上衬贴弯头上衬贴吸声材料的长度吸声材料的长度, ,一般相当于管道截面尺寸的一般相当于管道截面尺寸的2 24 4倍倍。n弯头的弯头的插入损失大致与弯折角度成正比插入损失大致与弯折角度成正比，如，如30弯头的插入弯头的插入损失仅为损失仅为90弯头的弯头的1/3。n对于无规则入射，对于无规则入射，180弯头的减噪量约为弯头的减噪量约为90弯头的弯头的1.5倍。倍。 6. 消声弯头消声弯头 ( (一一) )阻性消声原理阻性消声原理 ( (二二) )阻性阻性消声器的结构形式消声器的结构形式 阻性消声器 二二 ( (三三) )阻性阻性消声器性能的影响因素消
16、声器性能的影响因素 ( (三三) )阻性阻性消声器性能的影响因素消声器性能的影响因素 1. 频率的影响频率的影响 n高频失效：在一定截面积的气流通道中，当入射声波的频率高至一定限度时，由于方向性很强而形成“光束状”传播，很少接触贴附的吸声材料，消声量明显下降的现象。n上限失效频率 ：产生高频失效所对应的频率。 n上限失效频率上限失效频率 计算公式：计算公式：直管式消声器直管式消声器 (2-171)(2-171) 式中，式中， 声速，声速，m/sm/s； 消声器通道的当量直径，消声器通道的当量直径，m m；对矩形管道取边长；对矩形管道取边长平均值，圆形管道取直径，其它可取面积的开方值。平均值，圆
17、形管道取直径，其它可取面积的开方值。n当 时，某倍频带的消声量 按下式估算式中，式中， 处的消声量，处的消声量，dBdB； 高于高于 的倍频程频带数。的倍频程频带数。 (2-172)(2-172) 2. 结构的影响结构的影响 n阻性消声器阻性消声器结构设计结构设计时，在高频失效频率附近采取时，在高频失效频率附近采取下述办法可显著提高高频消声效果。下述办法可显著提高高频消声效果。n小风量细管道可选用直管式；较大风量粗管道须采用多通小风量细管道可选用直管式；较大风量粗管道须采用多通道形式。道形式。n消声器通道中加装消声片或将消声器设计成片式、折板式、消声器通道中加装消声片或将消声器设计成片式、折板
18、式、蜂窝式或弯头式等，可提高中高频消声效果。蜂窝式或弯头式等，可提高中高频消声效果。n问题？问题？n对低频效果不明显；对低频效果不明显；n通道过多或出现弯曲，会显著增加阻力损失，使消声器的通道过多或出现弯曲，会显著增加阻力损失，使消声器的空气动力性能下降。空气动力性能下降。 3. 气流的影响气流的影响 n气流再生噪声：高速气流经过消声器时因局部阻力和摩擦阻力形成湍流产生的噪声。n辐射噪声：高速气流激发消声器构件振动n倍频带的气流再生噪声的声功率倍频带的中心频率，倍频带的中心频率，Hz气流速度，气流速度，m/sn气流再生噪声的大小主要取决于气流的速度和消声器的结构。气流速度气流再生噪声的大小主要
19、取决于气流的速度和消声器的结构。气流速度增加，声功率提高，使消声量减少，当气流速度高到一定程度时，消声增加，声功率提高，使消声量减少，当气流速度高到一定程度时，消声量变为负值，此时消声器失去消声作用。量变为负值，此时消声器失去消声作用。n所以消声器的设计不应使气流的流速过高，否则不仅消声器的性能受到所以消声器的设计不应使气流的流速过高，否则不仅消声器的性能受到影响，而且空气动力性能也会变差。影响，而且空气动力性能也会变差。 =(18=(182)+lg2)+lgv vn n例：某型号风机，风量为40m3/min，进气管口直径为200mm。在距进气口3m处测得的噪声频谱如表所列，要求消声后在距进气
20、口3m处达到NR90，试对进气口作阻性消声器设计。阻性消声器的设计序序序序号号号号项目项目项目项目倍频程中心频率倍频程中心频率倍频程中心频率倍频程中心频率HzHz6363125125250250500500100010002000200040004000800080001 1进气口噪声进气口噪声dBdB10910911211210410411511511611610810810410494942 2降噪要求降噪要求（NR90NR90）阻性消声器的设计序序号号项目项目倍频程中心频率倍频程中心频率Hz6312525050010002000400080001进气口噪声dB10911210411511
21、6108104942降噪要求（NR90）1071009592908786843消声器应有消声量dB212923262118104消声器周长与截面比20202020202020205材料吸声系数00.30.520.780.860.850.830.800.786消声系数（0）0.40.71.11.31.31.21.21.17消声器所需长度m0.250.860.860.891.000.880.750.458高频失效验算根据降噪要求，确定合理的消声量选定消声器的结构形式，当气流通道截面的当量直径小于300mm，可选用单通道直管式；当直径在300500mm时，可在通道中加设吸声片或吸声芯。当通道直径大于
22、500 mm时，考虑设计片式、蜂窝式或其他形式。正确选用吸声材料，根据使用环境和噪声频谱，吸声材料选用密度为25kg/m3的超细玻璃棉，厚度取150mm。根据气流速度，选择护面层结构。确定消声器的长度计算高频失效频率：f上1.85c/D=1.85340/0.2=3145Hz 在中心频率4kHz的倍频带内，其消声器对于高于3145Hz的频率段，消声量将降低，上面设计的消声器长度为1米，在8kHz的消声量为 得L=1.1201=22dB,但由于高频失效，在中心频率8kHz的倍频带内的消声量为 得L=31/322=14.67dB，由表9-6第三行看出，8kHz所需的消声量为10dB，即使高频失效导致
23、消声量下降，该设计方案仍符合要求。第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第六节 噪声控制技术消声 概 述一一阻性消声器 二二抗性消声器 三三阻抗复合式消声器 四四五五六六微穿孔板消声器 消声器的设计 n nP16P16声阻抗率或声特性阻抗声阻抗率或声特性阻抗声阻抗率或声特性阻抗声阻抗率或声特性阻抗 在声场中，某位置的声压与该位置质点振动的速在声场中，某位置的声压与该位置质点振动的速度之比称作声阻抗率或声特性阻抗度之比称作声阻抗率或声特性阻抗Zs=P/u=0 cP-声压U-质点振动的速度C-声波传播的速度 0 0-介质的密度介质的密度声波遇到两种介质的界面会发生反射、声波遇到两种介质的界
24、面会发生反射、透射，就是因为两种介质的特性阻抗透射，就是因为两种介质的特性阻抗的不同，反射和透射的强度决定于两的不同，反射和透射的强度决定于两种介质的声特性阻抗种介质的声特性阻抗声阻抗就是声波传导时介质位移需要克服的阻力。声阻抗就是声波传导时介质位移需要克服的阻力。声阻抗就是声波传导时介质位移需要克服的阻力。声阻抗就是声波传导时介质位移需要克服的阻力。声阻抗越大则推动介质所需要的声压越大，声阻抗越小则所需声压就越小。声阻抗越大则推动介质所需要的声压越大，声阻抗越小则所需声压就越小。声阻抗越大则推动介质所需要的声压越大，声阻抗越小则所需声压就越小。声阻抗越大则推动介质所需要的声压越大，声阻抗越小
25、则所需声压就越小。 ( (一一) )扩张室消声器扩张室消声器 ( (二二) )共振共振消声器消声器 抗性消声器 三三n原理原理：利用声抗大小来消声。n基本类型基本类型 与阻性消声器不同，抗性消声器不使用吸声材料，主要是利用与阻性消声器不同，抗性消声器不使用吸声材料，主要是利用声抗的大小来消声声抗的大小来消声, , 依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变，而产生声波的反射、干涉现象传播过程中引起阻抗的改变，而产生声波的反射、干涉现象, ,从从而降低由消声器向外辐射的声能，达到消声的目的。而降低由消声器向外辐射的声能，达到消声的目的。n特点
26、特点：选择性强，适于窄带噪声和低、中频 噪声。n扩张室消声器：抗性消声器最常用的结构形式。n单节扩张室消声器：由扩张室和连接管组成，是最基本形式。图图2-39 单节扩张室消声器单节扩张室消声器 ( (一一) )扩张室消声器扩张室消声器 1. 结构形式结构形式 连接管连接管 连接管连接管 扩张室扩张室 n根据管道传播理论，声波通过扩张室时，单节扩张室消声器声强透射系数为根据管道传播理论，声波通过扩张室时，单节扩张室消声器声强透射系数为 2. 消声量的计算消声量的计算 扩张比扩张比,m= S2 /S1扩张室长扩张室长,m,m n若管道截面收缩若管道截面收缩m倍或是扩张倍或是扩张m倍倍，消声作用相同
27、，消声作用相同 工程中为了减少对气流的阻力，常用扩张管。工程中为了减少对气流的阻力，常用扩张管。n消声量与消声量与 有关，即随频率作周期性变化。有关，即随频率作周期性变化。(2-174)(2-174)k k角角波数波数=2/=2/ S S1 1S S2 2分别为连接管分别为连接管和扩张室面积和扩张室面积,m,m2 2 (2-175)(2-175)n若只考虑扩张室本身特性，由上式可得单节扩张室消声器的消声量计算式为n当当 (n=0,1,2,3(n=0,1,2,3) )时，时， ，扩张室消声，扩张室消声量达最大值，式量达最大值，式(2-175)(2-175)可写成可写成 (2-176)(2-176
28、)n由式（由式（2-176）可以更清楚地看出，增大扩张比）可以更清楚地看出，增大扩张比m，可增大消声量。，可增大消声量。(2-178)(2-178)n消声量达最大值时的相应频率消声量达最大值时的相应频率 (2-177)(2-177)n通常通常m1，当，当m5时时,可近似地取可近似地取讨讨 论论单节扩张室消声器的单节扩张室消声器的主要缺点主要缺点(2-178)(2-178)n当当 (n=0,1,2,3(n=0,1,2,3) )时，时， ，消声量，消声量达达 ，表明声波无衰减地通过消声器，此时，对，表明声波无衰减地通过消声器，此时，对应的频率称为消声器的应的频率称为消声器的通过频率通过频率。 n为
29、了消除某一频率的噪声可适当选择扩张室的长度，为了消除某一频率的噪声可适当选择扩张室的长度，以使消声器在该频率上有最大消声量。以使消声器在该频率上有最大消声量。n消声量计算图消声量计算图图图2-40 2-40 单节扩张室消声器的消声量单节扩张室消声器的消声量 n为设计方便，将式为设计方便，将式(2-175)(2-175)绘成图绘成图2-402-40。n扩张室有效消声的上限截止频率上限截止频率(2-180)(2-180) 3. 扩张室消声器的截止频率扩张室消声器的截止频率 扩张室截面当量直径，扩张室截面当量直径，m m 声速声速,m/s,m/s n扩张室截面积越大，扩张室截面积越大， 的值越小，其
30、消声频率范围越窄。因的值越小，其消声频率范围越窄。因此，选择扩张比要兼顾消声量和消声频率两个方面。此，选择扩张比要兼顾消声量和消声频率两个方面。n扩张室有效消声的下限截止频率：n当当入入射射声声波波频频率率和和系系统统的的固固有有频频率率相相等等时时，会会发发生生共共振振，消消声声器器不不能能消消声声，反反将将声声音音放放大大，该频率称为该频率称为下限频率下限频率. . (2-191) (2-191)扩张室体积，扩张室体积，m m3 3 连接管的截面积，连接管的截面积，m m2 2连接管的长度，连接管的长度，m mn只有在大于只有在大于 的频率范围，消声器才有消声作用。的频率范围，消声器才有消
31、声作用。 n单节扩张室消声器的主要缺点是存在许多通过频率，在通过频率处的消声量为零。n解决的方法通常有两种：n一是在扩张室内插入内接管n二是将多节扩张室串联 4. 改善消声频率特性的方法改善消声频率特性的方法 在扩张室内插入内接管在扩张室内插入内接管n当插入管长度为当插入管长度为 时，可消除式时，可消除式 中中 为奇数的为奇数的通过频率。通过频率。n当插入管长度为当插入管长度为 时，可消除式时，可消除式 中中 为偶数的为偶数的通过频率。通过频率。n将二者结合，则可得到较为理想的消声效果（将二者结合，则可得到较为理想的消声效果（虚线虚线）。）。（a）带插入管的扩张室消声器）带插入管的扩张室消声器
32、（b）插入管消声的作用）插入管消声的作用 图图 2-41 带插入管的扩张室消声器及消声频率特性带插入管的扩张室消声器及消声频率特性多节扩张室串联多节扩张室串联 n将多节扩张室消声器串联，各室长度设计为不同数值将多节扩张室消声器串联，各室长度设计为不同数值, ,使各自使各自的通过频率互相错开（如使后一节的通过频率恰好是前一节的通过频率互相错开（如使后一节的通过频率恰好是前一节的最大消声频率），可改善整个消声频率特性，提高消声量的最大消声频率），可改善整个消声频率特性，提高消声量n由于各节间的耦合现象，总消声量由于各节间的耦合现象，总消声量各节扩张室消声量的算各节扩张室消声量的算术和。术和。 n在
33、实践中，通常将上述两种方法结合使用。考虑到消声器的在实践中，通常将上述两种方法结合使用。考虑到消声器的空气动力性，串联的腔室一般以空气动力性，串联的腔室一般以2 24 4腔腔为宜。为宜。 图图2-42 多节扩张室串联消声器多节扩张室串联消声器 ( (一一) )扩张室消声器扩张室消声器 ( (二二) )共振共振消声器消声器 抗性消声器 三三n原理：利用声抗大小来消声。n特点：选择性强，适于窄带噪声和低、中频噪声。 ( (二二) )共振共振消声器消声器 图图2-45 单腔共振消声器单腔共振消声器n特别适合于低、中频突出的噪声，且消声量比较大特别适合于低、中频突出的噪声，且消声量比较大 图图2-44
34、 共振消声器共振消声器 在在一一段段气气流流通通道道的的管管壁壁上上开开一一些些小小孔孔，使使其其与与管管外外闭闭合合的的空空腔腔相相通通，就就构构成成了了共共振振消消声声器器 最最简简单单的的结结构构形形式式：单单腔腔共共振振消消声声器器 n共振消声器实质上是共振吸声结构的一种应用，其基本原理基于亥姆霍共振消声器实质上是共振吸声结构的一种应用，其基本原理基于亥姆霍兹共振器。兹共振器。n管壁小孔中的空气柱类似活塞，具有一定的声质量，密闭空腔类似于空管壁小孔中的空气柱类似活塞，具有一定的声质量，密闭空腔类似于空气弹簧，具有一定的声顺，二者组成一个共振系统。气弹簧，具有一定的声顺，二者组成一个共振
35、系统。n当声波传至颈口时，在声压作用下空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼当声波传至颈口时，在声压作用下空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼使一部分声能转换为热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变化，一部使一部分声能转换为热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。分声能将反射回声源。n当声波频率与共振腔固有频率相同时，便产生共振，空气柱振动速度达当声波频率与共振腔固有频率相同时，便产生共振，空气柱振动速度达到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。 1.消声原理与消声量的计算消声原理与消声量的计算 n消声原理：消声原理：亥姆霍兹共振
36、原理。n当声波波长大于共振腔消声器的最大尺寸的3倍时，其共振吸收频率共振吸收频率为 1.消声原理与消声量的计算消声原理与消声量的计算 (2-182) 声速，声速，m/s空腔体积，空腔体积，m3传导率传导率，有长度的量纲，有长度的量纲孔直径，孔直径，m孔颈长，孔颈长，mn工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的，而是由多个孔组成。工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的，而是由多个孔组成。n注意各孔间要有足够的距离，当孔心距为小孔孔径的注意各孔间要有足够的距离，当孔心距为小孔孔径的5 5倍以上时，各孔间倍以上时，各孔间的声辐射互不干涉，此时总的传导率等于各个孔的传导率之和，即的声辐射互不干涉，此时总
37、的传导率等于各个孔的传导率之和，即 (n(n为孔数为孔数) )。孔颈截面积，孔颈截面积，m2n忽略共振腔声阻的影响，单腔共振消声器对频率 的声波的消声量(2-183) 1.消声原理与消声量的计算消声原理与消声量的计算 传导率传导率空腔体积，空腔体积，m3气流通道的截面积，气流通道的截面积，m m2 2 其中 (2-184) n 值是共振消声器设计中的重要参量。值是共振消声器设计中的重要参量。n式（式（2-1832-183）计算的是单一频率的消声量。）计算的是单一频率的消声量。 n实际工程中的噪声源多是连续的宽带噪声n某一频带内的消声量为 1.消声原理与消声量的计算消声原理与消声量的计算 (2-
38、185a) 对倍频带 对1/3倍频带 (2-185b) n图图2-452-45给出不同情况下共振腔消声器的消声特性曲线给出不同情况下共振腔消声器的消声特性曲线 图图2-45 共振腔消声器的消声特性共振腔消声器的消声特性n 当当 时时，系系统统发发生生共共 振振，消消声声量量 最最大大；n 在在偏偏离离 时时， 迅迅速速下下降降；n K K值值越越小小，曲曲线线越越尖尖锐锐 2.改善改善消声性能的方法消声性能的方法 消声频带范围窄消声频带范围窄的改善方法的改善方法(1)(1)选定较大的选定较大的 值值 (2)(2)增加声阻增加声阻 (3)(3)多节共振腔串联多节共振腔串联 2.改善改善消声性能的
39、方法消声性能的方法 消声频带范围窄消声频带范围窄的改善方法的改善方法(1)(1)选定较大的选定较大的 值值 (2)(2)增加声阻增加声阻 (3)(3)多节共振腔串联多节共振腔串联 n 值值越越大大，消消声声量量也也越越大大, ,n但但改改善善声声频频带带宽宽度度的的同同时时，消消声声器器体体积积增增大大，设设计计时时应应选选取取适适当当的的值值。 2.改善改善消声性能的方法消声性能的方法 消声频带范围窄消声频带范围窄的改善方法的改善方法(1)(1)选定较大的选定较大的 值值 (2)(2)增加声阻增加声阻 (3)(3)多节共振腔串联多节共振腔串联 n在共振腔中填充吸声材料，或在孔颈处衬在共振腔中
40、填充吸声材料，或在孔颈处衬贴薄的透声材料，增加声阻，展宽频率范围。贴薄的透声材料，增加声阻，展宽频率范围。n会使共振频率处的消声量有所下降，但偏会使共振频率处的消声量有所下降，但偏离共振频率后的消声量下降缓慢，综合消声离共振频率后的消声量下降缓慢，综合消声效应仍为有利。效应仍为有利。 2.改善改善消声性能的方法消声性能的方法 消声频带范围窄消声频带范围窄的改善方法的改善方法(1)(1)选定较大的选定较大的 值值 (2)(2)增加声阻增加声阻 (3)(3)多节共振腔串联多节共振腔串联 n 将将具具有有不不同同共共振振频频率率的的几几节节共共振振腔腔消消声声器器串串联联，可可有有效效展展宽宽消消声
41、声频频率率。图图2-46 多节共振消声器多节共振消声器 第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第六节 噪声控制技术消声 概 述一一阻性消声器 二二抗性消声器 三三阻抗复合式消声器 四四五五六六微穿孔板消声器 消声器的设计 阻抗复合式消声器 四四五五 阻性消声器阻性消声器 抗性消声器抗性消声器 阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器 常用形式常用形式阻阻性性扩扩张张室室复复合合式式 阻阻性性共共振振腔腔复复合合式式 阻阻性性扩扩张张室室共共振振腔腔复复合合式式 1-阻性阻性 1-阻性阻性 1-阻性阻性 1-阻性阻性 2-扩张室扩张室2-扩张室扩张室2-扩张室扩张室3-共振腔共振腔 3-共振腔共
42、振腔 3-共振腔共振腔 (c) 阻阻-共复合式共复合式 (d) 阻阻-共共-扩复合式扩复合式 (a)、(b) 阻阻-扩复合式扩复合式 图图2-47 2-47 几个阻抗复合式消声器示意图几个阻抗复合式消声器示意图阻抗复合式消声器 四四五五 2-扩张室扩张室 1-阻性阻性 图图2-49 (a) 阻性阻性-扩张室复合式扩张室复合式 n阻性阻性- -扩张室复合消声器扩张室复合消声器n可在可在低中高频低中高频范围内获得范围内获得良好的消声效果良好的消声效果n消声值消声值20dBA20dBAn用在用在风机进出口风机进出口上。上。 图图2-49 (c) 阻性阻性-共振室复合式共振室复合式 3-共振腔共振腔
43、3-共振腔共振腔 1-阻性阻性 n阻性阻性- -共振腔复合消声器共振腔复合消声器n在在低中高频低中高频的宽广范围有的宽广范围有较好的消声性能较好的消声性能n消声值消声值202030dBA30dBAn消除消除压缩机噪声压缩机噪声 第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第六节 噪声控制技术消声 概 述一一阻性消声器 二二抗性消声器 三三阻抗复合式消声器 四四六六五五微穿孔板消声器 消声器的设计 五五微穿孔板消声器 （一一）消消声声原原理理 （二二）消消声声量量计计算算 n原理：利用微穿孔板吸声结构制成的一种高声阻、 低声质量新型消声器，是阻抗复合式消声器 的一种特殊形式。n由理论分析可知由
44、理论分析可知n声阻与穿孔板上的孔径成反比。与一般穿孔板相比，微穿孔板吸声声阻与穿孔板上的孔径成反比。与一般穿孔板相比，微穿孔板吸声结构由于孔很小结构由于孔很小, ,所以声阻就大得多，从而提高了结构的吸声系数所以声阻就大得多，从而提高了结构的吸声系数n低穿孔率降低了其声质量，使吸声频带宽度得到展宽，同时微穿孔低穿孔率降低了其声质量，使吸声频带宽度得到展宽，同时微穿孔板后面的空腔能够有效地控制共振吸收峰的位置。板后面的空腔能够有效地控制共振吸收峰的位置。（一一）消消声声原原理理 n结构：在厚度小于1mm的金属板上钻许多孔径为 0.51mm的微孔，穿孔率一般为1%3%， 孔板后留有一定的空腔，构成微
45、穿孔板吸声 结构。（一一）消消声声原原理理 单层管式消声器是最简单的微穿孔板单层管式消声器是最简单的微穿孔板消声器，是一种共振式吸声结构。消声器，是一种共振式吸声结构。 五五微穿孔板消声器 （一一）消消声声原原理理 （二二）消消声声量量计计算算 n单层管式消声器，单层管式消声器，低频低频消声，声波波长大于空腔尺消声，声波波长大于空腔尺寸，消声量按共振消声器公式计算。寸，消声量按共振消声器公式计算。 (2-186)(2-186)n中频中频，按阻性消声器别洛夫公式计算。，按阻性消声器别洛夫公式计算。 （2-1882-188）n高频高频，气流速度为，气流速度为20m/s20m/sv v120m/s1
46、20m/s，按经验公式，按经验公式计算。计算。 (2-189)(2-189) （二二）消消声声量量计计算算 第二章第二章 噪声污染及其控制噪声污染及其控制第六节 噪声控制技术消声 概 述一一阻性消声器 二二抗性消声器 三三阻抗复合式消声器 四四五五六六微穿孔板消声器 消声器的设计 六六消声器的设计 ( (一一) )消声器设计程序和要求消声器设计程序和要求 ( (二二) )消声器的设计消声器的设计 ( (一一) )消声器设计程序和要求消声器设计程序和要求 n（1 1）根据相关环境保护和劳动保护标准，适当考虑）根据相关环境保护和劳动保护标准，适当考虑设备具体条件，合理确定实际所需的消声量，分析设备
47、具体条件，合理确定实际所需的消声量，分析噪声源的频谱特性。噪声源的频谱特性。n（2 2）根据气流流量和噪声源的频谱特性选定消声器）根据气流流量和噪声源的频谱特性选定消声器的结构形式。的结构形式。n高频噪声高频噪声选择选择阻性消声器阻性消声器n中低频噪声中低频噪声选择选择抗性消声器抗性消声器；n抗性消声器的结构形式较多，可根据需要消声的抗性消声器的结构形式较多，可根据需要消声的频带范围，组合消声器的腔室。频带范围，组合消声器的腔室。 ( (二二) )消声器的设计消声器的设计 n设计步骤 n（1）根据气流流量和流速，计算所需要的通道截面，并由此来选定阻性消声器的形式。n（2）选用吸声材料。 n（3
48、）选用护面结构。n（4）根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。 n设计步骤 （1）根据气流流量和流速，计算所需要的通道截面，并由此来选定阻性消声器的形式。n一般认为，当气流通道截面的当量直径小于一般认为，当气流通道截面的当量直径小于300mm300mm， 可选用单通道直管式；可选用单通道直管式；n当直径在当直径在300300500mm500mm时，可在通道中加设一片吸声时，可在通道中加设一片吸声 层或吸声芯；层或吸声芯；n当通道直径大于当通道直径大于500mm500mm时，则应考虑把消声器设计成时，则应考虑把消声器设计成 片式、蜂窝式或其它形式。片式、蜂窝式或其它形式。n消声器长度
49、由噪声源的强度和降噪现场要求来决定，消声器长度由噪声源的强度和降噪现场要求来决定， 并考虑所允许的安装空间尺寸，一般为并考虑所允许的安装空间尺寸，一般为1 13m3m。 n设计步骤 （2）选用吸声材料。 n 一般应考虑一般应考虑吸声频率吸声频率范围、范围、吸声系数吸声系数的的 大小、吸声大小、吸声材料厚度材料厚度；n同时还要考虑消声器的同时还要考虑消声器的使用环境使用环境，在高温、，在高温、 潮湿、有腐蚀性气体等特殊环境中，应潮湿、有腐蚀性气体等特殊环境中，应 考虑吸声材料的考虑吸声材料的耐热耐热、防潮防潮、抗腐蚀性抗腐蚀性能。能。 n设计步骤 （3）选用护面结构。n阻性消声器中的吸声材料是在
50、气流中工作的，阻性消声器中的吸声材料是在气流中工作的， 必须选用护面结构固定起来。必须选用护面结构固定起来。n常用的护面结构有常用的护面结构有玻璃布玻璃布、穿孔板穿孔板或或铁丝网铁丝网等。等。n如果选取护面不合理，吸声材料会被气流吹跑如果选取护面不合理，吸声材料会被气流吹跑 或使护面结构激起振动，导致消声性能下降。或使护面结构激起振动，导致消声性能下降。n护面结构形式主要由消声器通道内的气流速度护面结构形式主要由消声器通道内的气流速度 决定，见表决定，见表2-212-21所示。所示。 气流速度气流速度/m/ms s-1-1护面形式护面形式平平 行行垂垂 直直1010以下以下7 7以下以下101
51、023237 7151523234545151538384545120120表表2-21 不同流速条件下的护面结构不同流速条件下的护面结构 n设计步骤 （4）根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。 ( (二二) )消声器的设计消声器的设计 n（1）扩张室消声器的设计n（2）共振消声器的设计n（1）扩张室消声器的设计n 根据声源的频谱特性，合理分布最大消声频率，根据声源的频谱特性，合理分布最大消声频率，据此据此确定各节扩张室及其插入管的长度确定各节扩张室及其插入管的长度。插入管。插入管的长度一般按的长度一般按1/41/4和和1/21/2腔长设计。腔长设计。n 根据需要的消声量和气流速
52、度，根据需要的消声量和气流速度，确定扩张比确定扩张比，设计扩张室各部分截面尺寸。一般扩张比设计扩张室各部分截面尺寸。一般扩张比m m取取9 9m m1616，在允许的范围内，尽量选用较大的，但最，在允许的范围内，尽量选用较大的，但最大不宜大于大不宜大于2020。n 验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止频验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止频率率是否在所需要的频率范围以外，否则应参照有是否在所需要的频率范围以外，否则应参照有关要求重新修改设计方案。关要求重新修改设计方案。验算气流对消声量的验算气流对消声量的影响影响，检查在给定的气流速度下，消声量是否还，检查在给定的气流速度下，消声量是否还能
53、满足要求，否则应重新设计，直到满足为止。能满足要求，否则应重新设计，直到满足为止。n（2）共振消声器的设计n根据实际消声要求，确定共振频率和某一频率的根据实际消声要求，确定共振频率和某一频率的消声量（倍频程或消声量（倍频程或1/31/3倍频程的消声量）；倍频程的消声量）；n用公式（用公式（2-1852-185）或查表计算，求出相应的）或查表计算，求出相应的K K值值n根据根据K值确定相应的传导率值确定相应的传导率G、消声器体积、消声器体积V和和S，使之达到，使之达到K值的要求。值的要求。n根据体积根据体积V V和传导率和传导率G G设计消声器的具体结构尺寸。设计消声器的具体结构尺寸。对某一确定
54、的对某一确定的V V值，可以有多种不同的共振腔形状值，可以有多种不同的共振腔形状和尺寸，对某一确定的和尺寸，对某一确定的G G值也有多种的孔径、板厚值也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。在实际设计中，应根据现场条件和穿孔数的组合。在实际设计中，应根据现场条件和所用的板材，首先确定几个量，如板厚、孔径和和所用的板材，首先确定几个量，如板厚、孔径和腔深等，然后再设计其它参数。腔深等，然后再设计其它参数。解：解：（1）由题意可得，流通面积为 【例例2-11 2-11 】在管径为在管径为100mm100mm的常温气流通道上，设计的常温气流通道上，设计一单腔共振消声器，要求在一单腔共振消声器，要求在12
55、5Hz125Hz的倍频带上有的倍频带上有15dB15dB的的消声量。消声量。 分析分析：在倍频带消声量的计算选（：在倍频带消声量的计算选（2-185a2-185a）式，确定）式，确定K值值 设计要求的消声量 由 解得 （m2）（2）由式（2-182）和(2-184) 分析分析：根据：根据K值确定相应的传导率值确定相应的传导率G、消声器体积、消声器体积V和和S，使，使之达到之达到K值的要求。值的要求。（3）确定设计方案为与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为100mm，外径为400mm，则共振腔的长度为 选用t=2mm厚的钢板，孔径为d=0.5cm，由 求得开孔数为 （m）分析分析：根据体积根据体
56、积V和传导率和传导率G设计消声器的具体结构尺寸。设计消声器的具体结构尺寸。（4）验算 （Hz） （Hz） 可见，在所需消声范围内不会出现高频失效问题。共振频 率的波长为 （m） （m） 所设计的共振腔消声器的最大几何尺寸小于共振波长的 1/3，符合要求。 最后确定的设计方案如图2-48所示。图图2-48 设计的共振腔消声器设计的共振腔消声器 n例：某空压机的进气管直径为200mm，进气噪声在125Hz有一峰值，现拟设计一个扩张室消声器装在空压机进气口上，要求消声器在125Hz有15dB的消声量。8889 第六节第六节 小结小结第二章第二章微穿孔板消声器微穿孔板消声器：消声原理、消声量计算 消声器的设计消声器的设计：设计程序和要求、阻性消声器的设 计、 抗性消声器的设计 消声器消声器：原理、种类、基本要求、评价量（插入损 失、传递损失和减噪量）阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器：原理、结构形式 阻性消声器阻性消声器：消声原理、结构形式、消声衰减量、 影响因素（ 频率、结构、气流） 抗性消声器抗性消声器：消声原理、结构形式、消声量计算、 截止频率、改善消声频率特性的方法
