阻性消声器的消声量主要与制作消声器的多孔吸声材料种类、密度、厚度以及共振吸声结构材料(如穿孔护面板)的穿孔率与消声器的形式、长度、通道横截断面积等因素有关。由于阻性消声器属于吸收噪声能量型,故声波与吸声材料接触面积越大,消声的效果就越好。
多孔吸声材料具有许多微小的间隙和连续的气泡,因而具有一定的通气性。当声波入射到多孔材料表面时,主要是两种机理引起声波的衰减:首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动,造成与孔壁的摩擦。由于摩擦和粘滞力的作用,使相当一部分声能转化为热能,从而使声波衰减,反射声能减弱达到吸声的目的;其次,小孔中的空气和孔壁与纤维之间的热交换引起的热损失,也使声能衰减。另外,高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快,空气与孔壁的热交换也加快,这就使多孔材料具有良好的高频吸声性能。
多孔性吸声材料之所以具有吸声性能,是因为它具有两个重要特性。
一是具有许多的微小间隙。
二是间隙与间隙之间是相互贯通的。将多孔吸声材料安装固定在气体流动的管道围壁或按一定的方式在通道中排列起来,就构成了最基本的阻抗消声器。
穿孔护面板是阻性消声器中的一个重要件,它有固定护住多孔消声中的多孔性吸声材料与消耗噪声能量两大功能。按一定的孔径和穿孔率在薄的板材上穿上孔,并在板与其他物(如多孔消声材料)之间留一定厚度的空气层,就构成了穿孔板共振吸声结构。穿孔板上的每一个孔相当于一个吸声器,穿孔板吸声结构实际上就是由许多个吸声器并联而成的共振吸声结构。当吸声器口(板表面上)的空气受到激励时,孔内及周围的空气随着声波一起来回振动,将产生压缩或膨胀变形,在这个振动过程中必然存在着摩擦阻尼,起到了消耗噪声能的作用。当不同频率的声波入射时,这种共振系统产生不同的响应,一些入射波的频率接近或等于系统的固有共振频率时,系统内的空气振动变得强烈起来,噪音声能大量损耗,即噪声能被多孔性吸声材料吸收,达到了其消声效果。更有意义的是,通过对穿孔护面板孔参数的优化设计,可以有效拓宽消声器的吸声频率带,更有效的提高消声性能。
长期的实践经验结果表明了赫姆霍兹共振吸声器的共振频率理论的可用性,多穿孔板的共振频率与穿孔板的穿孔率、空隙深度、穿孔的直径、厚度均有关系。例如穿孔板的穿孔面积越大,吸声频率越高,空腔或板的厚度越大,吸声频率就越低等等。因此为了改变穿孔板的穿孔特性可以通过改变穿孔板的穿孔率、空隙深度、穿孔的直径、厚度等参数,以满足阻性消声器声学设计的需要。
为了提高吸声材料的吸声性能及吸声宽带,在实际的设计制作中我们采用如下一些方法,并收到较好的消声效果。
①空腔内填充高密度微孔纤维状吸声材料;用改变其厚度的方法进行多次实验找到******的厚度值。
②在工艺条件允许的情况下尽量减小穿孔板孔径,用以提高孔径口振动速度和摩擦阻尼;
③变常规的单一孔径和穿孔率为组合不同的孔径和穿孔率、采用不同板厚的穿孔板的结构;拓展消声频率宽度。
通常消声器的设计步骤如下:
①首先是对噪声源进行调查,确定消声器的消声量,把自然衰减这个有利因素和环境声这个不利因素综合考虑进去。
②综合气流流量、流速、压力等参数和消声量,选择消声器管道截面、长度等尺寸,
③对初步设计进行必要的实验测定,分析比较,最后选择一个******的设计案。并且不断改进。
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