几种常见消声器的声频谱特性简介
2020-11-24
消音器 (Muffler)，是阻止声音传播而允许气流通过的一种常见声学器件，是消除空气动力性噪声的重要措施。消音器是安装在空气动力设备（如鼓风机、空压机、锅炉排气口、发电机、水泵等排气口噪音较大的设备）的气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的装置。
消音器的种类很多，但究其消声机理，又可以把它们分为六种主要的类型，即阻性消音器、抗性消音器、阻抗复合式消音器、微穿孔板消音器、小孔消音器和有源消音器。
常见消声器的声频谱特性如下：
1. 阻性消声器
将多孔吸声材料固定在气流通道内壁，或按一定排列方式固定在管道中，以降低气流噪声的装置。适用于降低中高频的宽带噪声。主要类型有直管式、片式、蜂窝式、折板式、弯头式、声流式和迷路式等消声器（如下图所示）。消声器使用的吸声材料与护面层材料，应根据气流管道中的使用条件（风速、温度、水分含量、腐蚀性等）进行选择。阻性消声器具有设计简单、易于制做、压力降小、性能比较可靠等优点，一般多用在风机的进排风通道上。消声量约为10～20dB/m。
图1 阻性消声器主要型式及其消声频谱特性
直管式消声器的声衰减量可由下式计算：
式中，△L 为声衰减量，dB；Φ(α0) 为消声系数，是多孔吸声材料的垂直入射吸声系数α0 的函数，换算关系见表1。P 为气流通道上吸声材料的饰面周长，m；s 为气流通道的横截面积，m?；i 为消声器的有效长度（有吸声材料饰面部分），m。
表2 消声系数Φ(α0) 和吸声系数α0的函数关系（经验值）
若消声器通道截面相对较大，高频声波呈束状直接通过，与吸声材料很少或不完全接触，消声量就会明显下降，称作高频失效。消声量开始明显下降的频率称作上限失效频率，可按下面的经验式计算：
式中，f上 为上限失效频率，Hz；c 为管道中的声速，m/s；D 为通道直径（圆管）或管道截面边长平均值（矩形）。
2. 抗性消声器
利用改变气流通道的截面积或旁接共振腔、支管，使声波产生反射、共振或干涉，达到消声目的装置。适用于降低中低频噪声，主要类型有扩张室式、共振式与干涉式消声器，如下图。有耐高温与耐腐蚀，不怕气流冲击和振动，不怕油污、灰尘的优点，但压降较大。一般多用在空压机的进排气口与内燃机的排气口上，消声量一般可达10～20dB。
图2 抗性消声器主要类型及其消声频谱特性
3. 阻抗复合式消声器
阻抗复合式消声器与抗性消声器的复合式结构（图3）。特点是消声量高，消声频带宽。但是，消声量计算较复杂，一般靠实验测得。
a-共振-阻性；b-扩张-阻性；c-扩张-阻性；d-阻性-共振
图3 几种阻抗复合式消声器构造示意图
4. 微穿孔板消声器
微穿孔板消声器用金属微穿孔板固定在气流管道中制成的消声器（图4）。20世纪60年代，由中国科学家马大猷等研制。主要优点有消声量高，消声频带宽，压力损失很小，耐高温及短暂火焰喷射，耐气流冲击，不怕潮湿。主要缺点是，不耐灰尘。消声量一般可达15～30dB。适用于消除空调风机、鼓风机、燃（气）轮 机、内燃机等进、排气口噪声。
图4 微穿孔板消声器
5. 节流降压消声器
利用节流降压原理制成的消声器。一般用于喷气噪声的治理。根据喷气量的大小，设计通流面积，使高压气体通过节流孔板时，压力降低。因喷气噪声的声功率级与气体压力降的高次方成正比（见工业噪声），若用多级节流孔板串联，使原来的一次降压变为逐步降压，便可使辐射的噪声大大降低。节流降压消声器的消声量约为15～25dB(A)。具有结构简单、降噪效果好的优点，但耗用钢材较多。
6. 小孔消声器
利用喷气口直径变小、喷气噪声峰值频率移向超声频（见表2）的原理制成的消声器。适用于降低各种空气动力设备或高压容器的排气噪声。结构为一根直径与排气管直径相等、管壁上钻有很多小孔而末端封闭的管子（图5a），小孔直径应不大于5mm，且越小消声效果越好，宜用1～3mm。开孔总面积需比原排气管口总面积大1.5～2倍，孔间距B 宜为B=d+6(d1/2)（d 为小孔直径）。
小孔消声器具有设计理论严谨，设计消声值与实测值基本符合，消声器结构简单，消声量高，耗钢材少、重量轻等优点。实际使用中，往往采用节流降压与小孔喷注相结合的节流降压小孔复合消声器，可获得约30～45dB(A) 的消声量（图5b）。
