30 2020-06

消聲器原理

一、微孔板吸聲結構的理論

在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔徑小于等于1.0mm的微孔，穿孔率為1～5%，

后部留有一定的厚度（5-20cm）空氣層，該層不填任何吸聲材料，這樣即構成了微穿孔板吸聲結構。它是一種低聲質量，高聲阻的共振吸聲結構，其研究表明，表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數和頻帶寬度，主要由微穿孔板的聲質量m和聲阻r來決定，而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關。微穿孔板吸聲結構的相對聲阻抗Z（以空氣的特性阻抗ρC為單位）用式（1）計算：

Z=r+jwm=jctg(WD/C)（1）

公式中：

ρ--空氣密度（kg/cm3）；

C--空氣中聲速（m/s）；

D--腔深（mm）；

m--相對聲質量；

r--相對聲阻；

w--角頻率，W=2πf(f為頻率)；

而r和m分別由式（2）（3）表達：

r=atkr/dzp（2）

m=(0.294)×10-3tkm/p（3）

式中：

t--板厚（毫米）

d--孔徑（毫米）

p--穿孔率（%）

kr--聲阻系數kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t

km--聲質量系數km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t

其中x=abf，a和b為常數，對于絕熱板a=0.147,b=0.32；對于導熱板a=0.235，b=0.21。聲吸收的角頻帶寬度，近似地由r/m決定，此值越大，吸聲的頻帶越寬。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4)

式中l--常數，對于金屬板l=1140,而隔熱板l=500。上式也可以用式（5）表達：

r/m=50f((kr/km)/x2)(5)

而kr/km的近似計算式為：

kr/km=0.5+0.1x+0.005x2(6)

利用以上各式就可以從要求的r、m、f求出微穿孔板吸聲結構的x、d、t、p等參量。由于微穿孔板的孔徑很小且稀，基聲阻r值比普通穿孔板大得多，而聲質量m又很小，故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結構大得多，一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結構的吸聲頻帶寬度可以達到6～10個1/3信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結構的特點。

共振時的最大吸聲系數α0為α0=4r/(1+r)2(7)

具體設計微穿孔板吸聲結構時，可通過計算，也可查圖表，計算結果與實測結果相近。在實際工程中為了擴大吸聲頻帶的寬度，往往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板復合結構。

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