雙層穿孔板共振器的非線性聲學(xué)特性研究

使用有限元法計算穿孔板的聲學(xué)厚度修正系數(shù),研究穿孔率、穿孔板厚度、孔徑和穿孔排列形式對聲學(xué)厚度的影響,獲得了穿孔率低于40%的穿孔板的聲學(xué)厚度修正系數(shù)。計算結(jié)果表明:穿孔板厚度、孔徑和排列形式對聲學(xué)厚度的影響不大;穿孔率對聲學(xué)厚度影響很大?；跀?shù)值計算結(jié)果給出了聲學(xué)厚度修正系數(shù)的近似表達式,利用由該表達式形成的穿孔聲阻抗公式計算了穿孔管消聲器的傳遞損失,計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好,從而驗證了應(yīng)用該表達式預(yù)測穿孔管消聲器消聲性能的準確性。

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)以其眾多的優(yōu)點,在噪聲控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因微穿孔板結(jié)構(gòu)中涉及大量的參數(shù),在穿孔板層數(shù)較多時,用聲電類比法或試驗的方法研究微穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲性能將變得非常復(fù)雜。傳遞矩陣法尤其適于多層結(jié)構(gòu)的分析,且易于用計算機編程實現(xiàn)。文章推導(dǎo)了用傳遞矩陣法計算微穿孔板結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的計算公式,并與用聲電類比法計算的結(jié)果、試驗測定數(shù)據(jù)進行了對比,結(jié)果顯示,傳遞矩陣法是可以作為微穿孔板結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種簡單而有效的參考方法。

雙層微穿孔板與共振性復(fù)合消聲器_卞仁寰

根據(jù)微穿孔板吸聲理論,采用理論分析和仿真的方法,著重討論微穿孔板在溫度梯度下的聲阻抗、共振頻率和吸聲系數(shù)等聲學(xué)特性,分析其受溫度影響變化的機理,得到微穿孔板吸聲效果受溫度變化影響的規(guī)律及其仿真結(jié)果。分析表明:溫度升高時,相對聲阻將變大,相對聲質(zhì)量變小,共振頻率變大,頻帶寬度增寬,吸聲系數(shù)在某一溫度處有一最大值1,偏離該溫度吸聲系數(shù)均遞減。

對帶有吸聲材料的復(fù)合穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性進行了研究與計算,比較了吸聲材料緊貼穿孔板和吸聲材料緊貼剛性壁時吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能,分析了吸聲結(jié)構(gòu)的參數(shù)對吸聲性能的影響,為穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了參考依據(jù)。將復(fù)合穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)應(yīng)用到工程實際中,取得了良好的降噪效果。

采用aml語言開發(fā)了一套微穿孔板吸聲體的聲學(xué)軟件。該軟件初始參數(shù)選擇靈活,分析結(jié)果直觀明了,為用戶提供操作簡單的界面,從而進一步提高微穿孔板設(shè)計效率和準確性,并對工程應(yīng)用有一定的幫助。

文章對穿孔板背面緊貼吸聲薄層時的聲學(xué)特性進行了理論分析與計算,并與實驗結(jié)果作出比較。理論與實驗都表明,當穿孔板背后緊貼吸聲薄層后,由于穿孔末端增加的附加聲阻,將會顯著提高穿孔板的吸聲效果,同時拓寬吸聲頻帶寬度。

穿孔板結(jié)構(gòu)在水下有著非常廣闊的應(yīng)用前景,但是目前相關(guān)的研究報道非常少?；诳諝庵写┛装逦暲碚?綜合考慮小孔的末端修正,給出了較為準確的水下穿孔板聲阻抗表達式。利用傳遞矩陣法分析了水下穿孔板結(jié)構(gòu)的聲壓透射特性,得到了垂直入射聲壓透射公式。對影響穿孔板結(jié)構(gòu)透聲性能的主要因素進行了詳細的仿真分析,得到了一些重要的結(jié)論。采用四傳感器測量方法在駐波管中對自制的穿孔板結(jié)構(gòu)進行了測試,實驗結(jié)果與理論分析基本一致,從而驗證了理論分析的正確性。本文為水下穿孔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了詳細的理論和實驗依據(jù)。

傳統(tǒng)的微穿孔板要獲得較佳的吸聲性能,需要較小孔徑的微孔(<0.3mm);在穿孔率不變的情況下,增加板厚,那么板的吸聲性能將下降。為了避免這個問題,提出一種新型的微穿孔板結(jié)構(gòu)——變截面微穿孔板。與傳統(tǒng)微穿孔板不同,它的微孔的截面積沿其軸向不是恒定的,而是在軸向的一定位置發(fā)生突變,從而板存在孔徑差異較大的兩部分。在馬大猷的理論基礎(chǔ)上,分析了變截面微穿孔板的吸聲特性,并利用傳遞函數(shù)法,通過阻抗管進行了實驗。分析和實驗結(jié)果顯示,變截面微穿孔板的吸聲性能主要由孔徑較小的部分決定,孔徑較大的部分主要是增加了板的厚度,對板的吸聲性能貢獻較小;因此,通過變截面的方法,在增加板厚的同時也能使板維持在較佳的吸聲性能水平。

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗由微孔的聲阻抗和空腔的聲阻抗兩部分組成,而空腔的聲阻抗涉及雙曲余切函數(shù)的計算。對該函數(shù)采用近似計算只適用于空腔距離比較短,頻率比較低的情況。通過對雙曲余切函數(shù)進行泰勒展開,研究空腔的聲質(zhì)量和聲順,獲得雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的等效電路圖。其中第一空腔的聲質(zhì)量與微孔的聲質(zhì)量是串聯(lián)的。由此進行雙層微穿孔板的計算,提高計算精度,并通過實驗進行驗證。

根據(jù)馬大猷的微穿孔板理論,計算了三層微穿孔板的吸聲系數(shù)。應(yīng)用遺傳算法對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化,并對其吸聲特性進行了分析研究,與優(yōu)化后的雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)進行比較,結(jié)果表明:經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的三層微穿孔板在頻域上能夠獲得更加飽滿的吸聲系數(shù)曲線,接近傳統(tǒng)吸聲材料的吸聲性能。并且通過實驗驗證了優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果。

分析了亥姆霍茲共鳴器的共振頻率特性,導(dǎo)出了穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)吸聲的中心頻率、頻帶寬度、上限頻率及下限頻率的估算公式,為設(shè)計、制作理想的穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)提供了參考.

在微穿孔板吸聲體理論的基礎(chǔ)上,基于電力聲類比等效電路法建立了雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體理論分析模型,分析了雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體的共振頻率ωs與參數(shù)k1、r1的關(guān)系。將共振頻率ωs與前腔深度d1做為兩項設(shè)計指標,結(jié)合單層微穿孔板吸聲體的設(shè)計方法,提出了一種雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體的設(shè)計思路,簡化了設(shè)計工作。

計算微穿孔板吸聲系數(shù)時,假設(shè)孔間的相互作用可以忽略。計算具有不同直徑微孔的穿孔板吸聲系數(shù)并提高其計算精度,孔間的相互作用不能再忽略。在馬大猷、melling(梅爾林)等前人研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)聲波輻射和傳播原理,分析微孔之間的相互作用,通過修正微孔的實際等效長度,得到計及孔間相互作用微孔板吸聲系數(shù)模型,并進行理論計算和實驗測試。研究結(jié)果表明:影響微穿孔板吸聲系數(shù)除結(jié)構(gòu)參數(shù)外,還應(yīng)考慮孔間的相互作用;計及微孔板各孔間相互作用,能提高共振頻率、吸聲系數(shù)理論值的計算精度,計算值逼近實驗測試結(jié)果。

關(guān)于微穿孔板的消聲問題,以前的研究工作分別給出了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論和典型試驗結(jié)果,以及高流速下的管式微穿孔板消聲器消聲性能。我們這次的研究工作,首先是在此基礎(chǔ)上,進行微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的組合試驗,以求得在消聲器中實用的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)組件;其次,在試驗臺上進行幾種不同形式的微穿孔板消聲器消聲性能和阻損試驗,從試驗中找出與流速的關(guān)系;最后將幾種不同形式的微穿孔板及微穿

二、消聲器基礎(chǔ)試驗(一)試驗條件消聲器試驗臺如圖3。聲源采用w-3型風(fēng)機自身噪聲加白噪聲。所發(fā)出的噪聲,控制在105分貝左右。風(fēng)源即w-3型風(fēng)機自身氣流,風(fēng)量q=14000米~3/時,風(fēng)機全壓h=55～60毫米水

變腔深雙層微穿孔板消聲器的研究_彭玉才

文章以馬大猷教授提出的微穿孔板非線性聲阻公式為依據(jù),提出了非線性聲阻作用的臨界條件,并由此進行應(yīng)用于高聲強下微穿孔板吸聲體的計算機輔助設(shè)計。通過實驗對寬頻帶微穿孔板的非線性特性進行初步分析和實驗驗證

高聲強條件下穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的非線性聲學(xué)特性

采用聲電類比法計算斜置微穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲性能存在誤差。運用阻抗轉(zhuǎn)移法計算斜置結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù),用假想平面將斜置微穿孔板結(jié)構(gòu)離散為若干個等寬定空腔的吸聲單元,建立簡化模型,采用阻抗轉(zhuǎn)移計算每個吸聲單元的吸聲系數(shù),綜合各單元吸聲系數(shù),獲得整個結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)。設(shè)計相應(yīng)的實驗比較計算結(jié)果表明,采用阻抗轉(zhuǎn)移法計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好,聲電類比法計算結(jié)果偏離實驗結(jié)果較大。聲電類比法采用集中參數(shù)分析,需將空腔聲阻抗進行近似,造成誤差;阻抗轉(zhuǎn)移法不存在這一誤差,計算更合理和準確。

微穿孔板的發(fā)展已接近半個世紀。基于穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),微穿孔板結(jié)構(gòu)簡化了穿孔板后的多孔材料,同時達到了提高本身吸聲特性的目的。組成微穿孔板的主要元素就是微管和空腔。通過分析微管和空腔的聲阻抗率,近似計算出微穿孔板的吸聲系數(shù)與吸聲頻帶寬度,并討論微穿孔板結(jié)構(gòu)模型的來源。根據(jù)微穿孔板結(jié)構(gòu)模型,分別計算不同的參數(shù)組合對吸聲系數(shù)及頻帶寬度的影響。

變腔深雙層微穿孔板消聲器的研究