什么是消声器?

什么是消声器?

[拼音]：xiaoshengqi

[外文]：muffler

安装在进、排气系统的降低噪声的装置。

20世纪30年代，一些国家开始在通风管道上安装消声器。随着内燃机等大量使用，消声技术迅速发展起来，消声理论也逐渐完善，消声效果日益提高。例如，60年代，中国研制成功的新型的微穿孔板消声器，可在水蒸气、短暂火焰、高温和高速气流等特殊条件下使用。70年代，马大猷教授对控制喷流噪声进行了研究，创立了小孔喷注噪声和小孔喷注消声器理论。根据这一理论研制的小孔消声器已广泛使用。

类型

消声器主要有以下几种：

阻性消声器

是把吸声材料固定在气流流动的管道内壁，或按一定的排列组合方式固定在管道中，利用吸声材料来降低噪声的。这类消声器的优点是能在较宽的中高频范围内消声，对刺耳的高频声波有很好的消声作用。缺点是在高温、水蒸汽以及对吸声材料有腐蚀作用的气体中，使用寿命较短，对低频噪声消声效果差。

最简单的阻性消声器是气流从消声器中直接通过的直通道消声器。在气流流量小时，一般用直通道消声器；当气流流量大时，往往将直通道消声器改制成片式和蜂窝式。为了提高对高频声的消声性能，常常将片式消声器制成折板式消声器，有时也制成迷宫式消声器。

抗性消声器

又称声学滤波器，是靠控制声抗，使某些频率的噪声反射回声源，达到消声的目的。抗性消声器适用于消除低、中频噪声。常用的有扩张室式和共振式两类。单节扩张室式消声器是最简单的扩张室式消声器。它是在截面为S1的管道上接连一段截面突然扩大为S2的管段，构成扩张室来降低噪声。单节扩张室式消声器的主要缺点是存在许多通过频率，在通过频率处消声量为0。采用插入管或串联多节不同长度扩张室的方法，可以改变这种情况。为了提高扩张室式消声器的消声效果，通常采用多节不同长度扩张室消声器串联的办法。消声器的各节扩张室采用不同长度，使它们的通过频率互相错开。比如使一节具有最大消声量的频率正好是另一节的通过频率，以改善整个消声器的消声频率特性。

共振式消声器中最简单的是单腔共振式消声器。它是由管壁开孔同一个密闭空腔相连构成的。图a是单腔共振式消声器的结构示意图;b是单腔共振式消声器的消声性能。图中G为声传导率；V为密闭空腔容积;F为气流通道截面面积；f为须要消除的噪声频率；fr为共振频率。

阻抗复合式消声器

阻性消声器在中高频范围内有较好的消声效果，而抗性消声器适合用于消除低中频噪声。如果把阻性和抗性恰当地组合起来，就是阻抗复合式消声器。这种消声器可以获得宽频率范围的消声效果。常用的阻抗复合式消声器有阻－扩复合式消声器，阻－共复合式消声器，阻－共－扩复合式消声器等。根据阻性和抗性两种消声原理，通过不同方式组合，可以设计出各式各样的阻抗复合式消声器。

微穿孔板消声器

能在较宽的频率范围内消除气流噪声，而且具有耐高温、耐油污、耐蒸汽和耐腐蚀的性能。即使气流中带有大量水分，也不影响工作。在获得同样消声量的条件下，微穿孔板消声器的阻损比其他消声器小得多。如流速为5米／秒，玻璃棉片式消声器阻损为2～3毫米水柱每米，而微穿孔板消声器阻损小于0.01毫米水柱每米。流速越增加，越显出微穿孔板消声器的优点。如流速为20米／秒，2米长的微穿孔板直通道式消声器的阻损也不超过1毫米水柱每米。

现已研制成功用于多种条件下的微穿孔板消声器有：鼓风机进排气消声器、通风空调消声器、燃气轮机消声器、飞机发动机试车消声器、内燃机消声器等。

耗散型消声器

工作原理是依靠气流同消声元件的摩擦、弯折、扩散等作用，使气体的压力逐渐降低，流速逐渐减弱，从而造成气流辐射噪声衰减。它们多用于降低高速气体排放的噪声。耗散型消声器有穿孔屏、截面突变和弯头等部件，噪声通过这些部件，由于声阻抗改变产生反射而降低。这类消声器能降低喷气的压力和减低气流速度。耗散型消声器可制成多级降压消声器，使高压气体通过各节节流的穿孔屏时，压力逐步降低。由于喷气噪声的干扰声功率与气体压降的 2.3次方成正比，所以把压力突变排空变成为压力渐变排空，便可以取得消声效果。同时由于通流截面的不断扩大，气流速度逐渐降低，喷气辐射的噪声强度也就减弱了。

此外，还有几种特殊的消声器：多孔扩散消声器和电子消声器（见有源降噪）。

性能评价

主要从以下几个方面来评价消声器的好坏：

（1）消声性能：消声器的消声性能通常用传声损失和插入损失来表示，在现场测量时，也可以用排气口或进气口安装消声器前后的末端声级差来表示（见消声器测量）。评价消声器的消声效果，除了用总声压级和A声级计算外，还必须知道消声器在各个频率或频带的消声量。一般常以倍频带或 1/3倍频带来表示消声器的频谱特性。

（2）空气动力性能：在某种情况下，空气动力设备可能会由于安装消声器而大大降低设备的效能，例如通风空调消声器，阻力过大，就会造成供风不足。因此，消声器的空气动力性能也是评价的指标。

（3）结构性能：具有同样的消声性能和空气动力性能的消声器，几何尺寸越小，价格越便宜，使用寿命越长越好。

气流对消声性能的影响

低速气流下消声性能很好的消声器，在高速气流通过时，其性能可能会变坏。消声器如果设计不当或制造不良，不仅不能消声，甚至还会成为某些频率的噪声放大器。气流对消声器消声性能的影响主要是气流通过消声器时产生再生噪声。再生噪声的声功率为W ∝ξ2v6（ξ为阻力系数;v为气流速度）。在低速时，再生噪声还不明显，到了高速时所产生的再生噪声就不可忽视了。

气流流动改变消声器内部声衰减的规律也会对消声器的消声性能产生影响。以阻性消声器为例，气流流动使消声器的消声量降低可用下式表示：

式中ΔL是气流速度为v时的消声量；ΔL0为没有气流时的消声量；Mа为马赫数。

在设计消声器时，必须考虑噪声源的强度、气流速度、使用地点对噪声控制的要求等因素。一般地说，用于通风空调系统的消声器，由于噪声源强度不太大，而使用地点要求噪声强度很低，对阻损等要求也比较严格，所以在消声器中的流速应控制在10米／秒以下。用于鼓风机、空压机、燃气轮机等的进、排气消声器，由于噪声源强度较高，使用环境对噪声强度要求不那么严格，所以消声器中的流速可控制在30米／秒以下。对内燃机、凿岩机等，由于噪声源强度高，对消声器尺寸要求严格，周围环境噪声又较高，故可容许消声器中的流速在50～60米／秒以下。对于高压大流量排气放空消声器，由于本身噪声强度很高，气流量极大，周围又无人工作，所以可以根据具体情况(如距离居民区和工作场所远近等)将气流速度控制在60～100米／秒以下。

参考书目

方丹群编著：《空气动力性噪声与消声器》，科学出版社，北京，1978。