排氣消聲器的傳聲損失試驗(yàn)研究

摘要：汽車NVH作為衡量汽車性能的指標(biāo)之一，其重要性日益顯現(xiàn)。為降低汽車整體噪聲，排氣噪聲作為汽車主要噪聲源之一，要優(yōu)先被考慮。對某型汽車的消聲器靜態(tài)傳聲損失進(jìn)行測試與評價(jià)，針對其低頻性能低的特點(diǎn)，提出改進(jìn)措施，并對改進(jìn)后的消聲器進(jìn)行測試。對比兩種消聲器的試驗(yàn)結(jié)果，表明改進(jìn)后在低頻的傳聲損失更高，平均傳聲損失更高，達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：噪聲；傳聲損失；排氣消聲器；測試方法；NVH

中圖分類號：TH11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0056-03

Testing Study on Noise Transmission Loss of Exhaust Muffler

BAI Yu，LI Zhi-yuan，WANG Xiao-yan，TANG Zhi-sheng

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

Abstract:Noise vibration and harshness（NVH）as one of car performance criteria， has an increasingly significance in vehicle industry.The exhausting noise which was one of main noise sources，must been first taken in to consideration.In the paper，sound transmission loss of muffler of one type car has been tested and evaluated.Structure reforming measured has been proposed，according to low performance in low frequency.Through the comparison between them，the results showed that the reformer one which owned higher transmission loss in low frequency and average transmission loss was more efficiency.

Key words:noise；sound transmission loss；exhaust muffler；test method

隨著汽車業(yè)的發(fā)展，NVH性能逐漸成為評價(jià)汽車性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。而排氣噪聲作為汽車最主要的噪聲源之一，所發(fā)散的噪聲占到整車輻射噪聲的36%，比汽車中其他噪聲源噪聲高［1］，所以消聲器的消聲性能對于整車的降噪有著重要的意義。近年來國內(nèi)外對消聲器都進(jìn)行了深入的研究。消聲器傳聲損失作為設(shè)計(jì)消聲器的一個(gè)重要指標(biāo)［2］，是衡量消聲器性能的主要標(biāo)準(zhǔn)。由于工作條件下消聲器的高溫、高壓、高氣流等特性，使得消聲器的動(dòng)態(tài)傳聲特性難以測量，往往用靜態(tài)特性試驗(yàn)的結(jié)果作為評價(jià)消聲器傳聲損失的標(biāo)準(zhǔn)［3］。

1 消聲器傳聲損失試驗(yàn)

1.1 排氣噪聲的發(fā)生機(jī)理

消聲器安裝在排氣管道上，排氣的過程是產(chǎn)生噪聲的關(guān)鍵，整個(gè)過程分為自由（或超臨界）排氣階段和強(qiáng)制（或亞臨界）排氣階段。在強(qiáng)制排氣階段，雖然排氣的時(shí)間不長，但是排出氣流流速很大，大部分的廢氣被排出。整個(gè)過程，氣流經(jīng)過排氣管、消聲器、最后由尾管排除，產(chǎn)生噪聲。

1.2 試驗(yàn)原理

傳聲損失Dtl也稱為傳遞損失或透射損失，其定義為消聲器進(jìn)口端的入射聲功率級LW1和出口端的傳遞聲功率級LW2之差，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為［4］：

Dtl=LW1-LW2（1）

式中，LW1為聲音入射到消聲器的A計(jì)權(quán)1/3倍頻程聲功率級；LW2聲音通過消聲器傳出后的A計(jì)權(quán)1/3倍頻程聲功率級。

為了得到LW1和LW2，在此引入傳遞聲壓級差Dtp，表達(dá)為：

由文獻(xiàn)［5］中聲壓與聲功率的關(guān)系式，得到傳聲損失方程：

Dt1=Dtp+101g（S1/S2）+K1-K2（3）

式中，S1為出口端測量面面積，S2為入口端測量面面積，K1為出口端聲場修正值，K2為入口端聲場修正值。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)如圖1所示。信號發(fā)生器產(chǎn)生某一頻率的電壓信號，信號經(jīng)過功率放大器傳送到揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器則產(chǎn)生相應(yīng)頻率的聲波。揚(yáng)聲器并未直接與消聲器相連，而是經(jīng)過變截面?zhèn)髀暪芎笤賯魅胂暺?，以保證聲波的穩(wěn)定。調(diào)整電壓和頻率幅值，以輸入端測量到的頻率和幅值為準(zhǔn)。傳聲器1探頭插入預(yù)留的孔隙內(nèi)，測量消聲器入口處的聲壓級值，傳聲器2探頭平行于出口截面法線方向，測量消聲器出口處的聲壓級值，兩者之差就是消聲器的傳遞聲壓級差，再經(jīng)過式（3）計(jì)算得到其結(jié)果。為了模擬消聲器實(shí)際工作情況，我們把消聲器的入口聲壓級設(shè)定為90 dB（A）。

1.4 試驗(yàn)過程

本文試驗(yàn)在半消聲室進(jìn)行，試驗(yàn)環(huán)境滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求［5，6］，試驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)環(huán)境見圖2。為了規(guī)避環(huán)境噪聲干擾提高測量精度，做了以下工作：1）對揚(yáng)聲器進(jìn)行了吸聲與隔聲屏蔽，防止聲泄露；2）對消聲器共振腔模擬實(shí)際安裝狀態(tài)進(jìn)行隔振，防止本體振動(dòng)與支撐間碰撞或共振產(chǎn)生額外的噪聲；3）對揚(yáng)聲器端與輸出端之間加裝導(dǎo)聲管；4）環(huán)繞消聲器進(jìn)行等距、多次測量。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在實(shí)際本文所試驗(yàn)車型的摸底空管噪聲試驗(yàn)中，噪聲的頻率與氣缸點(diǎn)火頻率有關(guān)，以中低頻為主并伴有高次諧頻，是造成中低頻噪聲的主要原因，頻率主要在250～1 000 Hz之間。經(jīng)分析，噪聲的高頻噪聲主要是來自強(qiáng)制排氣階段產(chǎn)生的脈動(dòng)渦流所引發(fā)的結(jié)構(gòu)沖擊聲，這種脈沖性質(zhì)噪聲主要集中在1 000 ～3 000 Hz。在工程實(shí)踐中，低頻噪聲在很多時(shí)候比高頻噪聲難以治理［7］。所以，消聲器在高頻滿足消聲量的同時(shí)，評價(jià)消聲器性能的主要標(biāo)準(zhǔn)是消聲器的傳遞損失在低頻范圍內(nèi)能否有較高的值，是否能覆蓋排氣噪聲主要峰值頻率帶［8］。通過對原型消聲進(jìn)行傳聲損失的試驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和分析，試驗(yàn)結(jié)果如表1與圖3所示。

由表1可知此型消聲器的平均傳聲損失為25.6 dB(A)，但是在1 000 Hz以下的消聲量明顯不足，并沒有符合傳聲損失覆蓋主要噪聲頻率的要求［9］。所以必須根據(jù)以上結(jié)果對此型消聲器的制造工藝，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。改變了共振腔的直徑尺寸和穿孔管，增加連接管道彎曲半徑以減少排氣渦流，改變擴(kuò)張室長度和擴(kuò)張比［10］，以達(dá)到改善其低頻特性的目的。

改進(jìn)前后的消聲器的傳聲損失如表2、圖4所示，通過對改進(jìn)前后的結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)改型后的消聲平均靜態(tài)消聲量為28.9 dB（A），比改進(jìn)前多了3.3 dB（A），并不是很多。但是低頻帶寬內(nèi)，250 Hz、500 Hz處的傳聲損失分別提高了6.3 dB（A）、12.7 dB（A），正好覆蓋了排氣噪聲頻率的低頻峰值，改善了消聲性能，但是改善低頻性能的同時(shí)，1 000 Hz處的性能下降3.7 dB（A），雖略有不足，但實(shí)際影響不大。

3 結(jié)論

通過對某型汽車的原型消聲器進(jìn)行傳聲損失試驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，得到了傳聲損失曲線。以此為依據(jù)對其抗性消聲室、擴(kuò)張室結(jié)構(gòu)、制造工藝、管道彎曲半徑等進(jìn)行改進(jìn)。將改型后的消聲器的試驗(yàn)結(jié)果與其原型進(jìn)行對比，結(jié)果表明：1）改型后改變了原消聲器低頻性能不突出的特點(diǎn)；2）低頻的傳聲損失峰值帶很好的覆蓋此型汽車的排氣噪聲對應(yīng)頻率的峰值帶；3）試驗(yàn)室的方法測量靜態(tài)傳聲損失數(shù)據(jù)與實(shí)際汽車工作條件測量的動(dòng)態(tài)特性結(jié)果有著基本一樣的趨勢，且在很大程度上減少環(huán)境噪聲對試驗(yàn)結(jié)果的影響；4）與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)相比降低了試驗(yàn)成本，進(jìn)而降低了消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)成本，為提高消聲器性能的提高提供了保證。

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