排氣消聲器的傳聲損失試驗研究

摘要：汽車NVH作為衡量汽車性能的指標之一，其重要性日益顯現。為降低汽車整體噪聲，排氣噪聲作為汽車主要噪聲源之一，要優先被考慮。對某型汽車的消聲器靜態傳聲損失進行測試與評價，針對其低頻性能低的特點，提出改進措施，并對改進后的消聲器進行測試。對比兩種消聲器的試驗結果，表明改進后在低頻的傳聲損失更高，平均傳聲損失更高，達到了預期效果。

關鍵詞：噪聲；傳聲損失；排氣消聲器；測試方法；NVH

中圖分類號：TH11 文獻標志碼：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

隨著汽車業的發展，NVH性能逐漸成為評價汽車性能的重要標準。而排氣噪聲作為汽車最主要的噪聲源之一，所發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。近年來國內外對消聲器都進行了深入的研究。消聲器傳聲損失作為設計消聲器的一個重要指標［2］，是衡量消聲器性能的主要標準。由于工作條件下消聲器的高溫、高壓、高氣流等特性，使得消聲器的動態傳聲特性難以測量，往往用靜態特性試驗的結果作為評價消聲器傳聲損失的標準［3］。

1 消聲器傳聲損失試驗

1.1 排氣噪聲的發生機理

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

1.2 試驗原理

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，其數學表達式為［4］：

Dtl=LW1-LW2（1）

式中，LW1為聲音入射到消聲器的A計權1/3倍頻程聲功率級；LW2聲音通過消聲器傳出后的A計權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，表達為：

由文獻［5］中聲壓與聲功率的關系式，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 試驗設計

測試系統如圖1所示。信號發生器產生某一頻率的電壓信號，信號經過功率放大器傳送到揚聲器，揚聲器則產生相應頻率的聲波。揚聲器并未直接與消聲器相連，而是經過變截面傳聲管后再傳入消聲器，以保證聲波的穩定。調整電壓和頻率幅值，以輸入端測量到的頻率和幅值為準。傳聲器1探頭插入預留的孔隙內，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，再經過式（3）計算得到其結果。為了模擬消聲器實際工作情況，我們把消聲器的入口聲壓級設定為90 dB（A）。

1.4 試驗過程

本文試驗在半消聲室進行，試驗環境滿足國家標準要求［5，6］，試驗裝置及實驗環境見圖2。為了規避環境噪聲干擾提高測量精度，做了以下工作：1）對揚聲器進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際安裝狀態進行隔振，防止本體振動與支撐間碰撞或共振產生額外的噪聲；3）對揚聲器端與輸出端之間加裝導聲管；4）環繞消聲器進行等距、多次測量。

2 試驗結果分析

在實際本文所試驗車型的摸底空管噪聲試驗中，噪聲的頻率與氣缸點火頻率有關，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。經分析，噪聲的高頻噪聲主要是來自強制排氣階段產生的脈動渦流所引發的結構沖擊聲，這種脈沖性質噪聲主要集中在1 000 ～3 000 Hz。在工程實踐中，低頻噪聲在很多時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，評價消聲器性能的主要標準是消聲器的傳遞損失在低頻范圍內能否有較高的值，是否能覆蓋排氣噪聲主要峰值頻率帶［8］。通過對原型消聲進行傳聲損失的試驗，并對結果進行計算和分析，試驗結果如表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］。所以必須根據以上結果對此型消聲器的制造工藝，結構特點進行改進。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，改變擴張室長度和擴張比［10］，以達到改善其低頻特性的目的。

改進前后的消聲器的傳聲損失如表2、圖4所示，通過對改進前后的結果進行對比，發現改型后的消聲平均靜態消聲量為28.9 dB（A），比改進前多了3.3 dB（A），并不是很多。但是低頻帶寬內，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，1 000 Hz處的性能下降3.7 dB（A），雖略有不足，但實際影響不大。

3 結論

通過對某型汽車的原型消聲器進行傳聲損失試驗，并對結果進行計算分析，得到了傳聲損失曲線。以此為依據對其抗性消聲室、擴張室結構、制造工藝、管道彎曲半徑等進行改進。將改型后的消聲器的試驗結果與其原型進行對比，結果表明：1）改型后改變了原消聲器低頻性能不突出的特點；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頻率的峰值帶；3）試驗室的方法測量靜態傳聲損失數據與實際汽車工作條件測量的動態特性結果有著基本一樣的趨勢，且在很大程度上減少環境噪聲對試驗結果的影響；4）與動態試驗相比降低了試驗成本，進而降低了消聲器的改進設計成本，為提高消聲器性能的提高提供了保證。

參考文獻：

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［5］ ISO 3745-2003:Acoustic-Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure-Precision methods for anechoic and hemi-anechoic rooms［S］.

［6］ GB6882-86:聲學 噪聲源振聲功率級的測定 消聲室和半消聲室精密法［S］.

［7］ ISO 3745-2003: Acoustic-Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure-Precision methods for anechoic and hemi-anechoic rooms［S］.

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