1、第二章消音元件聲學評價指標消除噪聲是進排氣系統最主要的功能之一。當設計一個進氣系統或者排氣系統的時候，一定要考慮進氣口和排氣尾管口處的噪聲特性，然后根據這些特性來選擇系統中的消音元件。一個消音元件往往用于降低某個頻率或者某個頻段的噪聲，所以了解單個元件的消音效果非常重要。當這些消音元件安裝到系統中之后，我們必須知道整個系統的消音效果。所以對單個消音元件和整個進氣或者排氣系統的消音效果進行評價是噪聲控制設計中最重要的問題。評價消音元件和系統的消音效果通常有四個評價指標：傳遞損失、插入損失、聲級差和聲壓級。傳遞損失一般用來評價單個消音元件，而插入損失和聲壓級一般用來評價整個系統的消音效果。聲級差可

2、以用于單個消音元件和整個系統的評價。第一節傳遞損失假如聲波在無限長的管道中傳播，而且媒體相同，那么這個聲波就會一直傳遞下去。可是當管道內的聲阻抗發生變化時，入射聲波就會受到阻礙，一部分聲波就會被反射回來。傳播媒體的變化和管道截面積的改變都會引起聲阻抗的改變。阻抗的改變是抗性消音器工作的原理。圖2.1為一個截面積和媒體都改變的管道圖。圖2.1 管道截面積變化聲波在阻抗為的管道中傳播，當遇到阻抗為的管道時，截面積也發生變化。入射聲波的一部分被反射回阻抗為的管道，形成反射聲波。入射聲波的另一部分繼續在阻抗為的管道傳播，形成了透射波。這兩個聲阻抗分別表達如下：(2.1)(2.2)式中，和分別是兩個媒體

3、的聲阻抗率。這三種波的聲壓分別表達如下：入射聲波：(2.3)反射聲波：(2.4)阻抗透過聲波：(2.5)在截面變化的地方，截面兩邊的壓力相等。在的管道中有入射聲波和反射聲波，兩個管道交界面左邊的聲壓是這兩種波聲壓之和。在交界面的右邊只有透射聲波。於是交界面兩邊的聲壓為：(2.6)聲波在管道中任何一點的體積速度是相等的。交界面左邊的體積速度是入射波速度與反射波速度迭加，這兩個速度的方向是相反的。於是在交界處兩邊的體積速度為：(2.7)公式(2.7)可以重新寫成：(2.8)由公式(2.6)和(2.8)得到，(2.9)反射波聲壓的幅值與入射波聲壓的幅值之比定義為反射系數：(2.10)將公式(2.10

4、)代入到公式(2.9)中，得到：(2.11)透射波聲壓的幅值與入射波聲壓的幅值之比定義為透聲系數：(2.12)由公式(2.6)得知：(2.13)將公式(2.11)代入到公式(2.13 68)中，得到透聲系數為：(2.14)聲功率傳遞系數定義為透射聲功率與入射聲功率的比例，即：(2.15)聲功率反射系數定義為反射聲功率與入射聲功率的比例，即：(2.16)將公式(2.14)代入到公式(2.15)之中，將公式(2.11)代入(2.16)之中，然后加起來得到：(2.17)即功率反射系數和功率傳遞系數之和為1，這也體現了系統的能量守恒。傳遞損失表明聲音經過消音元件后聲音能量的衰減，即入射聲功率級和透射聲

5、功率級的差值。傳遞損失用TL(英文Transmission Loss的簡寫)來表示，表達如下：(2.18)將公式(2.15)代入上式，得到傳遞損失與功率傳遞系數之間的關系：(2.19)在進排氣系統中，媒體都是空氣，變截面兩邊的聲學阻抗率相等，即，于是，反射系數和透聲系數可以簡化為：(2.20)(2.21)於是傳遞損失為：(2.22)從公式(2.22)知道，對這樣截面積變化的兩個管道來說，傳遞損失僅僅取決于截面積之比，而與兩個管道截面積大小的次序沒有關系。也就是說圖2.1和圖2.2 中只要截面積的比相同，其傳遞損失是一樣的。傳遞損失不取決于管道截面積的絕對值，而取決于兩個管道截面積之比。這個傳遞

6、損失與頻率沒有關系。但是在以后的章節中，我們要介紹進排氣系統中的各種消音元件，它們與頻率是緊密相關的。圖2.2 截面積變化管道(二)當的時候，傳遞損失，也就是說管道截面積沒有變化的時候，沒有入射波反射回來，聲波全部透射，在管道中繼續傳播。一般來說，當管道截面尺寸遠遠小于波長時，管道截面的形狀對傳遞損失沒有影響。傳遞損失沒有包括聲源和管道終結端的聲學特性，它只與自身的結構有關。在評價單個消音元件的消音效果或者初步評估系統的消音性能時，通常用傳遞損失。傳遞損失是評價消音元件消音效果最簡單的一種方法。圖2.3 傳遞損失測量圖圖2.3 是傳遞損失的測量的示意圖。在測量時，在尾端裝上一個全消音裝置，這樣

7、就聲音全部被吸收。在消音元件的入射端安裝兩個麥克風來測量入射波的聲壓和速度，從而計算出入射聲功率。在消音元件的后端只安放一個麥克風就可以測量到透射聲功率。傳遞損失可以用公式(2.18)來計算。第二節插入損失插入損失是指一個系統中插入了消音元件之前和之后，在出口處得到的聲功率級(或者聲壓級)的差值。假設系統中沒有安裝消音元件，如圖2.4(A)，聲源與測量點之間只是用管道連接，在測量點測得的聲功率為。然后再將消音元件裝到這套系統上，如圖2.4(B)，并在同一點測量聲功率為。圖2.4 插入損失的測量：沒有消音元件(A)和有消音元件(B)插入損失用IL表示(英文Insertion Loss的簡寫)。插

8、入損失就可以用下面的公式來計算：(2.23)式中，是沒有安裝消音元件系統在測量點的聲功率；是安裝了消音元件后在同一點測量的聲功率。與傳遞損失只考慮消音元件本身不同，插入損失是考慮一個系統。也就是說除了消音元件本身外，插入損失還包括了聲源和出聲口(如進氣口和排氣尾管)的聲學特征，因此這種方法是描述整個系統消音效果的最佳表達方式。插入損失可以用前面介紹的四端網絡方法計算。聲源和出聲口的傳遞關系為：(2.24)式中，和分別是聲源處的速度和聲壓；和分別是出口處的速度與聲壓。於是，插入損失可以表達為：(2.25)式中是聲源的聲阻抗，是出口處的聲阻抗。A，B，C和D是沒有安裝消音元件時傳遞矩陣的系數，而A

9、，B，C和D是安裝了消音元件后傳遞矩陣系數。第三節聲壓級差值及聲壓級聲壓級差值指系統中任意兩點聲壓級的差值，用LD(Level Difference的簡寫)來表示。圖2.5是聲壓級差值的測量系統。圖2.5聲壓級差系統中第一點和第二點的聲壓級分別為和，那么聲壓級差為：(2.26)這種方法不包括聲源，但是管道終端的聲學特性會影響到測量值。這種方法非常簡單，實際工作中經常用到這種方法。上面三種方法通常用于評價消音元件的消音效果或者是消音元件對整個系統的影響。可是在評價一個系統時，最關心的是出聲口處的聲壓級，如進氣系統中進氣口的聲壓和排氣系統中排氣尾管口的聲壓。第四節幾種評價指標的比較1傳遞損失與插入

10、損失的比較當管道截面沒有變化的時候，傳遞損失為零。只要截面發生變化，傳遞損失就存在而且永遠是正數，也就是說總是有消音效果。而插入損失可以是正數也可以是負數。正數表明加入消音元件后，聲音被衰減。負數表明加入消音元件后，系統的聲音被放大。傳遞損失只取決于消音元件的結構、媒體的阻抗率和截面積。當某個聲學元件的結構確定了，那么傳遞損失也就確定了。傳遞損失與消音元件在一個系統中的位置沒有關系。可是插入損失則取決于消音元件的傳遞損失和它在系統中的位置。同一個消音元件在不同的位置，系統的插入損失是不一樣的。傳遞損失與聲源和出口處的聲學特性沒有關系，而插入損失則取決于聲源和出口處的聲學特性。傳遞損失一般用于評價單個聲學元件，而插入損失則是評價一個系統。因此插入損失比傳遞損失更好地描述一個系統消音性能。插入損失比較容易測量，而測量傳遞損失則需要專門的設備。計算起來，傳遞損失比較容易，它不需要聲源和終端的聲阻抗，而插隊損失則需要這些聲阻抗和傳遞矩陣系數。2傳遞損失與聲壓級差值的比較傳遞損失和聲壓級差值是用來評價單個或者幾