消聲器的案例
消聲器設計仿真及噪聲預測
近年來，歐盟對道路車輛實行了更嚴格的噪聲排放限制，在這些限制條件下，消聲器設計人員必須創造更高效的方式來開發和評估所設計的消聲器的性能。本文分享了一種在消聲器設計中預測外部噪聲產生情況的新方法來實現這個目標。
基于之前的消聲器模型進行建模
一篇以往的文章通過列舉在 COMSOL Multiphysics? 軟件中使用汽車消聲器幾何結構的例子，說明了在純聲學模型中包含結構效應的影響，其中建立了純壓力聲學消聲器模型和多物理場模型，比較了對兩個模型的傳輸損耗預測值的影響。
圖 1. 消聲器模型包含在聲學域中，其周圍是完美匹配層。
我們擴展了消聲器模型的聲-結構耦合，來評估消聲器向周圍環境的聲泄漏。為了便于評估，我們添加了一個半徑為 0.35 m、長度為 1.4 m 的圓柱形聲學域，該聲學域環繞消聲器，域的中心位于消聲器的中心（如圖 1 所示）。厚度為 50 mm 的外部域層能夠定義完美匹配層（perfectly matched layer，簡稱 PML），該完美匹配層代表非反射條件。
在 COMSOL Multiphysics? 中模擬消聲器設計
消聲器幾何結構保留上一個研究的幾何結構外觀，材料屬性和應用于消聲器幾何結構的邊界條件也保持不變。因此，穿過聲學域的消聲器的拉伸入口和出口管截面的表面被模擬為硬聲場邊界，如下圖所示。在管的兩端應用平面波輻射邊界條件，在消聲器的入口面應用 1 Pa 入射平面波。有關示意圖，請參見圖 2。
圖 2. 顯示所應用邊界條件的消聲器模型。
聲學域采用 20°C 環境溫度下的空氣的聲學特性進行建模。這些特性與消聲器內空氣的聲學特性一致。
平面波輻射條件引入了對所有輸出壓力波的人工阻尼（將反射最小化），因此復制了一個無界或“無限”的管。
展開 消聲器簡介
消聲器可以說是所有噪控產品中應用最為廣泛、產品型號、結構樣式最多的一種了。它主要用于治理空氣動力性噪聲，通常會安裝設備的進、出風口上，使氣流能夠順利通過，又能有效地阻止噪聲的傳播的一種裝置。對消聲器來說，它只能降低噪聲源設備在風口或沿管道傳播的噪聲，而不能降低噪聲源設備自身的噪聲量。
從消聲原理、外形結構可以分為：阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合消聲器、微穿孔板消聲器、擴散式消聲器、有源消聲器等等；從消聲器治理對象來分有：空壓機消聲器、內燃機消聲器、鑿巖機消聲器、軸流風機消聲器、混流風機消聲器、羅茨風機消聲器、空調風機消聲器、鍋爐消聲器等等。
消聲器的結構形式太多，每種消聲器都會有它的吸聲特性，如阻性消聲器對中、高頻范圍內有較好效果，抗性消聲器對低、中頻有良好的效果等等。一般我們應用最多的是阻性消聲器。
阻性消聲器根據它的內膽、和結構外形的不同，一般分為直管式、片式、折板式、蜂窩式、聲流式、迷宮式和彎頭式。阻性消聲器是利用聲波在多孔而且串通的吸聲材料中，因摩擦和粘滯阻力，將聲能轉化為熱能耗散掉，從而達到消聲的目的。它是所有消聲器中應用最為廣泛的一類消聲器，一般我們在空調通風系統中就是采用的阻性消聲器。
其它的消聲器，例如抗性消聲器，它與阻性消聲器不同，它不能直接吸收聲能，而是利用管道上突變的界面或旁接共振腔，使沿管道傳播的某些頻率聲波，在突變的界面處發生反射、干涉等現象，從而達到消聲的目的。其它一些消聲器結構，如目前各家公司都在開發的微穿孔消聲器、還有阻抗復合式消聲器等等。
這些消聲器雖然結構不徑相同，消聲原理也不同，但在制作上一般都是采用鍍鋅鋼板、鋁板和玻璃棉等材料。板材料的厚度在0.5-1.5的厚度不等，玻璃棉的容重多為32K、48K不等。
消聲器根據自身型號、長度、制作工藝、聲源設備、安裝位置等等因素的不同，其消聲量差別很大。
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<strong>二、微穿孔板理論在抗噴阻消聲器設計中的應用</strong>利用微穿孔板聲學結構設計制造的消聲器種類很多，主要型為抗噴阻型消聲器。該型式消聲器是用不銹鋼穿孔薄板制成，因該九臺消聲器是用于石化單位，空氣腐蝕性比較大，故穿孔板后的空氣層內填裝的吸聲材料為耐腐蝕金屬軟絲布。利用吸聲材料的阻性吸聲原理，進一步達到降噪消聲的作用，其吸聲系數高，吸收頻帶寬，壓力損失小，氣流再生噪聲低，且易于控制。為獲得寬頻帶高吸收效果，一般用三級微穿孔板結構。微穿孔板與外殼體之間以及微穿板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異，低頻腔大（150～200mm）,中頻小些(80～120mm），高頻更小些（30～50mm），雙層結構的前腔深度一般應小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應高于后層，為減小軸向聲傳播的影響，可在微穿孔板消聲器的空腔內每隔500mm左右加一塊橫向隔板。試驗證明，微穿孔板消聲器不論是低頻、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E9%A2%91" rel="noopener noreferrer" target="_blank">中頻</a>、高頻消聲性能實測值比理論估算值要好。且消聲量與流速有關，與消聲器<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%B8%A9%E5%8D%87" rel="noopener noreferrer" target="_blank">溫升</a>無關，當流速達到70米/秒時，一般其它型式消聲器已無法解決噪聲問題，而微孔型消聲器可承受70m/s氣流速度的沖擊，仍有15dBA以上的消聲器。這也是微孔消聲器優于一般消聲器一個重要特點。</p><p><br></p><p>本模型采用吸聲填充耐溫泡棉配合微孔板。
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本文目錄
一：概述
二：傳遞損失計算方式
三：結果展示
四：分析步驟
4.1 啟動workbench，建立諧響應分析
......
4.7 后處理（重點）
五：源文件APDL
一：概述
傳遞損失TL是消聲器性能評價的重要指標。對于抗性消聲器，可以使用有限元法進行傳遞損失仿真。本文基于Workbench諧響應分析模塊，對某款壓縮機消聲器進行傳遞損失分析。
二：傳遞損失計算方式
仿真得出消聲器進出口節點的相關結果后，傳遞損失可以用以下公式計算
三：結果展示
本文使用workbench諧響應分析模塊進行消聲器傳遞損失的仿真。某些功能沒有界面操作，必須使用APDL實現，最終得出消聲器的傳遞損失TL曲線，如下圖所示。
四：分析步驟
4.1 啟動workbench，建立諧響應分析。
4.2 幾何處理，獲得消聲器的空腔。
4.3 定義單元、材料與劃分網格，有四點需要注意。
01 材料參數可以通過查表得出。本文所用材料。
02 FLUID30單元和材料參數，都需要使用APDL插入，如圖
03 本次分析，使用FLUID30單元，該單元為低階單元，所以網格不保留中間節點。
04 在聲學仿真中，對單元尺寸的要求是，小于最小波長的六分之一。
最終網格如圖所示：
4.4 為了方便加載和后處理，需要建立幾個Named Selection。
進口面：
出口面：
最終建立了四個Named Selection：
4.5 邊界條件設置。必須使用APDL進行定義。
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LMS Virtual.Lab 11聲學視頻教程 第十課 AML計算消聲器傳聲損失
這一課將使用AML方法計算一消聲器的傳聲損失，使用AML屬性定義在管道的出口端不僅可以實現無反射邊界條件的定義，還能夠利用AML屬性進行管口輻射噪聲分析，同時還能使用LMS Virtual.Lab 11中最新的利用AML屬性自動計算聲功率的方法，在Virtual.Lab中直接一鍵獲得正確的傳聲損失曲線。在本視頻教程中還講解了管道聲模態的定義，對于消聲器來說，通常入口和出口管都較小，聲波只能以平面波的方式進行傳播（PS:在LMS Virtual.Lab中，（0，1）階管道聲模態即為平面波），所以在入口定義（0，1）階管道聲模態之后，就能夠得出正確的傳聲損失曲線；如果管口較大（例如通風管道、艦船類消聲器，通常管徑都大于了最高頻率對應波長的一半），則需要考慮高次波效應，那么入口處就需要定義其它高階次的管道聲模態，這一點希望讀者舉一反三，引起注意。
本例文檔及視頻下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=100963&uk=1560578551
注意：必須安裝視頻播放器才能播放WebEx的WRF視頻文件。
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這一課將使用AML方法計算一消聲器的傳聲損失，使用AML屬性定義在管道的出口端不僅可以實現無反射邊界條件的定義，還能夠利用AML屬性進行管口輻射噪聲分析，同時還能使用LMS Virtual.Lab 11中最新的利用AML屬性自動計算聲功率的方法，在Virtual.Lab中直接一鍵獲得正確的傳聲損失曲線。在本視頻教程中還講解了管道聲模態的定義，對于消聲器來說，通常入口和出口管都較小，聲波只能以平面波的方式進行傳播（PS:在LMS Virtual.Lab中，（0，1）階管道聲模態即為平面波），所以在入口定義（0，1）階管道聲模態之后，就能夠得出正確的傳聲損失曲線；如果管口較大（例如通風管道、艦船類消聲器，通常管徑都大于了最高頻率對應波長的一半），則需要考慮高次波效應，那么入口處就需要定義其它高階次的管道聲模態，這一點希望讀者舉一反三，引起注意。
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展開 汽車消聲器連結法蘭盤沖壓成形工藝參數優化
摘 要：選取了某企業生產的汽車消聲器連結法蘭盤零件為參數優化對象。利用Dynaform軟件對零件沖壓過程進行有限元數值模擬并記錄27組實驗數據。建立BP神經網絡模型并完成神經網絡模型的訓練及測試，最后結合遺傳算法優化工藝參數，得到最優值的試驗條件為：壓邊力68kN,凸模圓角半徑12mm,摩擦系數0.12,凸凹模間隙2.5mm。經過沖壓試驗，觀察該零件，成形質量完好，孔口處未見明顯的開裂。將神經網絡和遺傳算法相結合優化法蘭盤沖壓成形工藝參數的方法尋優范圍更大，獲取的最優值也更加準確。
關鍵詞：神經網絡;遺傳算法;參數優化;法蘭盤;沖壓成形;
神經網絡和遺傳算法相結合可以解決很多參數優化類的問題，在機械行業的應用也越來越廣泛。利用有限元軟件Dynaform對汽車消聲器連結法蘭盤的圓孔翻邊過程進行模擬分析，影響其成形質量的因素主要有凸模圓角半徑、壓邊力、摩擦系數和凸凹模間隙[1]。從理論上建立起成形質量影響因素與試驗結果的對應關系是非常復雜的，準確描述兩者之間關系的數學模型是很難建立的。在這種情況下，利用人工神經網絡可以逼近非線性函數的特點，首先進行法蘭盤沖壓成形工藝參數對成形結果的預測，再結合遺傳算法尋找最優的沖壓成形工藝參數。
工藝參數的優化常采用的方法是對正交實驗獲得數據進行分析，選擇結果最好的實驗數據作為最優的工藝參數。但是這種方法需要做大量的實驗，還要確保加工條件不能改變。目前關于沖壓工藝參數優化的研究主要有：李雷等[2]利用人工神經網絡，對封頭成形工藝參數進行優化，得到質量優異的封頭構件。王泌寶[3]依據Autoform有限元軟件得到實驗值，基于BP神經網絡擬合工藝參數與質量參數之間的關系，并依據預測均方根誤差驗證了擬合的精確性。
展開 LMS Virtual Lab——AML法計算消聲器傳遞損失 ￥20
以往計算消聲器傳遞損失我們一般會用GT-power軟件和LMS Virtual Lab軟件，GT-power軟件優點就是模型繪制方便，方案更改方便，計算周期短，缺點是800Hz以上計算精度差，且不適合計算不規則模型；LMS Virtual Lab軟件優點是高頻率計算結果精度高，可計算不規則結構，缺點是模型需要網格細化，計算周期長。
傳統法使用LMS Virtual Lab計算傳遞損失需要先計算消聲器進出口聲壓，然后利用公式手動計算傳遞損失，步驟繁雜且需要對公式相當熟悉，而AML法不需要設置復雜的公式，利用聲功率輸入，設置AML吸聲邊界即可自動計算聲功率傳遞損失，簡單方便，大大提高計算速度，下面我們來介紹這種方法的具體設置步驟。
1.打開LMS Virtual Lab軟件,選擇開始-Acoustics-Acoustics Harmonic FEM。
展開 【汽車消音 器知識】
選擇不同的穿孔率和板厚不同的腔深，就可以控制消聲器的頻譜性能，使其在需要的頻率范圍內獲得良好的消聲效果。
小孔消聲器的結構是一根末端封閉的直管，管壁上鉆有很多小孔。小孔消聲器的原理是以噴氣噪聲的頻譜為依據的，如果保持噴口的總面積不變而用很多小噴口來代替，當氣流經過小孔時、噴氣噪聲的頻譜就會移向高頻或超高頻，使頻譜中的可聽聲成分明顯降低，從而減少對人的干擾和傷害。
有源消聲器的基本原理是在原來的聲場中，利用電子設備再產生一個與原來的聲壓大小相等、相位相反的聲波，使其在一定范圍內與原來的聲場相抵消。這種消聲器是一套儀器裝置，主要由傳聲器、放大器、相移裝置、功率放大器和揚聲器 等組成。
主要結構
汽車消聲器按消聲原理與結構可分為抗性消聲器、阻性消聲器和阻抗復合型消聲器三類
1. 抗性消聲器 抗性消聲器是在內部通過管道、隔板等部件組成擴張室、共振室等各種消聲單元時，聲波在傳播時發生反射和干涉，降低聲能量達到消聲目的。抗性消聲器消聲頻帶有限，通常對低、中頻帶消聲效果好，高頻消聲效果差，貨車多采用抗性消聲器。
2. 阻性消聲器 E是在內部排氣通過的管道周圍填充吸聲材料來吸收聲能量達到消聲目的的消聲器。對中、高頻消聲效果好，單純用作汽車排氣消聲器較少，通常是與抗性消聲器組合起來使用。-
3. 阻抗復合型消聲器 是分別用抗性消聲單元和吸聲材料組合構成的消聲器，它具有抗性、阻性消聲器的共同特點。對低、中、高頻噪聲都有很好的消聲效果。
主要作用
降低發動機的排氣噪聲，并使高溫廢氣能安全有效地排出。消聲器作為排氣管道的一部分，應保證其排氣暢通、阻力小及足夠強度。消聲器要經受500℃~700℃高溫排氣，保證在汽車規定的行駛里程內，不損壞、不失去消聲效果。
相關運用
汽車噪聲主要來自汽車排氣噪聲。若不加消聲器，在一定速度下，噪聲可達100分貝以上。
展開 往復式真空泵管道噪聲抑制技術研究
由式（1）可以看出：對于單擴張腔消聲器，其消聲量與消聲器擴張腔有效長度和出入口與擴張腔的面積比有關。因式中存在正弦函數，因此消聲器的傳遞損失曲線為正弦曲線。因此單擴張腔的消聲器無法避免存在傳遞損失為零的通過頻率。為了消除消聲器傳遞損失的通過頻率，采用雙擴張腔串聯式消聲器[14-15]，通過合理設計兩個擴張腔的有效長度，可以避免傳遞損失的通過頻率。
為了保證消聲器的消聲量能夠達到20 dB(A)以上，需要保證消聲器有足夠大的擴張比。往復式真空泵出口的直徑一定，故需合理設計消聲器擴張腔的截面積以滿足消聲需求。真空泵出口直徑為6 mm，根據式（1）的計算，消聲器擴張腔直徑需達到35 mm，理論消聲量為25 dB(A)。針對圖3給出的目標消聲量和目標消聲頻段，本文設計了三種消聲方案，如表1所示，利用聲學仿真軟件LMS Virtual Lab[16]對三種消聲方案進行仿真計算，得到的仿真結果如圖4～圖6所示。
展開 阻抗管系統--漢航NTS.LAB STL
2) 管壁的內表面平滑且無縫隙，定制設計的傳聲器安裝夾具可以確保傳聲器在管壁表面齊平安裝，同時實現有效的密封防止漏聲。
3) 阻抗管的聲源位置有特殊設計，可以有效抑制高階聲模態的產生，使得管道內部更好的滿足平面波條件，同時確保各頻率有足夠的聲能量。
4) 阻抗管試驗段可拆卸，配備不同的連接單元和夾具，適用不同尺寸的排氣消聲器。
5) 傳聲筒和受聲筒分別設置3個傳聲器孔位，適用于不同低頻段的傳遞損失測量，保證數據可靠性。
圖9 阻抗管
6) 改進的傳聲器校準方法，一次測量全部校準，同時提高校準效率和測量精度。
? 定制尾端高性能消聲裝置：對傳遞過來的聲音具有高達22dB的消聲能力，提高測試精度并減少噪聲污染。
圖10 消聲裝置進出口聲壓級對比
? 高精度流量計：調節進口流量大小，考察流量大小對消聲器聲學性能的影響。
? 電子壓力測量儀：用于測試消聲器前后段的壓力，計算消聲器的壓損特性。
5.2案例測試結果
圖11為某款排氣消聲器的傳遞損失測試結果，可以看到隨流速的變化，消聲器傳遞損失也產生了顯著變化。對于膨脹腔和穿孔管形式的消聲器，流速的變化對于傳遞損失的影響明顯，消聲器傳遞損失的測試需要帶流速進行測試。同時排氣消聲器壓降高，需要提供大的壓力流速裝置。
圖11 某排氣消聲器的傳遞損失隨流速的變化
圖12是針對存在怠速噪聲的某款車型進行排氣消聲器優化工作后，傳遞損失的測試和驗證結果。測試結果表明，改進的消聲器有效提高了低頻的傳遞損失，消除了怠速下的噪音，也驗證了優化設計。
圖12 某車型排氣消聲器優化前后傳遞損失對比
圖13為某進氣消聲器的傳遞損失測試結果和仿真結果對比，從圖中可觀察出兩者的TL值存在顯著差異。
展開 
案例：消聲器聲學仿真
本例中，以白噪音作為聲源輸入，對消聲器進行聲學仿真分析，計算獲得傳遞損失和插入損失。此外，模型中包含發動機時，可以使用外部麥克風計算排氣口的輻射噪聲。
漢航NTS.LAB STL聲傳遞損失測試與分析系統
圖10 消聲裝置進出口聲壓級對比
高精度流量計
調節進口流量大小，考察流量大小對消聲器聲學性能的影響。
電子壓力測量儀
用于測試消聲器前后段的壓力，計算消聲器的壓損特性。
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案例測試結果
圖11為某款排氣消聲器的傳遞損失測試結果，可以看到隨流速的變化，消聲器傳遞損失也產生了顯著變化。對于膨脹腔和穿孔管形式的消聲器，流速的變化對于傳遞損失的影響明顯，消聲器傳遞損失的測試需要帶流速進行測試。同時排氣消聲器壓降高，需要提供大的壓力流速裝置。
圖11 某排氣消聲器的傳遞損失隨流速的變化
圖12是針對存在怠速噪聲的某款車型進行排氣消聲器優化工作后，傳遞損失的測試和驗證結果。測試結果表明，改進的消聲器有效提高了低頻的傳遞損失，消除了怠速下的噪音，也驗證了優化設計。
圖12 某車型排氣消聲器優化前后傳遞損失對比
圖13為某進氣消聲器的傳遞損失測試結果和仿真結果對比，從圖中可觀察出兩者的TL值存在顯著差異。初步判斷出現此現象的原因可能是第一個腔和第二個腔之間存在通孔，因此前兩個峰消失合并為一個峰。為驗證上述猜想進行了切樣處理，結果驗證了初步判斷的正確性。后續對加工工藝進行了改進。最后改進試件的測量結果如圖14所示，改進后的消聲器測試值和理論值接近，同時一致性較好，整車實驗消聲效果符合車企要求。
展開 消聲器流場分析
總的來看，吸氣xiaoyinqi內部的速度場比較均勻，對氣體在消聲器內的流動影響不大。
進排氣NVH設計培訓【瑞典皇家理工學院(KTH)專家奉獻】
進排氣系統/消聲器聲學設計培訓
尊敬的女士、先生：
大友科技作為最先進的振動噪聲集成化解決方案提供者，攜手Tamer Elnady博士（艾因夏姆斯大學教授、瑞典皇家理工學院博士后），將于2012年上海汽車測試展前夕為各位汽車NVH工程師帶來關于汽車進排氣系統及消聲器NVH設計開發的專業培訓課程。
時間：2012年9月17日 9:00-18:00
地點：上海光大會展中心國際Hotel18號廳（位于hotel2層）
費用：1200 RMB/人
屆時Tamer Elnady博士及大友科技的專家將與您分享我們的最新技術、研究成果，為各位帶來消聲器最新設計理念及消聲器設計仿真、試驗方法熱點問題，并深入的探討行業實際應用方案。
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