关于复合结构对消声影响的研究

　　1　前言

　　在噪声控制中选用合理的控制设备及结构,是关键的一环。选用合理就会收到好的效果,否则就会降低效果甚至失败。在隔声结构中有一种轻质复合结构,是指由几层轻薄以及密度不同的材料组成的隔声构件,这种结构因质轻且隔声性能良好,被广泛应用于噪声控制中。其原理在消声结构中应用,同样会收到良好效果,笔者在这方面进行了一些研究和试验,将轻质复合结构应用到消声结构中,收到良好效果。

　　2　轻质复合结构的实验研究

　　如上所述,轻质复合结构是用金属或非金属的坚实薄板作面层,内侧覆盖阻尼层或夹入吸声材料或空气层等组成。因分层材料的阻抗各不相同,即阻抗不相匹配,故声波在分层界面上将产生反射。阻抗相差越大,反射声能也越多。此外,这种复合结构的弯曲劲度随频率而变化,随频率的增高,弯曲劲度会变小,使临界吻合频率相应提高,因而提高隔声能力。这不仅对隔声技术是有利的,同样用在消声结构中也是有效的。

　　2.1　声波在消声片内传输的模型

　　在采用阻性片式消声结构时,消声片的结构和材料对声波的传输影响很大。声波通过片式消声结构时,不仅在片间传输,同时也在片内传输。

　　由于声波遇到板片会反射,板片的声阻抗要远远大于空气或吸声材料的声阻抗,这种阻抗相差越大,反射的声能就越多。根据边界上的声压和质点运动速度的连续条件,列出连续方程组,并可解出声强的透射系数τ1

　　式中,R1,R2分别为第一和第二种介质的声阻抗,等于介质的密度与介质中声速的乘积。

　　一般消声片内充填的玻璃棉密度是15~25R2kg/m³,取空气密度等于1 ,声速C1≈C2,则由式(2)计算出传声损失TL=17.5~22dB,可知,使消声结构获得高的消声效果,应增加消声片自身的隔声量。这可以在消声片两端和中部设置隔声挡板解决。消声片两端和中部设置的隔声挡板(一般都是金属的薄板,有时也可用非金属的薄板)与夹在其间的吸声材料组成了复合结构。至于挡板的数量要视消声量的多少和长度而定。一般经验是间隔0.5m为准。

　　由式(1)可知,当K2L=nπ时,sinK2L=0,τ1=1,TL=0即存在通过频率,不消声。采用挡板和两端的导流板,可以防止通过频率。

　　2.2　声波在消声片内传输的试验

　　为了试验不同结构的消声片的消声效果,设计制造了如图1所示的消声片。以鼓风机为声源,现场实测结果如图2所示。1、2、3的三种消声片均有挡板和两端的导流板,4没有设挡板和两端的导流板。实验结果可知有挡板和两端的导流板的消声器都达到了11~14dBA的消声效果,且消声片的不同结构对高频影响大,对低频影响较小。这对消声片的结构设计很有用,如果不看重低频的消声时,可采用结构简单的消声片。