汽车消声器声学特性的声传递矩阵分析�宫建国,马宇山,崔巍升,金涛(浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027)摘要:根据声传递矩阵法,分析了一种汽车消声器的传递矩阵,计算了该消声器的传递损失。并利用MATLAB软件,分别分析了进气管内伸长度、排气管内伸长度、支撑板间距、穿孔直径、穿孔管壁厚、穿孔管直径对消声器传递损失的影响。结果表明:从总体趋势上看,进气管内伸长度越大,消声器的平均传递损失越大,但内伸长度为30mm时消声器的平均传递损失最大;排气管内伸长度越大,消声器的平均传递损失越大,但内伸长度为30mm时平均传递损失最大。支撑板间距对消声器传递损失影响较小,但当支撑板间距为原始长度时,消声器的平均传递损失最大。穿孔直径越大,消声器的平均传递损失越大。穿孔管壁厚越大,消声器的平均传递损失越小。穿孔管直径越大,消声器的平均传递损失越小。关键词:消声器;传递损失;MATLAB;声传递矩阵中图分类号:TB535+.2文献标识码:A文章编号:1004-4523(2010)06-0636-06引言随着汽车工业和城市交通的发展,城市汽车保有量日益增加,汽车噪声污染问题越来越突出。据国外资料统计,汽车所辐射的噪声占整个环境噪声能量的75%。因此,汽车噪声是目前环境噪声中最主要的噪声源[1]。而排气噪声是汽车噪声中主要的噪声源之一,安装消声器是减小排气噪声最简单最有效的方法。故研制高效实用的消声器一直是汽车噪声控制行业追求的目标。消声器的设计方法主要包括有限单元法、边界单元法、声传递矩阵法。有限单元法在消声器设计中应用较多,尤其是复杂腔体消声器。但是,消声器一旦进行结构改进,整个声场分析都要重新开始。因此,该方法的重复性工作较多,计算周期较长。边界单元法还不够成熟,求解误差较大,此方法应用较少。声传递矩阵法适用于形状相对简单、较为规则的结构。该方法首先将消声器分解为若干个消声单元,然后计算各消声单元的传递矩阵,再根据各消声单元的串并联关系,得到的传递矩阵即为消声器的声传递矩阵。在消声器结构改进中,采用软件编程,只需改变某些参数就能实现消声器的结构改进。所以,该方法的重复性工作较少,计算周期较短。本文根据声传递矩阵法,对一种汽车消声器的传递矩阵进行分析,根据得到的声传递矩阵计算消声器的传递损失。并利用MATLAB软件,分别分析进气管内伸长度、排气管内伸长度、支撑板间距、穿孔直径、穿孔管壁厚、穿孔管直径对消声器传递损失的影响。1声传递矩阵法1.1基本假设声波在消声器内部传递时,涉及较多因素,为分析方便,特引入以下假设[2]。(1)线性化假设假定伴随声波随时间变化的量都是小量,忽略上述变量的高阶小量,故消声器内部的传播规律可以用线性化波动方程表示。(2)无损耗假设假定声波在消声器内部传递过程中,声能不会透过管壁向外辐射,也不存在粘滞性和热传导等因素引起的声吸收。即声波在消声器内部没有能量的损耗。(3)均匀流动假设假定气流沿管道横截面各处流速相同,即气流在消声器内部均匀流动;并设气流速度与声速比值M(马赫数)为小值。(4)均匀参数假设假定静压、介质密度、温度以及声速等反映介质特性的参数沿轴向各处相同,故这些参数按实常数处理。第23卷第6期2010年12月振动工程学报JournalofVibrationEngineeringVol.23No.6Dec.2010�收稿日期:2010-08-05;修订日期:2010-10-15(5)平面波假设假定管道内沿轴向传播的声波近似为平面波,即沿管道横截面上声压和质点速度等参数相同。1.2分析方法由平面波假设,沿管道系统截面上的声学状态可以用声压p以及体积速度U两个状态参数来表示。由线性化假设可知,消声单元两侧界面上的状态参数是线性相关的。对于一个消声单元,由一侧的状态参数可以确定另一侧的状态参数,故任意给定单元的特性相当于一个四端网络,如图1所示[2,3]。根据四端网络的计算原理,可得入口声压p1、体积速度U1与出口声压p2、体积速度U2的关系如下式所示p1=Ap2+BU2U1=Cp2+DU2(1)若用矩阵表示,如下式所示p1U1=ABCDp2U2=Tp2U2(2)式中T为消声结构的传递矩阵;A,B,C,D为四端网络参数,仅与消声结构有关。其中,A为断开传递系数,B为短路传递阻抗,C为断开传递导纳,D为短路传递系数。图1消声单元四端网络示意图1.3消声性能评价评价消声器的性能,主...
