直通穿孔消声器

直通穿孔消声器在声学传播形式上与扩张消声器类似，在截面变化处同样会产生截止频率以下的非平面波。实际上，腔体长度决定了一维传递矩阵法无法考虑的该类非平面波对扩张消声器声学特性影响的大小。二维解析法可以预测穿孔消声器截面变化处产生的多维非平面波。所以，本节主要通过二维解析法讨论长度对直通穿孔消声器声学特性的影响。设R=45mm，li=lo=0mm，r1=22.5mm。图6-14为两个具有不同的消声器传递损失计算对比图。对于长腔穿孔消声器来说，一维声波传递导致的传递损失拱形很好地图中体现出来，而短腔穿孔消声器仅在截止频率以下出现一个共振峰。

图6-14 不同的两种消声器结构传递损失（σ=10%）

随后采用有限元法来研究由于这种多维非平面波导致的传递损失结果。两种消声器结构在不同频率下的声场仿真结果如下图所示，图6-15为长腔消声器在三个传递损失波峰和三个传递损失波谷处的声场分布，在频率非常低时，消声器腔体内部仅存在平面波。随着频率的升高，在截面变化出出现了非平面波，并且在腔体内部逐渐消散掉。在距离管道截面变化处一定长度后，腔体内部仅剩下平面波部分。当频率逐渐接近平面波截止频率时，整个腔体内部充满了非平面波。而在如图6-16所示的短腔消声器声场分布中，无论在低频共振前，中频共振时和高频共振后，腔体内部均会存在非平面波，这是因为由截面变化产生的非平面波无法在短腔内充分耗散而产生了声波径向模态，导致了中频处共振峰出现。

图6-15 =6腔体内部声场分布，［（a—c）传递损失波谷，（d—f）传递损失波峰］

图6-16 =1腔体内部声场分布

图6-17为一系列具有不同的直通穿孔消声器传递损失曲线。可以看出，消声器的传递损失随着腔体长度降低逐渐由一个拱形上升为尖峰。当 小于1.6时，传递损失不再具有完整的拱形，而此时穿孔消声器可认为是声学短腔型。实际上，对于穿孔消声器来说，腔体长度不是影响这种多维非平面波的唯一因素。图6-18为=1.6时不同穿孔率的消声器传递损失曲线，很明显，具有低穿孔率的消声器更易受到非平面波的影响。所以，直通穿孔消声器无法定义一个具体的界限来区分声学长腔和声学短腔型。

图6-17 短腔消声器传递损失结果（σ=10%）

图6-18 短腔消声器传递损失结果=1.6）

由于四分之一波长管特性，在直通穿孔消声器中添加插入管可以显著提升消声器的声学性能，尤其是在中频段，如图6-19所示。然而，当穿孔消声器为声学短腔型时，插入管的影响会完全不同。如图6-20所示，增加进出口插入管长度仅能降低共振频率和传递损失幅值，而通过降低穿孔率可以实现完全相同的效果。对于增压发动机进气系统消声器，通常的消声器单腔长度为30mm左右，腔体直径为90mm左右，穿孔率为15%左右，完全属于声学端腔型。所以，在这种消声器设计过程中，无须考虑通过添加插入管来提升声学性能。

图6-19 声学长腔消声器传递损失（σ=10%）

图6-20 声学短腔消声器传递损失