汽车排气消声器的消声性能分析及结构优化

    随着汽车工业的发展和汽车的普及，汽车噪声对环境和人类的影响日渐突出，据统计汽车已成为城市主要噪声源之一，约占城市环境噪声的 75%[1]，其中发动机的排气噪声是汽车主要噪声源，所发散的噪声占到整车辐射噪声的 36%[2]，因此降低排气噪声是降低汽车整车噪声的有效方法。目前降低和控制排气噪声最普遍的方法是安装具有优良性能的排气消声器[3]。

    消声器分为阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合型消声器，因为抗性消声器具有耐腐蚀、耐气流冲击、成本低、结构简单等特点，目前汽车排气消声器多采用抗性消声器。为了改善抗性消声器的消声性能实现全频段消声，越来越多的复杂结构被广泛使用，例如使用插入穿孔管和穿孔板结构[4-6]。本文选取某型汽车排气消声器为研究对象进行了消声器传递损失实验研究，并根据实验结果对消声器进行结构改进，取得较好效果。

    1 消声器传递损失实验

    1.1 消声机理

    阻性消声器利用吸声材料的吸声作用，当声波进入消声器中，会引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化为热能而失散掉，从而起到消声作用。抗性消声器主要是通过在管道上接截面突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗失配，使某些频率的声波在声阻抗突变的截面处发生反射、干涉现象，从而达到消声目的。

    1.2 实验原理

    传递损失是消声器的一项重要声学性能评价指标，反映消声器本身的传递特性，它受声源与环境的影响较小。传递损失TL（Transmission Loss）[7]也称传声损失或透射损失，定义为消声器进口端的入射声功率级和出口端的透射声功率级的差值，即 ：

    式中 ：iWL为消声器进口的声功率级 ；tWL为消声器出口的声功率级。实际工程测试中，由于声功率级难以直接测得，常通过测量消声器前后截面的平均声压级，再按式（2）和（3）计算获得

    式中 ：piL为消声器进口端的平均声压级，ptL为消声器出口端的平均声压级，iS为消声器入口处的截面积，tS为消声器出口处的截面积，若消声器入口和出口处的截面积相同，则传递损失可表示为进口端的平均声压级piL和出口端的平均声压级ptL之差，?即 ：

pi ptTL = L −L（4）

    1.3 实验系统设计

    测试系统如图 1 所示，由示波器、函数信号发生器、功率放大器、扬声器、金属锥形管、消声器、INV 3018C 信号采集分析仪、计算机等组成。由信号发生器产生一宽频带的扫描信号作为激励声源，通过示波器监视波形，如果满足要求，信号经过功率放大器传送到扬声器，使扬声器产生相应频率的声波。扬声器通过特制的密封金属锥形管与消声器相连，并用玻璃胶对扬声器、金属锥形管接口处进行了密封处理。以保证声波的稳定和能量集中。测试时传声器探头平行于出口截面法线方向放置，经信号采集仪将得到的信号分析处理，可得到消声器进、出口处的声压级值。