引言
在”消声降噪技术-2阻性消声器的一维理论”部分，我们以片式消声器为例，对阻性消声器的消声性能的简单估算方法进行了介绍。常用的阻性消声器的种类很多，从消声性能和空气动力性能方面各具特点，他们常常应用于不同的场合。本次将对主要的几种阻性消声器表现类型和特点进行简要介绍，以有助于在实际工程中选择合适的消声器类型。
(图片来自网络)
2直管式消声器
直管式阻性消声器是最常见和使用最多的消声器，根据消声设计的要求，可以采用不同长度的消声器。
根据管道截面形状的不同，通常有矩形截面和圆形截面两种形式。
2.1矩形截面消声器(RectangularDuctSilencer)
对于小的管道，一般在管道四周有吸声材料，中间为直通的气流通道。在管道截面比较大时，往往在管道中间加上不同数量的消声片，使得每一个气流通道都是扁矩形结构，以获得更加好的消声效果，通常把这种消声器称为片式消声器。
对于截面尺寸特别大的管道，往往需要在消声器截面的长和宽两个方向上都增加消声片，这样就形成了蜂窝式消声器或者阵列式消声器。
图1蜂窝式消声器的产品示例(图片来自网络)
2.2圆形截面消声器(TubularDuctSilencer)
在连接的管道为圆形时，通常也直接连接圆形截面的消声器，这种消声器结构与矩形消声器的类似，只是截面改变为圆形。
为了提高圆形截面消声器的消声量，类似于片式消声器的做法，也做成不同半径的消声圆筒。由于最常见的一种就是在轴心上增加消声，这类消声器往往直接连接在风机的进、出风端，因为风机的轴心是电机，采用这种消声器不影响气流的通风面积。
图2为朗德为某风洞提供的风洞大型风机的消声器，除了在风扇大半径处设计了外侧的圆形截面消声层，在风机的头罩和尾罩处也设计了流线形的轴心消声筒。
图2朗德为某风洞提供的风扇消声器(尾罩部分)
3折板式(声流式)消声器
折板式消声器是直管式消声器的一个变化形式。在工程实践中，为了改善消声器的高频消声性能，防止高频噪声逃逸的现象，有时候通过把消声器改变成折板式消声器。这种消声器可以看成是几段直通道的消声器的串接而成，当声波传播至转弯处，基本方式的简正波(基波)就会部分转化成为高次波而迅速衰减掉，因而提高消声效果。当直管式消声器的消声通道等效直径较大时，容易产生高频失效现象，这时候采用折板式消声器，改变声传播通道的方向，可有效改善高频消声效果。
当通道折弯时，气流的压力损失也将相应增大，特别是气流在凸角处往往会形成脱体涡旋，从而产生强烈的湍流噪声，影响消声器的气体动力性能和气流再生噪声的产生，导致并不能改善高频的消声效果。
折板式消声器要有效抑制高频失效现象，消声片的折弯通道应设计成视线不能通过，即进、出口之间没有声直线传播的通道。工程设计上，一般折角应控制在20°角以内。折板式消声器的折弯次数也不宜过多。
折板式消声器的消声性能在中、低频范围宜按照直通道的消声器估计，在高频范围，宜根据气流噪声级估算消声后所能达到的噪声级。
为了改善低频的消声性能，一般采用较厚的材料或者较大的消声结构，这时候可将折板式结构做成菱形，这种菱形消声器在很宽的频率范围内都具有良好的消声性能。
为了改善折板结构的空气动力性能，可以将折板做成流线形的平滑弯曲通道，这种消声器通常称为声流式消声器。声流式消声器的消声性能与尺寸相仿的折板式消声器类似，但气流的阻力损失和再生噪声可明显降低。
4弯头消声器(消声弯头ElbowSilencer)
在空气动力设备输气管道中常通过弯头连接管道转弯，如果在弯头内设计吸声层，就可以充分利用管道空间实现消声。
当声波入射到消声弯头入口处，一部分声能量被反射，一部分被吸收，剩下的一部分透过弯头继续沿管道传播。因此，消声弯头实际上具有一定的抗性消声的成分。弯头的消声效果通常用插入损失来衡量，又由于在弯头上的反射的声波一般不很强烈，因此，插入损失与传声损失的差别并不大。
消声弯头的消声量与弯头的角度近似成正比，30°弯头的消声量近似为90°的直角弯头的1/3。直角弯头的气流阻力损失和再生噪声都比较大，通常将内壁做成圆弧或者内外壁均做成圆弧来改善其气体动力性能。在消声弯头的通道宽度为H，两端延伸的平直段长度为L时，通常弯头设计成L=(2~4)H值。
图3朗德用于汽车整车实验室升降式迎面风系统中的弯头消声器
在实际工程设计中，消声弯头的消声量一般可以达到15dB左右，或者可采用片式消声器的计算方法进行估算。消声量估算中，消声器的长度可按照弯头的中心线长度来计算。简单的可以按照下式估算消声长度：
L=A+B-W
转角消声器(TurningVaneSilencer)是弯头消声器的一种特殊表现形式，流线形的导流构造既显著降低了阻力损失和气流转弯处湍流引起的再生噪声，导流片内的吸声处理又起到片式消声的效果。
图4朗德为重庆风洞提供的转角消声器
5室式(迷宫式)消声器(PlenumSilencer)
在大型空气动力设备或者在风量较大的输气管道中，例如在风机进、出口需要改变气流方向，管道出现分支或者合并等情况下，设置体积较大的箱体(暖通空调中常称为静压箱)，然后在箱体的内壁加衬吸声材料，形成的消声器通常成为室式消声器(暖通空调中也常称之为静消声压箱)。
为进一步提高室式消声器的消声性能，常常将几个室式消声器串联在一起，这样形成的消声器构造通常成为迷宫式消声器。
室式(迷宫式)消声器兼具有阻性消声器和抗性消声器的作用，室内的吸声材料具有阻性消声作用，而小室的横截面的扩大和缩小形成抗性消声作用。因此，这种消声器在一个较宽的频率范围内具有良好的消声效果。
室式(迷宫式)消声器的消声性能与室的大小、数量、通道横截面面积、内衬材料的吸声性能等有关，一般用下式来估算其消声量：
式中α为内衬吸声材料的吸声系数，S为内衬吸声材料的面积，SE为室的进、出口的横截面积。
室式(迷宫式)消声器虽然消声效果很好，但气流损失和体积都较大，一般适用于大流量、低流速、消声量要求高的大型通风系统，并且设计使用时消声器内的流速需要控制在5m/s以下。
ISVR的风洞中的初级消声器就是设计成3级室式(迷宫式)消声器，吸声内衬采用了mm厚的岩棉，该消声器在Hz起就能达到50dB的消声量。图5中给出了这种消声器的构造及其模型测试的消声性能。
图5ISVR风洞迷宫消声器及其消声性能
朗德在某项目中由于可使用的消声空间有限，风量比较大，而消声室本底噪声要求在20dB以下，设计了3级室式(迷宫式)消声器。为有效提高低频的消声效果并且降低消声器的阻力损失，小室的壁面设计结合了流道式消声器的特点，设计成类似尖劈的楔形结构，并且壁面吸声结构采用的阻抗渐变的多层构造，在吸声内衬材料厚度有限的条件下，提高了吸声性能，尤其是低频的吸声性能。该消声设计的结构如图6所示。
图6朗德某工程中迷宫消声器的特殊设计
采用这种消声设计现场实测的传递损失消声量从63Hz达到40dB以上，从Hz开始达到50dB以上，从Hz开始达到60dB以上，最终实现了室内最高风量运行时本底噪声达到18dB(A)以下。现场实测传声损失消声量及室内本底噪声频谱如图7所示。
图7朗德某工程中迷宫消声器的消声量和室内本底噪声级
6消声百叶(AcousticalLouvers)
消声百叶，或者称为百叶消声器，是结合了百叶窗结构形式的片式(或者折板式)短消声器。片式消声器的长度一般在~mm，消声量一般在10~15dB范围内。由于消声百叶很短，因此虽然通流比一般较小，但气流的阻力损失也比较小。消声百叶较多地应用于设备的通风散热窗口，既能满足设备的散热要求，又具有一定的消声效果。
我们在“消声的基本概念和性能评价”中介绍的苏州诚品书店楼上和上海复兴艺术中心楼上的消声百叶就是楼顶空调设备的百叶消声器的典型应用。
由于消声百叶通常和隔声罩配套使用，作为隔声罩换热通风的通道，因此在实际工程中也经常采用隔声量来评价，并照频谱的传声损失，进行计权隔声量的评价，以便于在工程中估算整个隔声罩的隔声量。
声学演义之消声降噪技术
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系列谈之六
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