汽车消声器的音响透过损失
(CAE 和实验分析)

汽车排气系统中的消声器之重要的功能是消声特性。一般,对排气噪声有声压电平的法规,为了减少辐射噪声,在消声器的结构上都下了很大功夫。在消声器开发阶段,对安装在发动机上的消声器之实际工作时的噪声(声压的频率特征),用于消声器性能之评价。也就是说,只有在试制成后的试验阶段,才能对消声器的性能作评价。但是,为了缩短车辆的设计开发时间,一般希望在设计的初始阶段,用CAE(计算机辅助工程)方法对消声特性提前评价。

 

本文介绍的应用例,就是对消声器的音响,用CAE方法求得其传递函数,再用四元矩阵法求音响透过损失的近似解,用这种方法,在消声器的初始设计阶段,就能有效地用于其结构更改工作等方面。

 

另外,这种通过CAE的分析法,与实验结果的一致性很好。


CAE:计算机辅助工程之略 Computer Aided Engineering 对 CAD 的数据,使用计算机进行模拟,帮助产品开发或者有关工具的总称,叫 CAD。


用四端子法推测损失时,推测对象系的音响特性,如式1的四元矩阵所示。

式1

将四元矩阵代入式2,就能算出透过损失 TL (Transmission Loss)。

式2


式中,、 分别表示声源侧及透过侧特征阻抗密度,ZS、ZT 分别代表声源侧及透过侧特征阻抗。对于消声器这样复杂的系统,由于不能直接求出 K,所以如上图所示步骤,由系统前后的声压比,推算式1的四元矩阵,再由式2计算音响透过损失。

 

在本公司,可以对CAE预测作同样的实验测量分析。消声器型音响管的传递函数测量实验系列如下图所示。在一端用喇叭进行音响激振。在管子内装4个麦克风,用于测量音响传递函数。另一端的边介条件分别为 [ 1.完全反射 ] 和 [ 2.多层吸音材料 ] 的两种方式,并分别测量其传递函数,计算音响透过损失。用CAE方法,作成相当于管内的音响介质(空气)的有限元素模型,在相当于喇叭的面上的节点处激振,求传递函数。软件,CAE用的是通用结构分析程序的标准之MSC.Nastran的动态分析程序。



仪器构成

详细请询问本公司营业员或本公司音响振动咨询部。



测定数据例

这种方法对两种市售的消声器(A、B)作了试验,对市售消声器 A,把 CAE 或实验得到的传递函数,分别计算音响透过损失的结果如下图所示。由图可知,用 CAE 预测的音响透过损失,在实验中非常一致地进行了再现。

市售消声器:A

下图是市售消声器 B 在频率 1kHz ~ 1.5 KHz 的频带内,CAE 与实验的结果相关性并不良好。估计这是由于消声器径向音响受到产品某些特性的影响,使音响透过损失产生不稳定。

(市售消声器 B 与市售消声器 A 是不一样的,其内部由隔板分成三个空间,所以音响空间也很复杂。因此,在频率为 1kHz ~ 1.5 KHz 间,消声器径向的音响模式,可以很复杂,不止一种模式。)

市售消声器:B

要点


·由CAE或实验数据,采用四端子法,可以求得消声器的音响透过损失。
·在频率小于 1KHz 之下,消声器的音响透过损失,用 CAE 与实验检测,其结果非常一致,所以在设计初期阶段可用 CAE 研讨结构。


Revised:2006/09/19

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