Page 28 - 《应用声学》2025年第2期

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声衬声阻抗为 3000 r/min (间隔 100 r/min 选取一个测试工况) 的
ρ 0 c 0 (Z s + jρ 0 c 0 tan(k 0 D)) 19 个工况测量声衬上下游的噪声数值来获取降噪
Z s = , (3)
′
ρ 0 c 0 + jZ s tan(k 0 D)
效果。
穿孔板声阻抗率可表示为 5
ρ 0 ω(t m + 0.85d m ) J 0 (κd m /2) 4 ေ᝷ܦ᫾
Z m = −j , (4) ေ᝷ܦઈ
σ J 2 (κd m /2) 3
2
其中，t m 为板厚，d m 为孔径，σ 为穿孔率，J 0 和J 2 分 1
别为 0 阶第一类贝塞尔函数和 2 阶第一类贝塞尔函 ܦ᫾ઈ 0
数。则超构表面的总声阻抗可表示为 -1
-2
Z t = Z s + Z m . (5) -3
′
-4
根据以上的声阻抗模型，通过优化算法优化声 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
ᮠဋ/Hz
衬的参数使降噪量最大化，最终得出最优的结构
参数。 图 6 设计工况下 (2100 r/min) 声阻抗图
Fig. 6 Acoustic impedance spectrum the design
2.3 工况2100 r/min下的设计结果
condition (2100 r/min)
根据模式匹配法 [19] 可预测噪声通过长度为
3.1 测试工况及测试仪器
0.6 m 的超构表面声衬之后的降噪量，由于流速较
本实验采用的声学分析软件可对多个通道进
低，计算时没有考虑流速的影响。设计工况下降噪量
行时域信号的采集、读取和保存，通过快速傅里叶变
如下，其中 1∼6 阶 BPF(700 Hz、1400 Hz、2100 Hz、
换得到相应频谱等信息。数采系统 NI PXLe-1082
2800 Hz、3500 Hz、4200 Hz) 的降噪量(图 5) 分别为
数据采集系统，可连接多个采集卡，同时对 48 路传
12.5 dB、48.4 dB、22.4 dB、2.3 dB、1.8 dB、1.2 dB。
声器的信号进行采集。传声器采用 G.R.A.S Type
50
46BP传声器，有效测量频率范围10 Hz∼70 kHz，测
45
40 量最大声压级 169 dB，传声器灵敏度 1.5 mV/pa，
35 误差为±1 dB。
ᬌ٪᧚/dB 30 3.2 实验台测量示意图
25
20
15 声衬实验段如图 7 所示，在实验声衬上下游各
10 安装一排周向传声器，每一排周向传声器阵列安装
5
20 支 0.635 cm (1/4 in) 传声器，沿周向均匀布置，
0
1000 2000 3000 4000 5000 共计 40 支。降噪量为上游噪声数值减去下游噪声
ᮠဋ/Hz
数值。
图 5 设计工况下 (2100 r/min) 降噪量预测
Fig. 5 Noise reduction prediction under the de- 4 实验结果分析
sign condition (2100 r/min)
设计工况 2100 r/min 下不同频谱实测降噪量
实际设计中，考虑到模块横截面 (50 mm×
如图8所示。
50 mm) 对应截止频率所限和低频离散噪声占优
预测与实测降噪量对比如表3所示。
的特点，重点考虑 3200 Hz 以下的各阶离散噪声和
由表 3 可知在设计工况 (2100 r/min) 下，降噪
1∼4阶BPF，因此高频部分计算降噪量有限。
声衬在 1∼3 BPF (700 Hz、1400 Hz、2100 Hz) 处具
设计工况下整个频段内的阻抗图如图6所示。
有很好的降噪效果，降噪量为 13.3∼27.4 dB，与设
3 实验验证 计值吻合得较好；在 4∼6 BPF (2800 Hz、3500 Hz、
4200 Hz) 处具有较好的降噪效果，与实测降噪量基
为了验证所设计的声衬的降噪效果，在同 本吻合。总体来说，降噪声衬在300 ∼ 6000 Hz有较

一单级风扇上进行了验证实验，选取从 1200 ∼ 好的宽频降噪效果，总声压级下降12.6 dB。