降噪分析

本書由著名聲學(xué)學(xué)者Uno Ingard基于他多年的聲學(xué)研究心得寫成的，它綜合了降噪的基本原理和在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，內(nèi)容分為吸聲器和管道消聲器兩大部分。

在吸聲器部分，首先對(duì)吸聲基本機(jī)理做了深入討論，在聲場(chǎng)中，聲能在黏性邊界層和熱邊界層內(nèi)轉(zhuǎn)換為熱能，從而產(chǎn)生了聲吸收作用，而在實(shí)際工程中，常采用薄膜吸聲器、共鳴器、剛性或柔性多孔材料作為吸聲單元，本書進(jìn)而基于理論和數(shù)值分析結(jié)果，分別對(duì)它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其他各種因素對(duì)吸聲性能的影響等做了詳細(xì)討論，其中還特別對(duì)涉及到的聲學(xué)非線性和流動(dòng)影響做了分析。

在管道消聲器部分，討論了表述管道消聲器特性的多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系，并將管道消聲器分為內(nèi)襯管道消聲器和抗性管道消聲器，詳細(xì)分析了不同管道結(jié)構(gòu)的衰減特性，特別比較了帶有本地和非本地抗性襯里的管道。

第一部分 吸聲器1

第1章 緒論2

1.1 引言2

1.2 符號(hào)和表示3

1.2.1章節(jié)組織4

第2章 吸聲機(jī)理5

2.1 概述5

2.2 (窄)通道中的穩(wěn)態(tài)流6

2.2.1 流阻6

2.3 聲邊界層7

2.3.1 黏性邊界層7

2.3.2 熱邊界層8

2.3.3 功率耗散，黏—熱邊界層8

2.4 窄管中的聲傳播9

2.4.1 傳播常數(shù)10

2.4.2 速度和溫度輪廓線12

2.4.3 柔性壁內(nèi)部阻尼的影響13

2.4.4 松弛時(shí)間和通道的復(fù)壓縮率13

2.5 阻抗14

2.5.1 單位長度阻抗14

2.5.2 復(fù)密度和波阻抗15

2.5.3 穿孔板16

2.5.4 線網(wǎng)屏19

2.5.5 穿孔板—網(wǎng)屏層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)20

2.5.6 聲致運(yùn)動(dòng)的影響20

2.5.7 穩(wěn)態(tài)流阻的數(shù)據(jù)解釋21

2.6 黏熱導(dǎo)納和剛性壁面吸聲系數(shù)21

2.6.1 等效導(dǎo)納21

2.6.2 吸聲系數(shù)22

2.7 數(shù)學(xué)補(bǔ)充23

2.7.1 窄通道中的穩(wěn)態(tài)流23

2.7.2 振蕩流和黏性邊界層24

2.7.3 熱邊界層25

2.7.4 邊界層的功率損耗26

2.7.5 窄通道中的聲的傳播28

2.7.6 阻抗32

第3章 薄膜吸聲器36

3.1 概述36

3.1.1 單個(gè)薄膜面吸聲器36

3.1.2 多層吸聲器37

3.1.3 單薄膜“體”吸聲器37

3.2 帶空腔背襯的單片剛性薄膜38

3.2.1 流阻和阻抗38

3.2.2 共振和反共振39

3.2.3 吸收譜40

3.2.4 網(wǎng)屏42

3.2.5 蜂窩單元尺寸影響42

3.2.6 例子和解釋43

3.3 帶空腔背襯的柔性多孔薄膜45

3.3.1 “等效”阻抗45

3.3.2 低頻共振46

3.3.3 吸收譜47

3.3.4 例子和注解48

3.4 柵格吸聲器52

3.4.1 周期柵52

3.4.2 非周期柵格54

3.5 “體”吸聲器55

3.5.1 反射，傳輸和吸收56

3.5.2 吸收譜，無限薄膜56

3.5.3 有限薄膜，散射影響58

3.6 數(shù)學(xué)補(bǔ)充59

3.6.1 剛性單薄膜空腔吸聲器59

3.6.2 柔性薄膜空腔吸聲器61

3.6.3 均勻(周期)柵64

3.6.4 非均勻柵格67

3.6.5 薄膜體吸聲器67

第4章 諧振器71

4.1 概述71

4.2 吸收和散射72

4.2.1 Q 值74

4.2.2 Helmholz 共鳴器74

4.2.3 擴(kuò)散聲場(chǎng)諧振吸聲器75

4.2.4 二維陣列諧振器76

4.2.5 三維柵格諧振器77

4.2.6 瞬態(tài)響應(yīng)和混響77

4.3 聲學(xué)非線性79

4.3.1 帶(多孔)空腔背襯的穿孔板80

4.3.2 非線性吸收特性82

4.4 流動(dòng)影響83

4.4.1 流致聲阻83

4.4.2 管和孔板的流動(dòng)激勵(lì)84

4.4.3 自由場(chǎng)中掠流動(dòng)時(shí)的諧振器86

4.4.4 管道旁支管諧振器的流體激勵(lì)87

4.5 數(shù)學(xué)補(bǔ)充90

4.5.1 管諧振器的阻抗90

4.5.2 吸收和散射橫截面91

4.5.3 Helmholtz 共鳴器93

4.5.4 三維諧振器陣列94

4.5.5 聲學(xué)非線性，穿孔板95

第5章 剛性多孔材料97

5.1 概述97

5.2 狹縫吸聲器99

5.2.1 輸入阻抗，吸收譜100

5.3 各向同性多孔層，物理參數(shù)105

5.3.1 孔隙率105

5.3.2 流阻和阻抗105

5.3.3 結(jié)構(gòu)因子106

5.3.4 多孔材料質(zhì)量密度106

5.3.5 壓縮率106

5.3.6 討論107

5.4 波的運(yùn)動(dòng)107

5.4.1 傳播常數(shù)107

5.4.2 穿透深度108

5.5 吸收譜109

5.5.1 無限層109

5.5.2 有限層110

5.5.3 例題112

5.5.4 穿孔面影響，非線性和聲致運(yùn)動(dòng)112

5.5.5 多孔層上屏的影響113

5.5.6 非均勻多孔吸聲器114

5.5.7 薄膜吸聲器與均勻多孔層116

5.6 掠流動(dòng)中的折射影響118

5.6.1 視角與發(fā)射角118

5.6.2 邊界層119

5.6.3 對(duì)吸聲的影響121

5.6.4 全反射區(qū)122

5.7 數(shù)學(xué)補(bǔ)充123

5.7.1 狹縫吸聲器123

5.7.2 各向同性多孔層126

5.7.3 互阻抗，單位長度阻抗和復(fù)密度127

5.7.4 傳播常數(shù)和波阻抗128

5.7.5 折射角128

5.7.6 輸入阻抗與導(dǎo)納，吸聲系數(shù)129

5.7.7 穿孔面，非線性和聲致運(yùn)動(dòng)130

5.7.8 各向異性層130

5.7.9 掠流動(dòng)影響131

5.7.10 計(jì)算考慮132

第6章 柔性多孔材料134

6.1 概述134

6.2 耦合波135

6.3 頻散關(guān)系135

6.4 場(chǎng)分布137

6.4.1 壓力和速度場(chǎng)137

6.4.2 耗散函數(shù)138

6.4.3 例子與解釋139

6.5 吸收譜139

6.5.1 引言139

6.5.2 非共振上的吸收峰值139

6.5.3 固貼的穿孔面的影響140

6.5.4 例子141

6.5.5 閉孔多孔材料143

6.6 非線性影響和沖擊波反射143

6.6.1 裝置144

6.6.2 幅度依賴的波速145

6.6.3 柔性多孔層的反射145

6.7 復(fù)彈性模量的測(cè)量147

6.7.1 裝置147

6.7.2 數(shù)據(jù)分析148

6.8 數(shù)學(xué)補(bǔ)充149

6.8.1 松軟材料149

6.8.2 耦合波方程150

6.8.3 壓力和速度場(chǎng)153

6.8.4 吸聲系數(shù)155

第二部分 管道消聲器159

第7章 管道聲學(xué)160

7.1 引言160

7.2 波模態(tài)161

7.2.1 簡(jiǎn)單演示161

7.3 消聲器特性測(cè)量163

7.3.1 衰減163

7.3.2 傳輸損失，TL 和TL0 163

7.3.3 插入損失IL 166

7.3.4 聲級(jí)落差，NR 167

7.3.5 算例167

7.3.6 壓降和流噪聲(自噪聲，SN) 169

7.4 內(nèi)襯管169

7.5 “抗性”消聲器170

7.6 聲學(xué)等效消聲器170

7.7 關(guān)于消聲器測(cè)試的補(bǔ)充解釋171

第8章 內(nèi)襯管道173

8.1 衰減機(jī)理173

8.1.1 管道襯里內(nèi)的衰減173

8.1.2 干擾174

8.2 矩形管道174

8.2.1 本地阻抗襯里174

8.2.2 非本地阻抗襯里177

8.2.3 一個(gè)例子:本地與非本地阻抗襯里比較179

8.2.4 衰減與襯里的流阻180

8.2.5 例子:一種汽車進(jìn)氣消聲器181

8.3 其他管道形狀181

8.3.1 所有面均有襯里的矩形管道182

8.3.2 圓形管道182

8.3.3 比較:圓形和方形襯里管184

8.3.4 環(huán)形管道185

8.4 管道串聯(lián)和并聯(lián)186

8.4.1 串聯(lián)管道186

8.4.2 平行管道，干擾濾波器186

8.5 管道襯里結(jié)構(gòu)187

8.5.1 穿孔面的影響187

8.5.2 管道襯里的柔性影響189

8.5.3 多層襯里189

8.5.4 狹縫襯里190

8.5.5 空間分割的影響190

8.6 高階模態(tài)和流動(dòng)影響191

8.6.1 高階模態(tài)191

8.6.2 對(duì)流193

8.6.3 折射193

8.6.4 比例定律194

8.6.5 管內(nèi)靜態(tài)壓降197

8.7 液體管道線，單元觀點(diǎn)199

8.7.1 有輕微柔性壁面的液體管道線199

8.7.2 空氣層作壁面襯里的液體管道線200

第9章 抗性管道單元202

9.1 均勻管202

9.1.1 源阻抗202

9.2 擴(kuò)張管204

9.2.1 傳輸損失205

9.2.2 插入損失205

9.3 收縮管206

9.3.1 傳輸損失206

9.3.2 插入損失207

9.4 管道內(nèi)的旁支管諧振器207

9.4.1 傳輸損失208

9.4.2 插入損失209

9.5 穿孔板211

9.5.1 均流對(duì)聲阻的影響211

9.5.2 沖擊波與孔板的相互作用214

9.6 湍流管道的聲衰減214

9.6.1 靜態(tài)壓降215

9.6.2 聲衰減215

9.6.3 流聲不穩(wěn)定性216

9.7 非線性衰減216

9.8 關(guān)于進(jìn)氣噪聲217

9.8.1 聲壓和輻射功率217

9.8.2 管阻抗220

9.8.3 輻射功率223

9.8.4 聲學(xué)“增壓” 223

9.8.5 數(shù)值例子224

第10章 數(shù)學(xué)補(bǔ)充和注解225

10.1 8.1 節(jié)的補(bǔ)充225

10.1.1 內(nèi)襯管基本模態(tài)的高頻衰減，平均壓縮率225

10.2 8.2 節(jié)的補(bǔ)充225

10.2.1 本地阻抗襯里225

10.2.2 非本地阻抗襯里229

10.3 8.3 節(jié)的補(bǔ)充，其他類型管道232

10.3.1 所有面有襯里的矩形管232

10.3.2 圓管232

10.3.3 環(huán)形管道234

10.4 8.6 節(jié)的補(bǔ)充，高階模態(tài)和流體流動(dòng)235

10.5 8.7 節(jié)的補(bǔ)充，液體管道線237

10.5.1 具有弱順性壁面的液體管道線237

10.5.2 帶空氣層襯里壁面的液體管道線239

10.6 9.1 節(jié)的補(bǔ)充，均勻管道242

10.7 9.6 節(jié)的補(bǔ)充，湍流管道內(nèi)的衰減243

10.7.1 湍流管道內(nèi)的摩擦因子243

10.7.2 聲學(xué)擾動(dòng)和散射關(guān)系243

10.7.3 與黏熱衰減的比較244

附錄A 傳輸矩陣245

A.1 引言245

A.1.1 變量的選擇245

A.2 矩陣的應(yīng)用246

A.2.1 阻抗246

A.2.2 反射和吸收系數(shù)246

A.2.3 傳輸系數(shù)和傳輸損失247

A.2.4 插入損失249

A.2.5 聲級(jí)落差250

A.3 常用矩陣251

A.3.1 多孔屏251

A.3.2 面積不連續(xù)252

A.3.3 管子單元254

A.3.4 收縮管子區(qū)域，穿孔板255

A.3.5 “擴(kuò)張室”和彎道255

A.3.6 內(nèi)襯管256

A.3.7 旁支管257

A.3.8 旁支Helmholtz 諧振器257

A.3.9 平行通道258

A.3.10 剛性多孔層259

A.3.11 柔性層260

A.3.12 薄多孔板263

附錄B 流阻的測(cè)量264

B.1 穩(wěn)態(tài)流阻的簡(jiǎn)單測(cè)試方法264

B.1.1 運(yùn)動(dòng)方程266

B.1.2 流阻的非線性267

B.2 振蕩流流阻測(cè)量的簡(jiǎn)單方法268

B.2.1 一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果269

B.2.2 其他材料271

B.2.3 一些補(bǔ)充271

附錄C 研究歷史和參考文獻(xiàn):吸聲器273

C.1 吸聲系數(shù)問題273

C.1.1 多孔材料的聲吸收273

C.1.2 所列出版物說明275

C.2 參考文獻(xiàn)列表275

C.2.1 Sound Absorption，Concepts and Analysis 275

C.2.2 Measurements，Methods，and Data 282

C.2.3 Anechoic Wedges and Rooms 292

C.2.4 Resonators and Related Matters 297

C.2.5 “Functional” or “Volume” Absorbers 299

附錄D 研究歷史與參考文獻(xiàn):管道302

D.1 簡(jiǎn)要?dú)v史回顧302

D.2 參考文獻(xiàn)302