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1、LMS用戶大會汽車排氣低頻噪聲的優(yōu)化吳仍廣鐘誠才明嵩┊┊（上海紅湖消聲器廠）┊【摘要】低頻成分的噪聲是排氣噪聲的主要特征，能否降低排氣低頻噪聲成為衡量消聲器聲學(xué)特性的重要指標。┊通過分析排氣低頻噪聲的產(chǎn)生機理和傳播特性，提出了評判消聲器低頻消聲特性的試驗方法，并以實際工程問題┊為例，對轎車匹配的消聲器進行CAE優(yōu)化、試驗篩選和結(jié)果驗證。┊【關(guān)鍵詞】低頻噪聲、消聲器、傳遞損失、噪聲測試┊┊引言┊┊汽車工業(yè)和城市化的快速發(fā)展，給人們帶來便捷的同時也帶來了煩惱，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料顯示，┊以汽車噪聲為主的交通噪聲污染占城市環(huán)境噪
2、聲污染的75％。汽車是一個包括多種噪聲源的綜合┊[1]噪聲源，研究表明排氣噪聲是汽車的主要噪聲源之一，而這其中又以排氣低頻噪聲對人們的影┊響最大。裝┊本文主要研究的內(nèi)容：分析排氣低頻噪聲產(chǎn)生機理和特征，提出合理的測試和控制方法，并┊以實際工程問題為例，進行CAE優(yōu)化和試驗驗證。┊┊┊1排氣低頻噪聲特征訂┊┊1.1排氣低頻噪聲的產(chǎn)生機理和影響┊┊[2]┊排氣噪聲包括空氣動力噪聲、沖擊噪聲、結(jié)構(gòu)輻射噪聲和氣流摩擦噪聲。排氣低頻噪聲主線要源于空氣動力噪聲，而空氣動力噪聲是由發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時排氣閥門周期性的開閉所產(chǎn)生的壓力┊脈
3、沖激發(fā)氣流而產(chǎn)生的，并在排氣系統(tǒng)各個部件中傳播，最終在排氣尾管口與高頻的氣流摩擦噪┊聲一起向外輻射。┊[3]排氣低頻噪聲對車內(nèi)、車外噪聲的力度、轟鳴、煩惱等主觀聽覺感知特征產(chǎn)生重要影響。┊對車內(nèi)噪聲來說，主要是降低300Hz以下的低頻噪聲在耳膜處產(chǎn)生的轟鳴感受，作為與車匹配的┊排氣系統(tǒng)除了掛鉤將結(jié)構(gòu)噪聲傳遞到車內(nèi)產(chǎn)生轟鳴外，排氣尾管口的低頻空氣聲透過車體傳入車┊內(nèi)同樣有很大貢獻。理論上，隔聲頻率特性曲線在質(zhì)量控制區(qū)其上升的斜率為6dB/倍頻程，即車┊體對低頻的隔聲要比高頻差。當要增加低頻處的隔聲量，需滿足隔聲“質(zhì)量定
4、律”，即要增加重┊量，這與目前汽車輕量化設(shè)計的主流理念背離。對車外噪聲而言，特別是怠速及發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)┊[4]時，低頻轟鳴感為主要噪聲感知特征。由經(jīng)典的斯托克斯-克?；舴蚵曃展剑障禂?shù)與頻┊率的平方成正比，即排氣低頻聲波在空氣中可以傳很遠的距離，這將在較大范圍內(nèi)影響到外部聲┊場環(huán)境。┊┊共4頁第1頁LMS用戶大會1.2排氣低頻噪聲的特征聲波導(dǎo)管理論表明：如果希望在聲管中獲得比較純凈的平面聲場，那么聲源的頻率不僅要比[4]聲管的截至頻率低，而且還要低得更多些，低得愈多在管中獲得純凈的平面聲場的區(qū)域愈大。┊c圓柱形
5、聲波導(dǎo)管的截至頻率可以表示為：f=.184;c為聲速；d為圓管直徑。因此，對于汽┊cπd┊車用排氣系統(tǒng)，其排氣低頻遠低于管道的截至頻率，即可以認為在排氣系統(tǒng)直管道中只存在平面┊波，其聲學(xué)特性可以用傳遞波的聲壓p和體積速度q兩個變量進行描述，并在頻域上用一個線性矩┊陣T將a、b兩種狀態(tài)聯(lián)系起來。（如圖1所示.）┊┊┊┊a(chǎn)b┊paT?pb??pa?┊qpb??=T???aqq┊qb?b??a?┊裝┊圖1.直管道中平面波的聲學(xué)量描述┊排氣低頻噪聲控制的最有效的措施是安裝設(shè)計合理的消聲器。用于低頻消聲的消聲器可以包┊含擴張腔
6、、赫姆霍茲共振腔、1/4波長管、小孔共振等其中一個或幾個消聲元件。通過四端網(wǎng)絡(luò)┊法聯(lián)立各個消聲元件的傳遞矩陣，可以獲得消聲器入口端(in)與出氣端(0)的聲學(xué)關(guān)系。（如圖2所┊示）訂┊┊pinp?pin??p0?┊T1T2...Tn0??=T1?T2LTn???qqq?in??0?┊inq0┊線┊圖2消聲器入口端與出氣端的聲學(xué)量描述┊消聲器是否有效地消除了排氣低頻噪聲，可以通過發(fā)動機臺架試驗或整車試驗測量尾管噪聲[5]┊進行評判。同樣的可以用傳遞損失來單獨評價消聲器的低頻聲學(xué)性能，以驗證排氣低頻的消聲┊效果，為前期聲
7、學(xué)設(shè)計進行方案篩選提供很好的方法。后文實例分析與驗證一方面借助于LMS┊SYSNOISE優(yōu)化原消聲器結(jié)構(gòu)，另一方面通過傳遞損失試驗對幾套效果較好的方案進行篩選，最┊終通過整車低噪轉(zhuǎn)鼓試驗測量尾管噪聲進行驗證。┊┊2實例分析與驗證┊┊┊2.1問題陳述┊┊本文分析與驗證是基于國內(nèi)某款轎車。其問題表現(xiàn)為，車輛怠速以及低轉(zhuǎn)速加速時車外噪聲偏大，且轟鳴感較強。經(jīng)噪聲源識別發(fā)現(xiàn)排氣噪聲貢獻量最大，且低頻為主要排氣噪聲成分。通過對原主消聲器進行傳遞損失試驗，發(fā)現(xiàn)其在200Hz以下低頻的消聲效果較差。為此，本文優(yōu)化主要是為提高主消聲
8、器的低頻消聲效果。共4頁第2頁LMS用戶大會2.2計算分析與方案篩選利用Sysnoise中邊界元方法對消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化（圖3.），獲得幾套低頻消聲效果較好的方案，并對其進行實物樣件試制。經(jīng)比較傳遞損失試驗結(jié)果（圖4.），方案二（K2）在200Hz┊以下其傳遞損失值比原消聲器平均高出約6dB，于是篩選出方案二進行整車低噪轉(zhuǎn)鼓試驗，以驗┊證改
