PDF《亥姆霍兹消声器自适应控制方法研究》

190 声学技术2019 年 根据消声器的设计基础,为保证控制精度以及 更大的共振频率变化范围,最终确定消声器腔体直 径R=70 mm,腔体高度 h=150 mm,颈部直径 r=4 mm,颈部高度 l=6 mm.为使活塞行程能到达

120 mm ,设计曲柄长度 a=60 mm ,连杆长度 b=200 mm. 由式(1)可以推得: ( )

2 2

1 2 c r f l l R h π = π +? π (4) 式中:R 为腔体半径;

1 h 为腔体活塞原来的高度. 为了方便推导,令:

2 r G l l π = +? (5) 则()2122Gc h S f = π (6) 可以得到活塞所需移动的位移公式: ( )

2 2

1 2

2 2 Gc h h h h S f π (7) 式中:G 为传导率;

S 为腔体的底面积;

2 h 为腔体 活塞移动后的高度. 使曲柄绕动中心点与活塞位于同一水平线,初 始位置为曲柄与连杆共线,行程L 与角位移θ 之间 的关系为 ( ) ( )

2 1 cos

1 1 sin a L a b b θ θ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (8) 所以可得曲柄的角位移θ 与共振频率f 的关系为 ( ) ( )

2 2

1 cos

1 1 sin c G f a S a b b θ θ = π ? ? ?? ? ? ? + ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? (9) 使用Matlab 软件编写计算程序, 通过改变参数 值的大小,得出不同参数对消声器共振频率的影响 小,结果如图3 所示. 由图3(b)可以看出:曲柄在180°内转动可以实 现对共振频率的有效控制,其共振频率范围为 363~961 Hz.

3 消声器声学性能分析 3.1 仿真分析 使用 LMS Virtual.Lab 对所设计的消声器进行 了声学性能仿真.在相同颈部半径、颈部高度及腔 体半径的情况下,分别对腔体高度为

30、

50、

70、

90、110 mm 的消声器进行传递损失仿真.仿真结 果如图4 所示. (a) 腔体高度对共振频率的影响 (b) 曲柄角度对共振频率的影响 图3 不同参数对消声器共振频率的影响 Fig.3 Effects of different parameters on the resonant frequency of muffler 图4 不同腔体高度下消声器传递损失仿真结果 Fig.4 Simulation results of the transmission loss of muffler with different cavity heights 从图4 中可以看出,在颈部半径、颈部高度及 腔体半径不变的情况下,随着腔体高度的增加,共 振频率逐渐减小,共振频率最大为800 Hz,共振频 率最小为390 Hz. 3.2 实验分析 对消声器的声学性能进行测试.测试中的声音 信号为正弦信号,测试频率范围为40~1

315 Hz, 频率步长为5 Hz.为了能够使实验结果与仿真结果 进行比较,保证颈部半径、颈部高度、腔体半径不 第2 期 安君等:亥姆霍兹消声器自适应控制方法研究

191 变,调节活塞的位移,分别对腔体的高度为

30、

50、

70、

90、110 mm 的消声器进行声学性能测试,测 得消声器的性能结果如图5 所示. 图5 不同腔体高度消声器传递损失实验结果 Fig.5 Experimental results of the transmission loss of muffler with different cavity heights 由图5 可知,在颈部半径、颈部高度及腔体半 径不变的情况下,随着腔体高度的增加,共振频率 逐渐减小,与仿真结果一致,共振频率最大为

800 Hz,共振频率最小为390 Hz,降噪量最大可达

24 dB. 腔体高度与消声器共振频率的实验结果与仿 真结果的对比如图6 所示.从图6 可以看出,随着 腔体高度的增加(腔体体积增大),消声器的共振频 率减小.这与理论是相符的,可以得出实验误差最 图6 消声器实验结果与仿真结果对比 Fig.6 Comparison between experimental and simulation results of muffler 大为7.5%,最小为1.3%,为自适应降噪提供了可 能与依据.