潔凈室消聲器的設計與測試

葛亞輝，胡立峰，張恒

（上海申華聲學裝備有限公司，上海 201709）

1 問題的提出

一臺置于潔凈房間的空氣凈化器，要求設備噪聲小于60dB（A），而設備風機噪聲約74dB（A），噪聲要降低14dB（A）以上。由于設備空間的限制，消聲器不能太長，因此將消聲器分為兩段，各成兩個獨立的消聲器。由于潔凈房間不能引入任何粉塵、纖維，因此所有含纖維的阻性吸聲材料都不能使用。此外，抗性共振式消聲結構的消聲頻率帶寬較窄，難以應對風機這類寬頻噪聲源。

常用的設計公式成熟的方案被排除后，微穿孔板成了備選的第一方案。目前由于微穿孔板的規格及性能指標（例如吸聲系數、半吸收帶寬）之間的關系尚缺乏定量的參數，因此該潔凈室消聲器的設計對其他降噪工程有一定的參考價值。

2 初次設計方案

該風機的風量為600m3/h，相當于0.17m3/s。為降低次聲噪聲，選用較低的進出口風速，即均小于3m/s。基于現場的條件，消聲器采用400mm×400mm的方形結構，長度為800mm，內部結構見圖1。

圖1顯示了400mm×400mm結構在軸向被分割成4個100mm×400mm的獨立單元，四周是1mm厚的鍍鋅鋼板，內壁均涂敷2mm的阻尼層，從壁向內25mm處是0.5mm微穿孔板（實際深度僅23mm），內壁平整。壁和穿孔板之間每0.4m有支撐。

圖1 分割后消聲器示意圖

通風面積是4個350mm×50mm的通道，使用風速2.38m/s。該消聲器的腔深23mm、板厚0.5mm、孔徑0.3～0.5mm、穿孔率2%。

轉換接頭與測試設備連接，連接處應光滑密封，既不能漏風，又要盡量減小次聲噪聲。

測試設備包括兩通道數據分析模塊29400001，聲校準器27800001，傳聲器前置放大器28900001，工作標準傳聲器28900003，數據采集儀25900001，數字式壓力計25900002和卷尺。測試在聲學實驗室進行，采用《聲學消聲器測量方法》（GB/T 4760—1995）進行測試。測試結果見表1，消聲量頻譜曲線見圖2。

由表1可知，該消聲器總的消聲量約4dB（A），隨風速從0m/s升至12m/s，消聲效果略有上升。由圖1可見，中低頻區的消聲量小于5dB（A），高頻段插入損失的峰值約在2000Hz可達20dB（A），但4000Hz之后的消聲量降低至5dB（A）以下。此消聲器的消聲帶寬在高頻段的較窄部分，并不能滿足潔凈房間對設備的消聲要求。

圖2 400mm×400mm×800mm消聲器消聲量頻譜曲線

3 改進

3.1 第一次改進

因消聲效果未達到預期要求，在總的結構尺寸不變的情況下，對通道結構進行調整，增加了微穿孔板后面的空腔深度到34mm，使其將4通道調整為3通道，總截面由4個100mm×400mm的通道改成3個133mm×400mm的通道，如圖3所示，材料和加工工藝同前。

通過計算，該2臺消聲器可通過的風速提高到了2.78m/s。圖3（a）消聲量測結果見表2；圖3（b）消聲量測結果見表3；消聲量頻譜曲線見圖4、圖5。

由表2可知，該消聲器總的消聲量約11dB（A）。從圖4中可看出，中低頻的消聲量在5～10dB（A），高頻段消聲量都大于10dB（A），同時插入損失的峰值在1600Hz左右可達21dB（A），此消聲器在高頻段的消聲量有較高的消聲效果。

圖3 第一次改進后的消聲器示意圖

圖4 400mm×400mm×679mm消聲器消聲量頻譜曲線

表1 400mm×400mm×800mm消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計權插入損失DA

表2 400mm×400mm×718mm消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計權插入損失DA

圖5 400mm×400mm×718mm消聲器消聲量頻譜曲線

通過表3和圖5可看出，該消聲器總的消聲量約為13dB（A），消聲量在中低頻消聲5～10dB（A），高頻段消聲峰值與400mm×400mm×679mm消聲器同樣在1600Hz，高頻段的消聲整體在10dB（A）以上。

通過第一次的改進可看出，消聲器的消聲效果提高到11dB（A）以上，由于400mm×400mm×718mm消聲器比400mm×400mm×679mm消聲器的長度稍長，導致前者A計權插入損失DA比后者高出2dB（A）左右。此消聲器雖然在整個高頻帶寬內有較高的消聲量，但依舊不能滿足潔凈房間對設備的消聲要求14dB（A）。

3.2 第二次改進

首次的改進結果在高頻段有較大改進，但中低頻段的消聲量依然較低。結構尺寸不變，再次對通道結構進行了調整，雙層微穿孔板采用雙層結構，第一層板厚0.5mm，孔徑0.5mm，穿孔率2%；距第一層24mm處設置第二層板厚0.8mm，孔徑0.8mm，穿孔率1%，其后設置36mm空腔，前后空腔深度比為2︰3。使其將4通道調整為2通道，總截面由3個133mm×400mm的通道改成2個通道，如圖6所示，材料和加工工藝同前。

圖6 第二次改進后的消聲器示意圖

由于通過此消聲器的通道面積變小，最高風速升至4.41m/s。測試結果見表4，消聲量頻譜曲線見圖7。由表4可見，該消聲器總的消聲量約為19dB（A）。由圖7可見，低頻區的消聲量在5～10dB（A），在整個高頻帶寬內消聲量在15dB（A）以上，在中頻段500Hz以上，消聲量在15dB（A）以上。

圖7 第二次改進后的消聲器消聲量頻譜曲線

4 性能比較

如圖8所示，三次設計的消聲器的吸收峰隨微穿孔板的背后空腔深度的增加，依次向低頻移動，由2000Hz降至1000Hz附近。消聲量由最初的5dB（A）以下上升到19dB（A）以上，吸收壓力提高了4倍。

圖8 各消聲器平均消聲量頻譜曲線

從圖8消聲量與頻率的關系曲線可看出，初次設計的消聲器的半吸收寬帶1600～2500Hz，約900Hz；首次改進對應的消聲器的吸收帶寬都是從1000Hz到5000Hz以上，約4000Hz以上；對應的消聲器的吸收帶寬400～5000Hz，跨越了整個高頻和半個中頻的帶寬。該半吸收寬帶反映了消聲器在使用中的適應性，廣譜的消聲器有更大的使用空間。

該三批次的消聲器結構上的不同僅在于腔深的不同，前者是23mm，后者是34mm，由于外觀完全一致，因而通風風道的總截面積由0.070m2降到0.060m2，風道阻力略有增加，僅提高了腔深11mm，使得消聲器的能力和品質有大的提升，也指出了性能進一步提高的方向。

5 結論

通過對該潔凈房間的空氣凈化器噪聲的消聲器設計與測試，從中可發現，在狹窄空間，消聲器的可消聲長度尺寸縮短的情況下，設計采用雙層微穿孔板消聲器，不僅在體積上進行縮小，且在性能上消聲效果從單層微穿孔消聲器在高頻區消聲跨越到了整個高頻和半個中頻的帶寬。

表3 400mm×400mm×718mm消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計權插入損失DA

表4 400mm×400mm×800mm雙層微穿孔板消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計權插入損失DA