近年來，歐盟對(duì)道路車輛的噪聲排放實(shí)施了更嚴(yán)格的限制。在這些限制下，消聲器設(shè)計(jì)者必須創(chuàng)造更有效的方法來開發(fā)和評(píng)估設(shè)計(jì)的消聲器的性能。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文分享了一種預(yù)測(cè)消聲器設(shè)計(jì)中外部噪聲的新方法。

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一篇以前的文章通過列出COMSOLMultiphysics?軟件中使用汽車消聲器幾何結(jié)構(gòu)的例子顯示了結(jié)構(gòu)效應(yīng)在純聲學(xué)模型中的影響，其中建立了純壓力聲學(xué)消聲器模型和多物理場(chǎng)模型，比較了兩種模型的傳輸損失預(yù)測(cè)值的影響。

圖1。消聲器模型包含在聲學(xué)領(lǐng)域，周圍是完美的匹配層。

我們擴(kuò)展了消聲器模型的聲學(xué)結(jié)構(gòu)耦合，以評(píng)估消聲器對(duì)周圍環(huán)境的聲學(xué)泄漏。為了便于評(píng)估，我們?cè)黾恿?的半徑.35m，長度為1.4m環(huán)繞消聲器的圓柱形聲學(xué)域，位于消聲器中心的中心(如圖1所示)。厚度為50mm外部域?qū)涌梢远x完美匹配層（perfectlymatchedlayer，簡稱PML），這種完美層代表非反射條件。

在COMSOLMultiphysics?模擬消聲器設(shè)計(jì)

消聲器的幾何結(jié)構(gòu)保留了前一項(xiàng)研究的幾何外觀，在消聲器的幾何結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的材料屬性和邊界條件也保持不變。因此，通過聲學(xué)領(lǐng)域的消聲器的拉伸入口和出口管段的表面被模擬為硬聲場(chǎng)邊界，如下圖所示。平面波輻射邊界條件應(yīng)用于管道的兩端，1應(yīng)用于消聲器的入口表面Pa入射平面波。有關(guān)示意圖，請(qǐng)參見圖2。

圖2。顯示消聲器模型的邊界條件。

聲學(xué)域采用20°C建模環(huán)境溫度下空氣的聲學(xué)特性。這些特性與消聲器中空氣的聲學(xué)特性一致。

平面波輻射條件對(duì)所有輸出壓力波（小化反射）引入人工阻尼，因此復(fù)制了無界或無界“無限”管道。在以前的研究中，相同的網(wǎng)格尺寸設(shè)置被定義并應(yīng)用于消聲器的幾何結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用于消聲器和研究的聲學(xué)領(lǐng)域。PML用六個(gè)單元掃描整個(gè)區(qū)域的厚度。聲-殼多物理場(chǎng)耦合的設(shè)置與之前的研究相似。

傳輸損耗定義

傳輸損耗是衡量消聲器性能的良好指標(biāo)。在之前的研究中，從消聲器入口到出口的傳輸損耗TL定義為：

其中，Pin是消聲器入口處的聲功率，Pout消聲器出口處的聲功率。

對(duì)于當(dāng)前模型，從消聲器入口到目標(biāo)消聲器出口的傳輸損失，以及從消聲器入口到聲學(xué)領(lǐng)域邊界的傳輸損失對(duì)于評(píng)估非常重要（圖3顯示了這些邊界）。后者提供了一種評(píng)估消聲器向周圍環(huán)境聲音泄漏的方法。輻射功率通過外部物理表面（PML積分獲得內(nèi)部聲強(qiáng)。

圖3。消聲器模型和聲學(xué)領(lǐng)域。圖中顯示了傳輸損耗計(jì)算中包含的邊界。

消聲器傳輸損失模擬結(jié)果的比較

目前的模型是針對(duì)10到750的Hz頻率范圍和1mm諧波分析的外殼厚度。下圖4包含了傳輸損耗曲線（橙色點(diǎn)線和灰色虛線）和本研究中計(jì)算的傳輸損耗曲線（橙色實(shí)線）。

圖4.殼厚為1mm從消聲器入口到出口的傳輸損耗。

正如預(yù)期的那樣，灰色虛線與橙色實(shí)線非常一致，微小的差異是預(yù)期的，這是由外殼兩側(cè)的空氣造成的。計(jì)算結(jié)果是從消聲器入口到消聲器出口的傳輸損失。這兩個(gè)模型之間的區(qū)別是，本研究的模型包含聲學(xué)領(lǐng)域。這表明，與周圍空氣域的耦合本質(zhì)上是單向的。消聲器上的外部空氣負(fù)載不會(huì)顯著影響傳輸損耗。如果外部聲學(xué)領(lǐng)域更硬或更重，它將對(duì)傳輸損耗產(chǎn)生更大的影響。圖5顯示了本研究中計(jì)算的兩種傳輸損耗。

圖5。從消聲器入口到出口的傳輸損耗與從消聲器入口到聲學(xué)域邊界的傳輸損耗進(jìn)行比較。

值得注意的是，在10Hz在計(jì)算頻率下，從消聲器入口到聲學(xué)邊界的傳輸損耗曲線(灰色實(shí)線)達(dá)到峰值，低于100Hz在頻率范圍內(nèi)繼續(xù)保持較高的傳輸損耗，這意味著在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，泄漏到周圍區(qū)域的聲音比計(jì)算頻率范圍的其余部分要少。

但從圖5所示的橙色實(shí)線可以看出，消聲器的性能在100以下Hz與計(jì)算頻率范圍的其余部分相比，傳輸損耗非常低。這表明，當(dāng)聲音通過消聲器時(shí)，沒有太多的衰減，也沒有對(duì)消聲器外殼的過度激勵(lì)，導(dǎo)致向周圍區(qū)域的聲音發(fā)射非常低。

灰色實(shí)線在172Hz和342Hz頻率急劇傾斜，在之前的研究中，這兩個(gè)位置出現(xiàn)了外殼特征模式。因此，在這兩個(gè)頻率下，更多的聲音傳輸?shù)街車鷧^(qū)域，尤其是342Hz其中，灰色實(shí)線的傳輸損耗低于橙色實(shí)線的傳輸損耗。這實(shí)際上表明，更多的聲音被發(fā)射到周圍的聲學(xué)領(lǐng)域，而不是通過消聲器出口。

386出現(xiàn)了第三處灰色實(shí)線的明顯下降Hz在之前的研究中，這里出現(xiàn)了聲特征頻率。值得注意的是，在386Hz下面，從消聲器入口到消聲器出口幾乎沒有傳輸損失。橙色曲線在y=在0軸附近傾斜，但灰色曲線在386Hz傳輸損失仍高于342Hz傳輸損耗。這意味著386Hz諧振模式為諧振模式，空氣在消聲器腔內(nèi)來回振蕩，不會(huì)對(duì)消聲器消聲器外殼，也不會(huì)導(dǎo)致周圍環(huán)境發(fā)出更多聲音。

關(guān)注兩個(gè)下降位置的灰色實(shí)線(172)Hz處和386Hz為了更好地了解這兩種特征模式如何影響消聲器輻射的聲音，我們創(chuàng)建了一半的聲學(xué)領(lǐng)域（soundpressurelevel，簡稱SPL）等值面圖，如下圖6所示。

圖6.計(jì)算模型172Hz（左）和386Hz(右)下表面圖和體積圖。

172顯示在左Hz在殼體模式下，消聲器殼體的總位移和聲學(xué)領(lǐng)域SPL的等值面。172Hz消聲器腔的兩個(gè)短端出現(xiàn)了的殼體位移，這導(dǎo)致了幾乎對(duì)稱的z軸SPL分布。右邊是聲學(xué)領(lǐng)域SPL等值面和386Hz諧振模式下消聲器內(nèi)部的空氣SPL圖。從圖中可以清楚地看到，消聲器中的空氣來回振蕩，產(chǎn)生駐波。因?yàn)橄暺鞯挠叶薙PL較高，消聲器內(nèi)的駐波在z軸周圍的聲學(xué)區(qū)域產(chǎn)生不均勻的聲音發(fā)射。

特征頻率研究僅指存在特征模式的頻率。為了確定特定特征模式下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，我們需要進(jìn)行諧波分析，以確定消聲器中空氣在相關(guān)特征頻率下的特征或聲學(xué)模式與殼體模式之間的相互作用，從而生成傳輸損耗曲線。從消聲器入口到消聲器出口的傳輸損耗可以滿足這一需求。此外，新定義的從消聲器入口到聲學(xué)區(qū)域邊界的傳輸損耗使人們更深入地了解消聲器的性能，通過預(yù)測(cè)泄漏到周圍空氣中的聲音。

思考消聲器設(shè)計(jì)中的聲發(fā)射預(yù)測(cè)

本文將消聲器模型耦合到周圍的聲學(xué)領(lǐng)域，本文的研究推動(dòng)了前一篇文章中的研究，并描述了評(píng)估消聲器性能的新數(shù)量，即從消聲器入口到周圍環(huán)境的傳輸損失。這里描述的新技術(shù)使消聲器設(shè)計(jì)者能夠更好地預(yù)測(cè)外部噪聲的產(chǎn)生，從而滿足強(qiáng)制性噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)。

請(qǐng)注意，除了簡單地改變外殼的厚度外，您還可以通過其他方式進(jìn)行外殼強(qiáng)化分析。另一種分析外殼剛度的方法是通過模壓改變外殼的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后將模壓后外殼的性能與加工前消聲器幾何結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行比較。