如图5-1所示,假设消声单元出口为无反射端,传递损失为消声单元进口入射声功率级和末端投射声功率级之差。
图5-1 消声单元传递损失
当管道内声波为一维平面波时,入射声功率Wi和透射声功率Wt可表示为
式中 Ii,pi——消声单元进口入射声强和声压;
It,pt——消声单元出口投射声强和声压;
S1,ρ1,c1——消声器进口的横截面积、介质密度和声速;
S2,ρ2,c2——消声器出口的横截面积、介质密度和声速。
因此,消声单元的传递损失TL也可表示为
如果消声单元进口与出口介质相同,温度相同,横截面积也相同,式(5-3)可简化为
管道声学单元进口的声压p1和质点振速u1可以由末端的声压p2和质点振速u2表示,并可以写成矩阵关系式
式中,[T]即为进口和末端声学参数的传递矩阵,由A、B、C和D四极参数组成。进出口的声压和质点振速可用入射、反射和透射声压来表示
p1=pi+pr(5-6)
p2=pt(5-7)
ui=(pi—pr)(5-8)
u2=(5-9)
由式(5-6)—式(5-9)代入式(5-5),可得
2pi=(A+B+C+D)pt(5-10)
将式(5-10)代入式(5-3),得到
如果消声单元进出口温度相同,介质相同,截面积也相同,则式(5-11)可化简为
TL=20lg( |A+B+C+D|)(5-12)
所以,求解消声器单元的传递损失,可以通过建立进出口声学参数的传递矩阵,并且传递矩阵仅与消声单元本体有关,与声源和出口辐射阻抗无关。
对于多腔消声器而言,可以将其看作由多个消声单元连接组成。在线性声学范畴,沿着管道轴向各消声单元的状态变量线性相关。多腔消声器如果由N个声学单元组成,而且每个单元的传递矩阵都已知,则消声器的进出口声压和质点振速的关系式即为[29]
因此,可将组成多腔消声器的各个消声元件的传递矩阵连乘,得到总传递矩阵。多腔消声器的总传递矩阵[Tt]为
结合式(5-11)和式(5-14),可得多腔消声器的传递损失TLt为
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