近年來，歐盟對道路車輛的噪聲排放實施了更嚴格的限制。在這些限制下，消聲器設(shè)計者必須創(chuàng)造更有效的方法來開發(fā)和評估設(shè)計的消聲器的性能。為了實現(xiàn)這一目標，本文分享了一種預測消聲器設(shè)計中外部噪聲的新方法。

建模基于以前的消聲器模型

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)效應在純聲學模型中的影響，其中建立了純壓力聲學消聲器模型和多物理場模型，比較了兩種模型的傳輸損失預測值的影響。

圖1。消聲器模型包含在聲學領(lǐng)域，周圍是完美的匹配層。

我們擴展了消聲器模型的聲學結(jié)構(gòu)耦合，以評估消聲器對周圍環(huán)境的聲學泄漏。為了便于評估，我們增加了0的半徑.35m，長度為1.4m環(huán)繞消聲器的圓柱形聲學域，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

消聲器的幾何結(jié)構(gòu)保留了前一項研究的幾何外觀，在消聲器的幾何結(jié)構(gòu)中應用的材料屬性和邊界條件也保持不變。因此，通過聲學領(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邊界，如下圖所示。平面波輻射邊界條件應用于管道的兩端，1應用于消聲器的入口表面Pa入射平面波。有關(guān)示意圖，請參見圖2。

圖2。顯示消聲器模型的邊界條件。

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

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

對于當前模型，從消聲器入口到目標消聲器出口的傳輸損失，以及從消聲器入口到聲學領(lǐng)域邊界的傳輸損失對于評估非常重要（圖3顯示了這些邊界）。后者提供了一種評估消聲器向周圍環(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。

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

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（橙色點線和灰色虛線）和本研究中計算的傳輸損耗曲線（橙色實線）。

圖4.殼厚為1mm從消聲器入口到出口的傳輸損耗。

正如預期的那樣，灰色虛線與橙色實線非常一致，微小的差異是預期的，這是由外殼兩側(cè)的空氣造成的。計算結(jié)果是從消聲器入口到消聲器出口的傳輸損失。這兩個模型之間的區(qū)別是，本研究的模型包含聲學領(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載不會顯著影響傳輸損耗。如果外部聲學領(lǐng)域更硬或更重，它將對傳輸損耗產(chǎn)生更大的影響。圖5顯示了本研究中計算的兩種傳輸損耗。

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域邊界的傳輸損耗進行比較。

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

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

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

386出現(xiàn)了第三處灰色實線的明顯下降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，不會對消聲器消聲器外殼，也不會導致周圍環(huán)境發(fā)出更多聲音。

關(guān)注兩個下降位置的灰色實線(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)建了一半的聲學領(lǐng)域（soundpressurelevel，簡稱SPL）等值面圖，如下圖6所示。

圖6.計算模型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領(lǐng)域SPL的等值面。172Hz消聲器腔的兩個短端出現(xiàn)了的殼體位移，這導致了幾乎對稱的z軸SPL分布。右邊是聲學領(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。因為消聲器的右端SPL較高，消聲器內(nèi)的駐波在z軸周圍的聲學區(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，我們需要進行諧波分析，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，通過預測泄漏到周圍空氣中的聲音。

思考消聲器設(shè)計中的聲發(fā)射預測

本文將消聲器模型耦合到周圍的聲學領(lǐng)域，本文的研究推動了前一篇文章中的研究，并描述了評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)計者能夠更好地預測外部噪聲的產(chǎn)生，從而滿足強制性噪聲排放標準。

請注意，除了簡單地改變外殼的厚度外，您還可以通過其他方式進行外殼強化分析。另一種分析外殼剛度的方法是通過模壓改變外殼的拓撲結(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)的性能進行比較。