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管道声学

管道声学

管道声学,英文Duct Acoustic。当声音沿着管路传播时,会表现出其不同于在开阔空间的传播特性,而对中管路中的声音特性研究,即为管道声学。在汽车整车开发中,管道被广泛应用,无论进排气气系统中的管道,到空调系统的导流管,甚至一些其他应用的管路。在设计管道时,尤其是进排气系统的管道时,需要考虑到其固有模态的影响,以避免共振现象出现。

管道声学基本理论

声音从管道的入口段传播开来,传递到管道末端,管道末端通常有两种情况,一种是开口的,如进气系统的进气口,排气系统的排气口等;另一种是闭口的,如四分之一波长管。

1、 开口-闭口管道

如下图所示为一简单的开口-开口管路示意图,声音在管道中自左向右传播,当声波到达右侧的刚性封闭端后,声波被全部反弹回来。

open close pipe

对于圆柱形的管道,其理论固有频率为:

f = \frac{{(2n - 1)c}}{{4L}}

当n=1,2,3,…时,分别对应着管道的第1阶、第2阶、第3阶、……第n阶次频率。

而其管道长度与波长的关系为:

L = \frac{{(2n - 1)}}{4}\lambda

对于未修正的管道声压,其前三阶固有模态及长度与波长关系如下图所示。

closed open pipe mode

2、开口-开口管道

如下图所示为一简单的开口-开口管路示意图,声音在管道中自左向右传播,当声波到达右侧进入大气时,声音与大气发生声耦合,一部分声波会因辐射声阻抗反射回来。

open open pipe

对于圆柱形的管道,其理论固有频率为:

f = \frac{{(2n - 1)c}}{{2L}}

当n=1,2,3,…时,分别对应着管道的第1阶、第2阶、第3阶、……第n阶次频率。

而其管道长度与波长的关系为:

L = \frac{{(2n - 1)}}{2}\lambda

对于未修正的管道声压,其前三阶固有模态及长度与波长关系如下图所示。

open-open mode

管道声学在汽车NVH中的应用

管道声学理论主要应用在汽车管道,尤其是汽车进排气管道的设计中,比如汽车进气系统中的1/4之波长管,实际上就是一段开口,一段闭口的管道,长度刚好是波长的1/4。而对于开口-开口的管道分析多出现在汽车排气系统中,比如排气管长度的设计。当排气系统存在某频段的共振现象出现时,这时可以通过加长或者缩短排气管的长度来消弱或者消除该共振频率。

参考:

更多NVH相关术语解释参见:NVH术语

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