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Herschel-Quincke管

Herschel-Quincke管

Herschel-Quincke Tube,中文译为赫歇尔-昆克管,简称HQ管,也称之为1/2波长管。其形状如下图所示,HQ管也是消声元件的一种。Herschel在1833年首次提出了HQ管的声学理论设想,即当声音沿着一个管进入并穿过两个不同长度的管道(两管道的长度差为声波波长\lambda /2整奇数倍),一路继续在主管传播,另外一路沿着支管传播,声波在管系下游交汇处相遇,因反相干涉现象会使得声音减弱或消失;Quincke由1886年用实验验证了Herschel设想的正确性,因此该消声元件也就被正式命名为Herschel-Quincke管

hq tube_wm

Herschel-Quincke管声学计算:

HQ管有两个消声频率,一个是由两管长度之差引起的消声频率{f_d},一个是由两管之和引起的消声频率{f_s},其计算公式如下所示:

{f_d} = \frac{c}{{2(L - D)}}{f_s} = \frac{c}{{2(L + D)}}

对于第一个消声频率{f_d}而言,其管道长度之差为声波波长的一半,即hq tube2

L - D = \frac{1}{2}\lambda

因此也是称HQ管为1/2波长管的由来,其传递损失计算公式如下:

TL = 20{\log _{10}}\left| { - \left( {\frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}{\alpha _2} + \frac{{{A_3}}}{{{A_1}}}{\alpha _3}} \right)} \right. + {\frac{{{{\left( {1 + \frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}{\phi _2} + \frac{{{A_3}}}{{{A_1}}}{\phi _3}} \right)}^2}}}{{4\left( {\frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}{\alpha _2} + \frac{{{A_3}}}{{{A_1}}}{\alpha _3}} \right)}}}

其中:

{\alpha _2} = \frac{{{e^{ - ik{L_2}}}}}{{1 - {e^{ - 2ik{L_2}}}}}{\alpha _3} = \frac{{{e^{ - ik{L_3}}}}}{{1 - {e^{ - 2ik{L_3}}}}}

{\phi _2} = \frac{{1 + {e^{ - 2ik{L_2}}}}}{{1 - {e^{ - 2ik{L_2}}}}}{\phi _3} = \frac{{1 + {e^{ - 2ik{L_3}}}}}{{1 - {e^{ - 2ik{L_3}}}}}

HQ管消声结构简单,尽管消声频段窄但是消声效果非常显著,因此已经被大量应用于航空、航天领域,如下图所示就是一个被应用于涡轮发动机的HQ消声装置。而在汽车NVH领域则主要应于与发动机进气系统的声学控制。

 

hq tube3

图片来源:Lib.vt.edu

更多NVH相关术语解释参见: NVH百科

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