15 2019-10

消音器基本原理：排氣聲浪調節都靠它

消聲器是指對于同時具有噪聲傳播的氣流管道，可以用附有吸聲襯里的管道及彎頭或利用截面積突然改變及其他聲阻抗不連續的管道等降噪器件，使管道內噪聲得到衰減或反射回去。

　　說起聲浪就要說明它產生的機理：我們需要對聲音做個簡單的介紹。

　　聲音的三大要素是：聲源、傳播和接收。傳播靠的是媒質，例如空氣、水和鋼管等物質;聲源是激發媒質振動的物體，例如排氣聲浪是發動機排出尾氣，尾氣在排氣管內振動而產生的;而人耳是一種接收裝置。

　　媒質振動會產生分子的稀疏區和稠密區，這就是常說的聲波(和水波類似)。相鄰的分子稠密區(或稀疏區，可以把手放在消音器出口段會感到壓力是間斷增大和減小的，大的即稠密區，小的即稀疏區)距離的長短決定了聲波的頻率，此距離越長，聲音頻率越低(低音)，此距離越短，聲音頻率越高(高音)。在GT分析中排氣噪聲頻率時一般不超過1000赫茲(噪音頻率超過1000赫茲GT的精度會有所下降)，其中低于100赫茲的部分可認為是低音，100至300赫茲可認為是中音，高于300赫茲屬于高音，這和正常的音樂低中高音劃分是不一樣的。聲音的大小用分貝來表示。人正常講話的聲音大約為60~70分貝，F1賽車的聲音可達100~110分貝。

　　噪音產生的原因

　　首先來了解發動機是如何工作的，常見的四沖程發動機有四個工作環節：“1-進氣”、“2-壓縮”、“3-點火”和“4-排氣”，相鄰的兩次排氣過程中間間隔著另外3個工作環節，所以排氣管內的氣體壓力是不連續的，而不連續的氣體壓力產生導致了氣體分子的稀疏區和稠密區，這和前面講到的聲音產生機理一樣，排氣聲浪就是這樣由發動機尾氣周期性排出產生的。

　　排氣聲浪的特點

　　排氣聲浪分為兩部分：一部分是和發動機周期性旋轉相關的，稱為階次聲;另一部分是尾氣流動然后排放到空氣中產生的咝咝聲，稱為氣流聲，改裝排氣追求的迷人聲浪均為階次聲。為了突出階次聲，需要降低氣流聲，通常采取的辦法是使用吸音棉吸聲和將排氣尾管加粗，降低尾氣的流動速度，從而降低氣流聲。

　　階次聲又可分為很多部分，根據發動機缸數的不同，階次聲名稱也不同，如4缸機對應的為2階、4階和6階等，6缸機分為3階、6階和9階等。專業的排氣聲浪設計通常會將排氣聲通過專業設備錄下來并進行分析，得到彩色頻譜圖。

　　如何控制排氣聲浪

　　排氣聲浪的調節主要靠消聲器來完成。按工作原理來劃分，消聲器可分為阻性、抗性和復合型。

　　阻性消聲器：工作原理為利用吸音棉吸收聲音。顧名思義是阻礙聲音是通過在消音器中填充多空吸聲材料，將聲能轉化為內能，消耗掉這部分能量，但是對高頻消音效果好對低頻消音效果差。這是為什么呢?可以想高頻頻率大可以消除絕大部分，而低頻本來就少，效果不好。我覺得要是阻礙低頻部分可以多添加消音棉，當然消音棉添加是有限制的。常見于中段消聲器和尾段直排消聲器，阻性消聲器主要工作于中高頻。

　　抗性消聲器：顧名思義相抗來消除波動與阻性原理不同抗性消聲器(也有稱之反射式)主要由隔板、膨脹室組成。一般消聲器有三個膨脹室，大小不一。利用廢氣在這些腔室里反射、相互干涉(摩擦)而達到消聲效果。對中低頻的噪聲抑制效果非常明顯。利用管路打孔和管路斷開等方式造成結構不連續，聲音在這些不連續的結構處被反射回去，從而達到降低聲音的目的，抗性消聲器主要工作于中低頻。

　　復合型消聲器：為阻性和抗性消聲器的結合體，可實現全頻率段降噪。然而大多數人常把氣流和聲音混為一談，認為改變氣流走向就能改變聲音，這是不完全正確的。舉個最簡單的例子，如圖所示的阻性消聲器，氣流由于吸音棉的阻擋作用，大部分沿著內管流動，而一部分聲音則可以輕松地通過內管上的孔穿透至吸音棉被吸收。如果將阻性消聲器的外殼直徑加大到足夠大，此時氣流走向依然保持沿內管流動，但是基本上所有聲音會被吸音棉吸收掉，所以即使是直排，也可以消除一定的噪聲。

　　排氣共振

　　排氣共振分為兩種，一種是聲音上的共振(也叫共鳴)，一種是震動上的共振。排氣管的振動是由發動機運轉產生的振動引起的(可以稱之為聲源)，可以在連接處安裝波紋管來降低傳遞到中尾段的振動，這是波紋管相當于一個彈簧減震系統。經過合理設計的波紋管可以衰減掉大部分沿排氣管傳播的振動。

　　任何物體都有固定的振動頻率，排氣管也不例外。除此之外，物體每個部位的振動大小也是有規律的，有的地方振動量始終很小，有些地方的振動量始終很大。我們在方程式中固定消音器時也要找對位置不要放在振動量大的地方(如FSCC賽車正后倉)，也可以在排氣總管與消音器之間加裝波紋管衰減振動頻率，改變排氣管固有的振動頻率。而且排氣噪聲的振動將會放大且通過車架帶動整車振動。當兩個振動函數的頻率相同時，其振幅將會疊加故會放大振動。所以在安裝消音器時也要找到合適的位置。

　　聲音的共振是振動的傳播需要媒介，振動共振是發動機的震動和排氣管的結構固有特性相吻合導致的，排氣聲浪傳播介質是空氣，那么聲音的共振就是發動機的排氣聲浪與排氣管中的空氣固有特性相吻合導致的。排氣聲浪在傳播過程中會在排氣管內形成駐波，與振動在排氣管不同位置振動量大小存在差別一樣，因為駐波的存在，聲音在排氣管內的大小也因位置不同而存在差異，通常在消音器內部管路斷開點處都是聲音的最低點聲音最高點的個數和位置則因聲音頻率的不同而不同。如駐波1的聲音最高點在兩個消音器的中間，而駐波2的頻率是駐波1的兩倍。當發動機的排氣聲浪頻率和連接管駐波的頻率相吻合時，就產生了聲音的共振。同樣共振即代表振動將會放大。

　　相關問答：

　　問：為什么汽車消音器往外出水

　　答：汽車消音器滴水是好現象來的。證明的車發動機充分的燃燒，汽車的消音器從而會向外滴水，其實這是一個很正常的現象，與消音器排氣管沒什么事。

　　消音器排氣管之所以滴水就是因為汽車汽油燃燒完全后生成的是二氧化碳和水，高溫下水是變成水蒸汽，水蒸氣在高溫下是無色透明的，不過水低于100°時候，水蒸氣就會冷凝成水，如果冷凝的水滴很小并且懸浮在空氣中，水蒸氣就呈現為白色的氣體，但氣溫低的時候，排氣管冒白煙就是水蒸氣;如果冷凝的水滴積聚起來，就變成了水。排氣管排出的水滴，就是汽油燃燒后生成的水蒸氣，在排氣管和消音器中冷凝的結果，只不過當環境氣溫較高時，水蒸氣還沒有冷凝就已經排出去了，當環境溫度較低時，水蒸氣就會在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流出來了。這樣的現象在多數的汽車的比較正常的。

　　對于如果出現很多的話，這時候可能是排氣管積水了。所以建議去購買所在店去換一個，有保修的話是免費的。

　　問：汽車的消音器總成是什么?和前消音器和后消音器是一個東西嗎

　　答：汽車消音器總成包括三元催化器(最接近發動機)、消音器中節、消音器后節三部分，你說的前消音器應該就是中節，后消音器就是后節，主要區別在于中節的消音包比較長且細，而后節粗短。它們的內部結構是完全不同的，中節大多是一個包體包覆著一根中節有阻隔的并且布滿孔洞的直管，而后節則是整個消音系統的核心，它是一個多層間隔結構的裝置，中間大多有三條管通過改變聲音的相位使聲音短路抵消為零。

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消音器基本原理：排氣聲浪調節都靠它