长T型声共振器在船舶噪声控制中的应用

李德玉　欧礼坚　赵成璧

摘要：本文介绍一种用于腔体内中低频噪声控制的多模态声共振器，即长T型声共振器。包括长T型共振器的设计方法、控制机理和控制效果等。同时对该共振器在船舶噪声控制上的应用进行了初步探讨。

关键词：船舶噪声；共振器；结构声学

1 介绍

低频噪声会引起严重的环境危害。最常见的低频噪声是声腔内的低频噪声，这些声腔广泛存在于船舶、车辆、飞机和运载火箭中。它们的共同点是声腔内部的几何空间有限，导致实施减振降噪措施很困难。Fuller等对源于二十世纪三十年代的主动控制技术在低频噪声控制领域进行了研究，开发出具有代表性的主动结构声控制（ASAC）技术。然而，因主动技术复杂且鲁棒性差，该技术的成功范例不多。典型的被动噪声控制是用棉毡来增加吸声性能，对减小高频噪声效果好，而减小低频噪声要求棉毡较厚较重，这对有限的空间不实际，还会增大附加重量。Griffin等用引入特征阻抗不匹配来改进被动方法的低频性能，他们用双层板围成密闭的空间，双层板之间为真空或接近真空。在实验室，这种方法使0－200Hz的声压级减小19dB。然而，实际工程中很难实现近似真空的条件。对于轻阻尼结构，通过约束阻尼层或其他结构振动被动控制技术来减小结构低频振动辐射，进而减小低频噪声的方法也取得了部分成功[1]。

声共振器是另一种减小腔体内中低频噪声的被动方法。自赫姆霍兹（Helmholtz）发表声共振器的动力学原理后[2]，大量与赫姆霍兹共振器设计和共振频率预测有关的文章发表在各种期刊上。最早的声共振器用于建筑物中來吸声或改变房间的声学特性，也见于飞机发动机的入口、排气管消音装置、火箭燃烧稳定性控制和飞机舱的双层板结构内。在有噪声的腔内，理想的情况是把声共振器与腔体壁结构集成以减小共振器所占空间。因为赫姆霍兹共振器象个灯泡，难于满足上述要求，由此带有后背板的微穿孔板被用在低频噪声控制中。对于这种结构，最好的吸声效果发生在多层结构的厚度等于四分之一被控声波的波长[3，4]。这个尺寸太大，不实际。为了改进赫姆霍兹共振器、多孔板和纤维材料吸声的不足，声学家们开发了多种无纤维吸声器。最近，李德玉和Vipperma，开发了一个长T型声共振器（LTAR）[5]，它包括两个垂直相交的管子：一个两端封闭的长管子作为共振器的主体，另一个两端开口的管来提供共振器与声腔的交通通道。该装置最初为控制大型运载火箭内的噪声而开发，后来用于控制腔体内的噪声，最近又推广到改进双层板结构的传声损失。因为LTAR的长细比大，它与传统的共振器相比有下列优点：（1）多模态特征为中低频控制提供了可能；（2）狭窄的分支管道提供了更高的声能吸收；（3）可作为结构部件直接集成到主结构中以减小共振器本身所占空间；（4）共振器可在控制噪声的同时来减小结构振动。由此，LTAR成为腔体噪声控制中非常有潜力的传统赫姆霍兹共振器的替代品。