亥姆霍兹共振器在空调降噪中的应用

摘要：亥姆霍兹共振器是一种最基本的共振系统，可收外面声场的激发并消耗其能量，形成重要的消声体结构。本设计通过理论推导得出共振器吸声结构的共振频率，结合试验来确定共振器吸声结构的吸声性能，取得了很好的吸声降噪效果，为其在空调上的合理应用提供了一定科学依据。

关键词：亥姆霍兹 降噪 噪音

引言

随着社会经济和科学技术的发展以及人们生活水平的提高，空调系统在居民家庭生活中已得到广泛的应用，同时空调的噪声污染作为一个重要的环境污染，越来越受到人们的重视，民用空调室内机的噪音直接影响着人们的身心健康，是消费者密切关心的问题，降低空调噪声已成为企业产品开发时攻关的技术热点，因此，对空调系统进行降噪研究，对于提高整机性能具有重要意义，它已成为空调企业的一项重要工作。亥姆霍兹共振器（Helmholtz resonator，简称H.R.）可受外场的激发并消耗其能量成为吸声体，空腔内的振动又可以通过短管发出声波加强外面的声场，H.R.作为一种很有效的低频噪声控制措施和方法而被广泛的运用在音乐厅、电影院等地，但在电器行业很少被运用。本文利用以5匹柜机为研究对象，设计了一套简单可行的H.R.消声方案。

1 空调系统的噪声特征分析

对于室内机噪声，其噪声主要来自离心风机，风机系统由电机、风叶、风道及其他附件组成，他们是柜机的重要声源，而电机则是风机系统的激励源。其包含的噪声源有：电机运转的机械噪声，电机的电磁振动噪声，空气动力噪声等。离心风机所产生的气流干扰噪声可分为离散频率噪声和宽带噪声。

离散频率噪声主要由旋转频率噪声，进气畸变噪声，排气干涉噪声以及蜗壳的声腔共振噪声四部分组成。

其中旋转频率噪声是由于高速旋转的风机叶轮叶片对气体产生周期性的压力而造成气体压力和速度脉动变化所产生的噪声。风机叶轮叶片旋转时，与其邻近的气体将受到风机叶轮叶片及其压力场的激振力作用，造成气体压力的起伏变化，相应地产生气体压力脉动并向周围辐射而形成噪声。

对于本文柜式空调，其在高风档下风机转速为620rpm，风机叶片数为48，其进风面板为前进风形式。可算出基频为：496Hz，其噪声频谱图如图1所示，可以看出噪声的峰值频率正好在理论旋转频率496Hz附近，因此旋转频率极大地影响到整机的噪声。下面针对改旋转频率进行柜机降噪的研究。

2共振器设计

在降噪领域，H.R.是一种基本的声共振系统，可受到外面声场的激发并消耗其能量，形成重要的吸声体结构。H.R.吸声性能的特点是对频率有强烈的选择性，只在某一个特有频率附近有较强的吸声作用，这个频率称为共振器的共振频率，考虑到柜机的特殊结构，本文设计的共振器结构设计为如图2所示.

本文考虑到柜机独有的腔室和噪声传递路线，因此在原柜机导向面板或蜗舌处加装一个H.R.，如图3所示，图中实线部分为理想噪声传递方向，虚线为气流传递方向。本文设计的共振器参数如下：共振腔频率490Hz，颈长度0.01m，容器体积为0.0048m?，d为0.05m，并在共振腔内添加吸音材料，以达到更好的降噪效果。

通过实验得出的频谱对比图，可以看出，加装H.R.的图4较图1有明显的降低峰值的效果，从实验结果可以看出，高风下总声压级降低了0.7dB（A）从原来的37.6dB/495.5Hz 降低到33.7dB/495.5Hz，噪声峰值降低了3.9dB，300Hz―500Hz的频带范围的声压级也均有相应下降。

3 结论

本文研究的低频共振消声结构具有良好的吸声特性，可以满足实际工程需要。在导向面板处安装共振器吸声结构降低噪音效果好，是柜式空调器简便、经济的办法，且不影响风量。通过调整开口直径，颈长度和球体体积这三个参数，可以得到不同固有频率的共振吸声结构。

参考文献：

[1] 马大猷 亥姆霍兹共鸣. 声学技术 2002年21卷

[2] 黄其柏 工程噪声控制学 华中科技大学出版社 1999.2