無聲打擊 論消音器的精密設(shè)計(jì)與科學(xué)測量

0主題0好友2萬積分超級(jí)版主精絕簽到天數(shù):1天[LV.1]初來乍到UID6146獵幣11749金威望106個(gè)短信幣293元最后登錄2012-7-30加好友發(fā)消息電梯直達(dá)樓主jsjsjsjs發(fā)表于2011-12-2413:19:02|只看該作者|倒序?yàn)g覽引子：

老鼠，是的你沒有看錯(cuò)，這一切的引子就是老鼠。為了消滅可恨的老鼠我可是無所不用其極；從粘鼠板、鼠籠、鼠藥一直到后期的噴氣滅鼠器材。自從用上了專業(yè)滅鼠器材后滅鼠量也極具攀升，累計(jì)已經(jīng)達(dá)到60+且頗有樂趣。

鼠類是非常機(jī)敏且聽力極佳的物種，在使用噴氣器材滅鼠的時(shí)候也經(jīng)常遇到器材激發(fā)的聲音驚嚇到附近鼠類導(dǎo)致不靠近的情況。正是出于這個(gè)目的，我開始著手設(shè)計(jì)和制造自己的消音器，主要是對鼠類敏感的頻率段進(jìn)行針對性衰減，并根據(jù)自己所掌握的知識(shí)和擁有的測量設(shè)備進(jìn)行后期科學(xué)測量與分析。希望本文可以通過作者設(shè)計(jì)制作消音器和最后測量調(diào)試的過程，來告訴大家如何自己設(shè)計(jì)制造消音器的科學(xué)方法并采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞綄ο粜ЧM(jìn)行測量評估。

一，設(shè)計(jì)理念：

這是一只滅鼠專用消音器，因此它除了具備和普通消音器相同的減壓降噪功能之外，還必須對鼠類敏感頻率段衰減做優(yōu)化。所以在設(shè)計(jì)初期我就考慮采用復(fù)合式消音結(jié)構(gòu)，只有這樣的設(shè)計(jì)才能同時(shí)滿足多頻段降噪的要求。從減壓降噪方面著手，目前論壇中已經(jīng)有許多可參考的設(shè)計(jì)，如分體消音碗設(shè)計(jì)，隔斷板設(shè)計(jì)，密閉式設(shè)計(jì)等等，制作簡單但功能單一，消音效能也可接受。從單獨(dú)降低高頻噪方面，論壇中也有不少網(wǎng)友設(shè)計(jì)了如通管式結(jié)構(gòu)，或者通管＋外吸音結(jié)構(gòu)的消，設(shè)計(jì)制作更為簡單，但是總體效能要比分體膨脹腔式的消略差一些。但其優(yōu)勢在于該設(shè)計(jì)對高頻嘯叫（"嗶"音）的衰減比低頻氣流聲("噗"音)效果要好，原因就在于微孔吸音原理的應(yīng)用。有沒有一種設(shè)計(jì)可以綜合兩種方法的優(yōu)勢，組合成復(fù)合消音器，讓它即可以擁有良好減壓降噪功能同時(shí)還能對高頻噪針對性衰減呢？有的，這就是今天我給大家?guī)淼谋救诵略O(shè)計(jì)也是論壇上第一款復(fù)合式消音器，型號(hào)：X-1。

二，X-1的設(shè)計(jì)思路：

不知大家是否有這樣的感覺，在沒有加消音器的時(shí)候，噴氣器材的擊發(fā)音是非常脆的“啪”響，類似小鞭炮。這種噪音除了由于氣體快速膨脹導(dǎo)致還因?yàn)闅饬鞲咚偻ㄟ^管引起的顫動(dòng)引起，涵蓋頻率比較寬，因此要消除此類急促寬頻噪音就需要多重結(jié)構(gòu)。為了設(shè)計(jì)制造完美搭配壓氣類器材的復(fù)合式消音器，我查閱了能找到的幾乎所有國內(nèi)外HuoYao動(dòng)力與氣體動(dòng)力器材的消音器原型，終于找到兩款最符合個(gè)人要求的消音結(jié)構(gòu)。它們分別是“HearingProtectionLLCCheckmateQD”和“WeihrauchSilencer-halfinchthread”，這是兩款價(jià)格分別為350美金和60美金的專業(yè)消音器；分別針對.22英寸口徑火器和高檔PCP而設(shè)計(jì)。其中“HearingProtectionLLCCheckmateQD”應(yīng)用了密集型多腔（8腔）隔聲原理和膨脹反射原理，而“WeihrauchSilencer-halfinchthread”應(yīng)用了簡單的多腔（3腔）隔聲原理和微孔吸音原理，這兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合應(yīng)用相信可以滿足我的需要。

第一重“節(jié)流減壓”結(jié)構(gòu)：

利用形狀獨(dú)特的隔音劈將高壓氣流逐級(jí)減緩并有效降低能量最強(qiáng)的低頻噪音。在X-1的設(shè)計(jì)上著重考慮了隔音劈的形狀細(xì)節(jié)，它的隔音劈是人形結(jié)構(gòu)并在彎轉(zhuǎn)處加入了一定的R角形成m形。這種m形設(shè)計(jì)可以讓高壓氣體先快速往兩側(cè)分流，然后再通過弧形角回轉(zhuǎn)與后出來的高壓氣體對沖減緩壓力釋放。而之所以第一減壓腔的容積最大，是為了保證直接面對最高壓氣體時(shí)有足夠的釋放緩沖空間。在這里必須對彈體在消音器內(nèi)受到的亂流影響做一些說明：很多朋友裝上D消音器后發(fā)現(xiàn)精度不理想有幾個(gè)原因：1是制作精度不夠彈體通道不同心，彈體刮擦導(dǎo)致精度急劇下降。2是由于內(nèi)部隔離碗（面）不對稱導(dǎo)致氣流反作用于彈體導(dǎo)致彈道偏離。人字形隔音劈的優(yōu)點(diǎn)在于該形狀頂部，大家注意彈體通道的入口狹長且位于氣流回轉(zhuǎn)角之前，因此能保證彈體首先進(jìn)入彈體通道并被保護(hù)，不被回旋的氣流所影響。接下來的2、3、4級(jí)減壓腔結(jié)構(gòu)類似，但長度不同，分別為25mm、30mm和35mm。長度各不相同節(jié)流隔音腔讓氣流逐漸減弱并使得不同腔體的共振頻率不同，避免消身材料聲阻尼太小導(dǎo)致的自（共）鳴。第二重“膨脹微孔吸音”結(jié)構(gòu)：

前面我們說過，擊發(fā)產(chǎn)生的“脆響”涵蓋頻率較寬，其中高頻部分雖然能量不是最大，但是其聲音尖銳，噪音感非常強(qiáng)。而要衰減急促高頻噪音僅僅阻礙氣流是不夠的，因?yàn)椤肮?jié)流減壓”結(jié)構(gòu)不能很好地吸收急速氣流的高頻音，因此就有必要增加額外的“膨脹微孔吸音”結(jié)構(gòu)。為了保證“膨脹微孔吸音”結(jié)構(gòu)的效能，我將這個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在“節(jié)流減壓”之后，也就是消音器的末端，因?yàn)榇藭r(shí)的氣流已經(jīng)過多次衰減，保證了“微孔吸音”的高效工作。

而之前的幾個(gè)隔離膨脹腔已經(jīng)較好的衰減了低頻噪音，我只要將衰減高頻作為接下來的重點(diǎn)即可。這個(gè)結(jié)構(gòu)的需要的特性是，它一定要有足夠的長度和容量，保證吸音區(qū)的容積和覆蓋面積。我們通過設(shè)計(jì)圖可以看到，這個(gè)結(jié)構(gòu)的長度和容積都是最大的；它讓經(jīng)過多次衰減但是還有一定速度的高頻噪氣流進(jìn)入最后也是最大的擴(kuò)容空間；此時(shí)內(nèi)部的壓力以及外部的大氣壓都會(huì)讓這股氣流長時(shí)間（相對）停滯在這個(gè)區(qū)域，并膨脹將它擠壓進(jìn)通孔和外面包覆的吸音材料中。外圍包覆的吸音材料是特制的吸音纖維，能高效吸收各頻段的聲波。我測量了在不加消音器的情況下高頻噪主要集中在4kHz-8kHz，剛好是一個(gè)倍頻程。而老鼠聽覺范圍是鼠聽覺是1kHz-100kHz之間，因此我將這個(gè)“膨脹微孔吸音”的吸音頻段就設(shè)定在4kHz-8kHz，這也是人類非常敏感且聽上去尖銳的頻率段。為了保證通孔能更好的吸收特定的頻率段，我經(jīng)過計(jì)算得出了通孔的直徑大小，具體的計(jì)算過程就不多贅述了，原理和聲波的波長有關(guān)，我對這個(gè)頻率析出過程的理解是，在特定孔徑中，某個(gè)頻段空氣柱的粒子速度達(dá)到最大，因此該頻率下吸聲系數(shù)最高。

消音器的透聲及微孔吸音計(jì)算原理部分參考了以下論文，在此對原作者提出感謝：

《板（膜）理論吸聲公式及聲強(qiáng)反射系數(shù)》

《膜-板振動(dòng)吸聲系數(shù)公式》

《膜-板振動(dòng)吸聲系數(shù)公式研究》

《纖維性材料經(jīng)驗(yàn)吸聲公式》

《纖維材料吸聲原理和公式再探》。

三，X-1的結(jié)構(gòu)裝配特性：

有好的設(shè)計(jì)但缺少合理的裝配結(jié)構(gòu)是不夠的，為了保證X-1的完美效果，在結(jié)構(gòu)裝配上我采用了以下的一些優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1，一體化消芯：由于采用一體化消芯結(jié)構(gòu)，消芯和轉(zhuǎn)接頭直接相連，避免了以往多層消音碗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的不同心問題，也讓消的整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固不容易相互碰撞發(fā)出二次噪音。

2，前O圈設(shè)計(jì)：在消芯和轉(zhuǎn)接頭之間加入了一個(gè)小O圈，這個(gè)O圈不僅可以加強(qiáng)消芯和轉(zhuǎn)接頭之間的氣密，更可以通過O圈本身的膨脹性讓兩個(gè)部件結(jié)合的更加緊密，不松動(dòng)無雜音。在多次拆卸時(shí)最大程度減少金屬接觸磨損而導(dǎo)致中心軸偏差。

3，消音桶與消芯的緊配合：X-1復(fù)合消音結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)在于各腔體的完全隔離，在消芯外圍涂抹粘稠的阻力油并與消音桶采用緊配合設(shè)計(jì)，能最大程度保證各消音區(qū)的獨(dú)立氣密。

4，加強(qiáng)消音桶與消芯兩端的氣密：由于消音桶與消芯兩段是過盈擠壓配合，不能保證絕對氣密，因此在設(shè)計(jì)中增加了兩個(gè)尾部O圈和一個(gè)前部O圈，避免高壓氣流的泄漏導(dǎo)致雜音的出現(xiàn)。四，消音器效能的科學(xué)測量：

1，聲能的單位

首先談一些聲學(xué)基礎(chǔ)方面的知識(shí)，什么是聲能量，聲能量即“響度”或“聲壓”，以dB（分貝）為單位，每增加3dB，聲壓增大一倍，同樣傳音距離每增加一倍，聲能減弱3dB。只有用數(shù)據(jù)說話才能科學(xué)和準(zhǔn)確的表達(dá)消音器的消音效能，而不是像大家平常所說的，4手氣變1手氣，聲音減少了70%等等，這都是不科學(xué)不準(zhǔn)確的說法。當(dāng)然這和大家所使用的測量設(shè)備有關(guān)，如果只能用耳朵去聽，那也只能用大致的感受來闡述效能，條件所限而已。

2，消音器的效能

目前普通的隔板原理式消音器，效能大致在-15dB至-18dB左右，能達(dá)到-20dB的消音器可以算是設(shè)計(jì)合理的，能達(dá)到-30dB以上的消音器就是高效消音器了。打個(gè)比方，原擊發(fā)噪音為90dB，裝上高效-30dB消音器后聲壓級(jí)降為60dB，在減去的30dB中每3dB為一倍的壓降，30dB即2的10次方，也就是說聲壓只有原來的1/1024。就算是-18dB的消音器，消音效能也減少為原聲壓的1/64，并不是大家平常說的減少了70%云云。

3，消音器的頻率衰減特性

頻率是聲波每秒振動(dòng)的次數(shù)，100Hz（赫茲）的聲波每秒振動(dòng)100次，3kHz的聲波每秒振動(dòng)3000次，以此類推。人耳的聽音范圍是20Hz－20000Hz，因此將低于20Hz的聲波定義為次聲波，高于20000Hz的聲波定義為超聲波。而不同頻率的聲波所擁有的特性差異極大，例如在人耳上聲壓為80dB，頻率3000Hz聲音就要比相同響度頻率為100Hz的聲音更加明顯和刺耳，原因是人類的耳朵或者動(dòng)物的耳朵對不同頻率聲波的敏感性不同。人類聽覺里中高頻比對低頻敏感的多，因此有了人耳的等響度曲線。再如傳導(dǎo)距離上，頻率低的聲波要比高頻率的聲波傳導(dǎo)的距離更遠(yuǎn)，因?yàn)轭l率越高波長越短，聲波在一秒內(nèi)振蕩的頻率越快，也就更容易衰減?，F(xiàn)實(shí)中打雷和地震發(fā)出的次聲波可以傳到幾十甚至幾百公里之外就是這個(gè)道理。

解釋完頻率，我們回到消音器的話題上。平常朋友們聽到的擊發(fā)噪音并不只有聲壓一個(gè)含義，它還由眾多復(fù)雜的頻率構(gòu)成。如果只有普通的聲壓計(jì)，只能對消音器聲壓的強(qiáng)弱進(jìn)行測量，對于分析噪音的頻率構(gòu)成是無能為力的。要測量聲音的頻率構(gòu)成，首先需要一個(gè)良好的環(huán)境：一個(gè)足夠大的空間、天臺(tái)、曠野都是比較理想的,這樣的環(huán)境能盡量減少墻壁對聲波地反射，避免測量結(jié)果不準(zhǔn)確。最理想的聲測量環(huán)境是消音室，這是一個(gè)房間六面均被吸音材料包覆的密閉環(huán)境，最頂尖的消音室六面均由長達(dá)1米的吸音尖劈構(gòu)成，每個(gè)尖劈內(nèi)充滿了吸音率為99.9%的玻璃纖維材料，在消音室內(nèi)測量能確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確，也最符合實(shí)際使用時(shí)的情況。本次X-1消音器的測量就將在頂尖的消音室內(nèi)進(jìn)行，此消音室造價(jià)超過千萬元人民幣。測量的聲學(xué)設(shè)備方面我們需要有多頻譜分析功能的聲壓計(jì)，沒必動(dòng)用百萬級(jí)別的測量儀器，使用由美國PHONIC公司推出的新款雙聲道頻譜聲壓計(jì)PAA6就足夠了，這款聲壓計(jì)可以顯示1/6倍頻程分61段的實(shí)時(shí)頻譜分析，售價(jià)13000元人民幣左右，在國內(nèi)不超過10臺(tái)。4，具體測量方法

為了保證測量結(jié)果的客觀準(zhǔn)確，一定要保證每次擊發(fā)時(shí)測量的距離和角度相同。測量時(shí)麥克風(fēng)距離器材出口50CM，高于中心軸延長線20CM以避免氣流沖擊麥克風(fēng)導(dǎo)致的額外噪音。此外由于在昂貴的消音室內(nèi)進(jìn)行測量，為了避免出現(xiàn)意外，采用空激發(fā)方式。1_130.jpg(21.9KB,下載次數(shù):6)1_148.jpg(20.96KB,下載次數(shù):2)2_24.jpg(25.67KB,下載次數(shù):2)2_39.jpg(29.31KB,下載次數(shù):2)2參與人數(shù)18獵幣13威望查看全部評分好貼野戰(zhàn)精英獵幣+5好帖啊笑意獵幣+13威望+13分享到:QQ空間騰訊微博騰訊朋友收藏0評分回復(fù)舉報(bào)0主題0好友2486積分高級(jí)獵手簽到天數(shù):2天[LV.1]初來乍到UID7098獵幣1177金威望18個(gè)短信幣7元最后登錄2012-7-27加好友發(fā)消息沙發(fā)老貓上場發(fā)表于2011-12-2601:31:55|只看該作者樓主強(qiáng)大啊。。經(jīng)典，呵呵…真是經(jīng)典.點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友761積分職業(yè)獵手該用戶從未簽到UID6117獵幣368金威望5個(gè)短信幣7元最后登錄2012-5-15加好友發(fā)消息藤椅吹出一片神馬發(fā)表于2012-1-1113:36:23|只看該作者這個(gè)精品，手動(dòng)做不了，上銑床才行點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友4497積分★刺客★狩獵狂人該用戶從未簽到UID7634獵幣2204金威望13個(gè)短信幣22元最后登錄2012-6-3加好友發(fā)消息板凳活力朝陽發(fā)表于2012-1-1116:34:56|只看該作者精品,經(jīng)典點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友1007積分高級(jí)獵手老兵該用戶從未簽到UID6279獵幣483金威望5個(gè)短信幣14元最后登錄2012-4-23加好友發(fā)消息地板狩獵狂發(fā)表于2012-1-1119:49:45|只看該作者標(biāo)題厲害，就是太過于專業(yè)了，一般的狗友是做不了的事點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友194積分新手上路該用戶從未簽到UID7910獵幣95金威望1個(gè)短信幣2元最后登錄2012-4-20加好友發(fā)消息6樓ajunajun發(fā)表于2012-1-1412:32:36|只看該作者讓我學(xué)習(xí)到，消音的原理！謝謝點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友63積分新手上路該用戶從未簽到UID7731獵幣30金威望1個(gè)短信幣2元最后登錄2012-2-21加好友發(fā)消息7樓錢塘居士發(fā)表于2012-1-2221:20:12|只看該作者經(jīng)典！多謝樓主！學(xué)習(xí)l!點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友62積分新手上路該用戶從未簽到UID8837獵幣30金威望1個(gè)短信幣2元最后登錄2012-2-8加好友發(fā)消息8樓餅餅發(fā)表于2012-2-612:16:29|只看該作者牛這個(gè)精品，手動(dòng)做不了，上銑床才行點(diǎn)評回復(fù)評分舉報(bào)0主題0好友123積分新手上路該用戶從未簽到UID8995獵幣60金威望1個(gè)短信幣3元最后登錄2012-3-7加好友發(fā)消息9樓阿a頓發(fā)表于2012-2-1900:51:51|只看該作者寫的不錯(cuò)

謝謝樓主分享咯

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