本文主要內容為利用頻譜分析儀器針對特定頻率的空腔型共振吸音器（Helmholtz Resonator）應用在管道通風系統，並進行消音量測與COMSOL Multiphysics軟體以有限元素法模擬加以比對。藉由本模擬流程與實測可判定共振吸音器消音性能，其結果可提供工業界參考應用，以提高管道內低頻領域噪音的控制。
文中針對共振吸音器的穿孔率變化做了一系列的模擬與實測研究，同時也針對消音箱的插入損失（Insertion Loss）、動態插入損失（Dynamic Insertion Loss）、壓損（Pressure Drop）和流速（Velocity）進行實驗量測分析探討，並經由多次的實驗結果，驗證共振吸音器的可行性。

The purpose of this paper is to analyze the sound reduction of duct systems with Helmholtz Resonators pass through the spectral analytical instrument and finite element method (FEM) with COMSOL Multiphysics software. The acoustic pressures are compared with experiment and simulation. The sound reduction performance of Helmholtz Resonators can be determined by the experiment and simulation. The results can be used as the control of low-frequency of duct noise in the industrial field.
We have done a series of simulation and experiment research for variations of the perforation of Helmholtz Resonators. Simultaneously, we focus on the measurements and studies of insertion loss, dynamic insertion loss, pressure drop, and airflow velocity. Finally, the feasibility of this Helmholtz Resonator has been verified via numerous experiments and analyses.

目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究動機 1
1.2 研究範圍與內容 2
1.2.1 研究範圍 2
1.2.2 研究內容 2
第二章 理論基礎 4
2.1 動態插入損失（Dynamic Insertion Loss, DIL） 4
2.2 靜態插入損失（Insertion Loss, IL） 4
2.3 聲壓位準差（Noise Reduction, NR） 4
2.4 氣流噪音（Flow-generated noise） 5
2.5 壓力損失（Pressure drop, �嵐） 5
2.6 共振吸音器 5
2.6.1 共振吸音器之吸音原理 5
2.6.2 吸音器共振頻率之理論 6
2.6.3 不同穿孔率之穿孔板之吸聲結構之應用 8
2.7 微穿孔板吸音結構 9
第三章 通風系統消音特性軟體模擬計算分析 11
3.1 COMSOL Multiphysics軟體簡介 11
3.2 共振吸音器之聲場特性 12
3.2.1 音場模擬計算案例簡介 12
3.2.2 音場模擬計算消音之結果 13
3.3 穿孔板之聲場特性 14
3.3.1 音場模擬計算案例簡介 14
3.3.2 音場模擬計算消音之結果 16
3.4 小結 17
3.4.1 共振頻率模擬計算結果 17
3.4.2 穿孔率與噪音降低量的關係 17
第四章 動態插入損失實驗系統設計 19
4.1 實驗系統考量之因素 19
4.2 管內氣流 19
4.3 DIL儀器架設、測試與校正 20
4.4 儀器簡介 21
4.5 全迴響室與全無響室實驗室介紹 22
第五章 量測實驗結果與討論 27
5.1 Type-1與傳統消音箱的動態插入損失實驗比較 27
5.1.1 Type-1空腔型消音箱規格 27
5.1.2 Hds消音箱規格 35
5.1.3 量測結果討論比較 42
5.2 Type-2與傳統消音箱的動態插入損失實驗比較 53
5.2.1 Type-2微穿孔板消音箱規格 53
5.2.2 WS消音箱規格 61
5.2.3 Type-2與WS消音箱相互搭配組合 68
5.2.4 量測結果討論比較 75
5.3 Type-3與傳統消音箱的動態插入損失實驗比較 87
5.3.1 Type-3雙層微穿孔板消音箱規格 87
5.3.2 WS消音箱規格 94
5.3.3 Type-3與WS消音箱相互搭配組合 95
5.3.4 量測結果討論比較 102
第六章 結論與未來展望 113
6.1 結論 113
6.2 未來展望 114
參考文獻 115


圖目錄
圖2.1 共振吸音器之示意圖 6
圖2.2 共振吸音器 6
圖2.3 穿孔板之吸音結構 8
圖3.1 COMSOL Multiphysics 工作流程圖 11
圖3.2 共振吸音器COMSOL Multiphysics模型圖 13
圖3.3 共振吸音器COMSOL Multiphysics網格圖 13
圖3.4 共振吸音器噪音降低量NR 14
圖3.5 穿孔板COMSOL Multiphysics模型圖 15
圖3.6 穿孔板COMSOL Multiphysics網格圖 16
圖3.7 穿孔板噪音降低量NR 16
圖4.1 實驗室簡圖[4] 23
圖4.2 動態插入損失之導管圖[4] 24
圖4.3 微壓傳送計（FCO-352） 24
圖4.4 頻譜分析儀（B&K PULSE 3560D） 24
圖4.5 測試段上游之九孔測孔 24
圖4.6 兩測孔之孔心距 24
圖4.7 皮托靜壓管 24
圖4.8 皮托靜壓管上之十一個測點 25
圖4.9 皮托管測點位置圖 25
圖4.10 上游流速剖面[5] 25
圖4.11 揚聲器（Yamaha MS-400） 25
圖4.12 訊號產生器（RION SF-06） 25
圖4.13 校正器（RION NC-74） 25
圖4.14 輕質均流管（DWY SSS-1005） 26
圖4.15 變頻器（TECO SPEECO 7200MA） 26
圖4.16 全迴響室[4] 26
圖4.17 全無響室[4] 26
圖4.18 楔型吸音材 26
圖4.19 全無響室之鋼琴線 26
圖5.1 Type-1消音箱入風口端 28
圖5.2 Type-1消音箱出風口端 28
圖5.3 Type-1消音箱安裝全圖 29
圖5.4 Type-1在1 m/s的氣流噪音 29
圖5.5 Type-1在2 m/s的氣流噪音 30
圖5.6 Type-1在3 m/s的氣流噪音 30
圖5.7 Type-1在4 m/s的氣流噪音 31
圖5.8 Type-1在5 m/s的氣流噪音 31
圖5.9 Type-1在6 m/s的氣流噪音 32
圖5.10 Type-1在7 m/s的氣流噪音 32
圖5.11 Type-1在8 m/s的氣流噪音 33
圖5.12 Type-1在1 m/s ~8 m/s的氣流噪音 33
圖5.13 Type-1在1 m/s ~8 m/s下的DIL值 34
圖5.14 Type-1的八筆IL值 34
圖5.15 Hds消音箱入風口端 35
圖5.16 Hds消音箱出風口端 36
圖5.17 Hds消音箱安裝全圖 36
圖5.18 Hds在1 m/s的氣流噪音 37
圖5.19 Hds在2 m/s的氣流噪音 37
圖5.20 Hds在3 m/s的氣流噪音 38
圖5.21 Hds在4 m/s的氣流噪音 38
圖5.22 Hds在5 m/s的氣流噪音 39
圖5.23 Hds在6 m/s的氣流噪音 39
圖5.24 Hds在7 m/s的氣流噪音 40
圖5.25 Hds在8 m/s的氣流噪音 40
圖5.26 Hds在1 m/s ~8 m/s的氣流噪音 41
圖5.27 Hds在1 m/s ~8 m/s下的DIL值 41
圖5.28 Hds的八筆IL值 42
圖5.29 Type-1&Hds的IL比較 45
圖5.30 Type-1&Hds在1 m/s時的DIL比較 45
圖5.31 Type-1&Hds在2 m/s時的DIL比較 46
圖5.32 Type-1&Hds在3 m/s時的DIL比較 46
圖5.33 Type-1&Hds在4 m/s時的DIL比較 47
圖5.34 Type-1&Hds在5 m/s時的DIL比較 47
圖5.35 Type-1&Hds在6 m/s時的DIL比較 48
圖5.36 Type-1&Hds在7 m/s時的DIL比較 48
圖5.37 Type-1&Hds在8 m/s時的DIL比較 49
圖5.38 Type-1&Hds在1 m/s時的氣流噪音值比較 49
圖5.39 Type-1&Hds在2 m/s時的氣流噪音值比較 50
圖5.40 Type-1&Hds在3 m/s時的氣流噪音值比較 50
圖5.41 Type-1&Hds在4 m/s時的氣流噪音值比較 51
圖5.42 Type-1&Hds在5 m/s時的氣流噪音值比較 51
圖5.43 Type-1&Hds在6 m/s時的氣流噪音值比較 52
圖5.44 Type-1&Hds在7 m/s時的氣流噪音值比較 52
圖5.45 Type-1&Hds在8 m/s時的氣流噪音值比較 53
圖5.46 Type-2消音箱入風口端 54
圖5.47 Type-2消音箱出風口端 55
圖5.48 Type-2消音箱安裝全圖 55
圖5.49 Type-2消音箱單具規格 55
圖5.50 Type-2在1 m/s的氣流噪音 56
圖5.51 Type-2在2 m/s的氣流噪音 56
圖5.52 Type-2在3 m/s的氣流噪音 57
圖5.53 Type-2在4 m/s的氣流噪音 57
圖5.54 Type-2在5 m/s的氣流噪音 58
圖5.55 Type-2在6 m/s的氣流噪音 58
圖5.56 Type-2在7 m/s的氣流噪音 59
圖5.57 Type-2在1 m/s ~7 m/s的氣流噪音 59
圖5.58 Type-2在1 m/s ~7 m/s下的DIL值 60
圖5.59 Type-2的七筆IL值 60
圖5.60 WS消音箱入風口端 61
圖5.61 WS消音箱出風口端 62
圖5.62 WS消音箱安裝全圖 62
圖5.63 WS在1 m/s的氣流噪音 63
圖5.64 WS在2 m/s的氣流噪音 63
圖5.65 WS在3 m/s的氣流噪音 64
圖5.66 WS在4 m/s的氣流噪音 64
圖5.67 WS在5 m/s的氣流噪音 65
圖5.68 WS在6 m/s的氣流噪音 65
圖5.69 WS在7 m/s的氣流噪音 66
圖5.70 WS在8 m/s的氣流噪音 66
圖5.71 WS在1 m/s ~8 m/s的氣流噪音 67
圖5.72 WS在1 m/s ~8 m/s下的DIL值 67
圖5.73 WS的八筆IL值 68
圖5.74 Type-2&WS消音箱入風口端 69
圖5.75 Type-2&WS消音箱出風口端 69
圖5.76 Type-2&WS消音箱安裝全圖 70
圖5.77 Type-2&WS在1 m/s的氣流噪音 70
圖5.78 Type-2&WS在2 m/s的氣流噪音 71
圖5.79 Type-2&WS在3 m/s的氣流噪音 71
圖5.80 Type-2&WS在4 m/s的氣流噪音 72
圖5.81 Type-2&WS在5 m/s的氣流噪音 72
圖5.82 Type-2&WS在6 m/s的氣流噪音 73
圖5.83 Type-2&WS在7 m/s的氣流噪音 73
圖5.84 Type-2&WS在1 m/s ~7 m/s的氣流噪音 74
圖5.85 Type-2&WS在1 m/s ~7 m/s下的DIL值 74
圖5.86 Type-2&WS的七筆IL值 75
圖5.87 Type-2&WS的IL比較 78
圖5.88 Type-2&WS在1 m/s時的DIL比較 78
圖5.89 Type-2&WS在2 m/s時的DIL比較 79
圖5.90 Type-2&WS在3 m/s時的DIL比較 79
圖5.91 Type-2&WS在4 m/s時的DIL比較 80
圖5.92 Type-2&WS在5 m/s時的DIL比較 80
圖5.93 Type-2&WS在6 m/s時的DIL比較 81
圖5.94 Type-2&WS在7 m/s時的DIL比較 81
圖5.95 Type-2&WS在1 m/s時的氣流噪音值比較 82
圖5.96 Type-2&WS s在2 m/s時的氣流噪音值比較 82
圖5.97 Type-2&WS在3 m/s時的氣流噪音值比較 83
圖5.98 Type-2&WS在4 m/s時的氣流噪音值比較 83
圖5.99 Type-2&WS在5 m/s時的氣流噪音值比較 84
圖5.100 Type-2&WS在6 m/s時的氣流噪音值比較 84
圖5.101 Type-2&WS在7 m/s時的氣流噪音值比較 85
圖5.102 Type-3消音箱入風口端 88
圖5.103 Type-3消音箱出風口端 88
圖5.104 Type-3消音箱安裝全圖 88
圖5.105 Type-3消音箱單具規格 89
圖5.106 Type-3在1 m/s的氣流噪音 89
圖5.107 Type-3在2 m/s的氣流噪音 90
圖5.108 Type-3在3 m/s的氣流噪音 90
圖5.109 Type-3在4 m/s的氣流噪音 91
圖5.110 Type-3在5 m/s的氣流噪音 91
圖5.111 Type-3在6 m/s的氣流噪音 92
圖5.112 Type-3在7 m/s的氣流噪音 92
圖5.113 Type-3在1 m/s ~7 m/s的氣流噪音 93
圖5.114 Type-3在1 m/s ~7 m/s下的DIL值 93
圖5.115 Type-3的七筆IL值 94
圖5.116 Type-3&WS消音箱入風口端 95
圖5.117 Type-3&WS消音箱出風口端 96
圖5.118 Type-3&WS消音箱安裝全圖 96
圖5.119 Type-3&WS在1 m/s的氣流噪音 97
圖5.120 Type-3&WS在2 m/s的氣流噪音 97
圖5.121 Type-3&WS在3 m/s的氣流噪音 98
圖5.122 Type-3&WS在4 m/s的氣流噪音 98
圖5.123 Type-3&WS在5 m/s的氣流噪音 99
圖5.124 Type-3&WS在6 m/s的氣流噪音 99
圖5.125 Type-3&WS在7 m/s的氣流噪音 100
圖5.126 Type-3&WS在1 m/s ~7 m/s的氣流噪音 100
圖5.127 Type-3&WS在1 m/s ~7 m/s下的DIL值 101
圖5.128 Type-3&WS的七筆IL值 101
圖5.129 Type-3&WS的IL比較 104
圖5.130 Type-3&WS在1 m/s時的DIL比較 105
圖5.131 Type-3&WS在2 m/s時的DIL比較 105
圖5.132 Type-3&WS在3 m/s時的DIL比較 106
圖5.133 Type-3&WS在4 m/s時的DIL比較 106
圖5.134 Type-3&WS在5 m/s時的DIL比較 107
圖5.135 Type-3&WS在6 m/s時的DIL比較 107
圖5.136 Type-3&WS在7 m/s時的DIL比較 108
圖5.137 Type-3&WS在1 m/s時的氣流噪音值比較 108
圖5.138 Type-3&WS在2 m/s時的氣流噪音值比較 109
圖5.139 Type-3&WS在3 m/s時的氣流噪音值比較 109
圖5.140 Type-3&WS在4 m/s時的氣流噪音值比較 110
圖5.141 Type-3&WS在5 m/s時的氣流噪音值比較 110
圖5.142 Type-3&WS在6 m/s時的氣流噪音值比較 111
圖5.143 Type-3&WS在7 m/s時的氣流噪音值比較 111

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