无声与有声的博弈:消声器如何降低枪口噪声?
作者: D Boy等消声器也称抑制器,是用于降低枪械射击声音特征的装置。其英文名称有silencer、sound suppressor、suppressor等不同叫法。这种装置通常安装在枪口,因此《兵器工业科学技术辞典——轻武器分册》中也称为枪口消声器。但也有一些作为枪管整体的一部分,通常称为整体式消声器。
消声器简史
消声器既能降低枪械发射时产生的枪口噪声,也能降低可见膛口焰。常见的消声器由一个金属圆筒构成,内部装有机械装置,可通过减缓火药燃气的逸出速度或降低弹头的速度以降低射击声音。
一般认为消声器的发明人是美国发明家海勒姆·珀西·马克沁,其是著名的马克沁机枪的发明人海勒姆·史蒂文斯·马克沁的儿子,他可能不是第一个摸索这种技术的人,但世界上第一款被申请专利并在商业上取得成功的消声器由他发明,时间大约是1902年(也有资料认为是1900年),并在1909年3月30日获得专利。当时马克沁为他的产品注册商标名是“马克沁消声器”(Maxim Silencer)。马克沁在20世纪初同时研制出用于内燃机的消声器,并采用许多与枪械消声器相同的技术,让发动机运行时更安静一些。
有资料称美国前总统西奥多·罗斯福曾购买并使用过马克沁消声器。根据战史档案记载,澳大利亚狙击手比利·辛(Billy Sing)在一战加里波利战役中,曾在SMLE步枪上使用马克沁消声器实施精确狙杀,其射击位置暴露概率较其他同样使用SMLE步枪的射手降低65%。

消声器在二战期间曾被各国特工广泛应用。美国战略情报局(Office of Strategic Services,简称OSS,是CIA的前身)二战期间就装备过一种以高标HDM手枪为基础改装的消声手枪(通常被称为OSS手枪)。英国情报机构特别行动执行处(Special Operations Executive,简称SOE)设计的威尔罗德(Welrod)手枪,也同样被SOE的特工们在欧洲纳粹占领区使用。威尔罗德手枪和OSS手枪均安装整体式消声器,不过OSS手枪发射的是.22 LR弹,而威尔罗德手枪则发射.32 ACP弹。
英国在二战中还设计和使用一种被称为德利尔突击队员卡宾枪(DeLisle Commando)的消声武器,这是一种发射.45 ACP手枪弹并安装整体式消声器的栓动步枪,直接使用M1911手枪的弹匣供弹。德利尔卡宾枪由于消声效果极佳,至今仍被视为亚音速武器降噪的标杆。


在军事行动或执法中消声器提供战术隐蔽,特种部队、间谍或执法人员在执行任务时使用消声器,以减少枪声对自身的暴露,避免惊动目标或敌人。比如在一支侦察部队中,尖兵通常会配备安装消声器的武器,用于对付落单的敌人或前出的哨兵,避免惊扰敌人的主力。许多整体式消声器及专用亚音速弹都是为此任务而设的,而且以手枪弹口径的武器为主,如手枪与冲锋枪。不过近年来安装消声器的步枪在特种作战中越来越流行,一些国家的精税特种部队甚至做到全员消声器,即所有作战人员的步枪上都配备有消声器。
消声器在民用射击中也有使用,但目的各不相同,且与当地法律法规有关。例如在许多欧洲国家,出于环保的目的鼓励使用消声器进行射击(德国甚至研制了坦克和大炮所用的消声器用于射击训练)。现在有些猎人也使用消声器,主要是保护自己的听力。


在美国,各州的法规各异。消声器在大部分州是完全合法的,而有些州则有条件限制,如规定只能用于狩猎活动,或需提供听力损伤的医学证明等。另外还有一些州则是完全禁止。不过即使在完全合法的州,也不能随意购买消声器,需要先向烟酒枪支管理局(BATF)提交申请,还要一次性支付200美元印花税,并通过FBI的指纹核查与背景调查。
另外,为何“Silencer”这个词用得更久,而“Suppressor”则是近些年才出现?
海勒姆·珀西·马克沁为消声器申请专利时,其命名就是“Silencer”,因而Silencer长期以来一直是消声器的英文名称。但20世纪中后期,随着技术发展,工程人员和军事部门发现,这种装置的主要功能并非消除声音,而是“抑制(Suppress)枪口噪声、火光和后坐力”。所以一些人开始使用“Suppressor”,以更准确地描述其功能,强调“抑制声音”而非“消除声音”。不过在美国法律文件中,仍然以“Silencer”作为标准用词。
所以为规避“Silencer”的负面联想(如犯罪工具),消声器的制造商和枪械爱好者多使用“Suppressor”以强调其合法用途。实际上由于这两个词都被广泛使用,不存在替代关系,所以许多知名厂商(如KAC、SilencerCo等)在型号命名中常混用这两个词。
俄语中消声器是глуши́тель,字面理解就是“抑制器”或“减弱器”。而德语则是Schalldämpfer,字面意思是“声音阻尼器”或“声音缓冲器”。
结构原理
大多数消声器是由钢、铝或钛制成的中空金属管,内含膨胀腔室。这种装置通常为筒形,可安装在手枪、冲锋枪或步枪的枪口。这类筒形消声器因为其外形类似饮料罐,所以也被国外用户俗称为“罐式消声器”,是外接附件形式的消声器,可由使用者根据需要自行安装或拆卸。另一种类型是整体式消声器,其膨胀腔室直接包裹在枪管外,同时枪管上开有泄气孔,将火药燃气导入枪管周围的膨胀腔室内。这种消声器维护时需要对枪械进行部分拆解。
要了解消声器的结构,就要了解枪械噪声的来源。按重要性排序,枪械击发时噪声的三大来源为:
枪口激波,即弹头出膛后高温高压火药燃气逸出所产生的气动力性噪声;
弹道激波,即弹头超音速飞行产生的激波噪声;
机械噪声,即枪械运动部件的撞击声,主要是自动武器的自动机构往复运动产生的。


消声器仅能抑制前两种主要噪声源,且通常仅对枪口激波有效,而要削减弹道激波噪声往往需要使用亚音速弹,或使用有弹头减速功能的整体式消声器。至于机械噪声则无法通过消声器减轻,通常只能靠武器制造商或使用者自己通过额外的手段实现,例如将自动武器通过某种装置变成手动装填。
在枪械噪声中,枪口噪声几乎总是高于自动武器复进机构的机械噪声,所以消声器能够有效降低枪口噪声,从而达到基本的使用需求。
由于消声器针对枪口激波产生的强烈噪声,所以消声器消声的基本方法有:
枪口气流减速,以减弱激波强度,相应减小枪口噪声能量;
使气体膨胀冷却,以防止激波波前温度上升或使枪口火药燃气与周围空气缓慢地混合,以控制氧气量,防止产生二次焰,因而也可防止与之有关的噪声。
根据消声原理,消声器可分为以下几种主要类型:
膨胀型多腔消声器 用中央有孔洞的隔板将消声器内腔分开,弹头通过消声器时,火药燃气逐次经过各腔室膨胀降压,以达到减小噪声的目的。膨胀型多腔消声器是目前最为常见的设计。
吸热消声器 利用吸热原理使火药燃气冷却,降低火药燃气压力,达到减小噪声的目的。吸热材料多用铜丝网或其他导热性好的金属屑、丝等。吸热消声器的主要缺点是热材料易受烟熏等污染,需要经常清洗。
密闭消声器 在消声器内分间隔地局部装入弹性材料或多孔材料,并将口部用弹性垫封闭。在弹头飞出消声器之前,火药燃气一直保持在消声器内,待弹头冲开封口垫时,火药燃气才缓慢释放。这种消声器在封口垫未失效时具有优异的消声效果。
涡流消声器 在消声器内安装周边翻卷的膜片或螺旋形结构的隔板,使火药燃气进入消声器后产生涡流,减小中心部位的压力,延缓火药燃气流出的速度。马克沁消声器就是涡流消声器。
在实际应用中,以上各种类型的消声技术常常综合使用。如通过隔板形成膨胀多腔的内部结构,同时填充金属吸热材料,后来出现的湿式消声器其实就是用液体或其他冷却媒介取代金属吸热材料;或在膨胀多腔消声器的前端装上一个封口垫,如美军的MK22手枪所配的WOX-1A消声器或苏联AK步枪所配的PBS-1消声器就是这样的设计。
隔板常见设计
隔板是消声器中分隔膨胀腔室的环形金属导流结构,其中心开孔,允许弹头穿过。中心孔径通常比弹径大至少1mm,以降低弹头撞击隔板的风险。隔板材料多采用不锈钢、铝、钛或合金材料(如铬镍铁合金),通过整体金属机加工或钣金冲压成型。少数适配低威力枪弹(如.22 LR弹)的消声器已成功应用塑料隔板。
隔板之间通过定位环保持间距与轴向对正。现代消声器常将隔板与定位环集成为单体组件,部分设计采用螺旋式隔板组(helical baffle stack)实现一体化结构。精密设计的隔板表面通过以下方式增强气体导流效率:
斜面式,与枪管轴线成倾角的平面;
曲面式,锥形或复杂曲率表面;
交替式,隔板组内交替设置不同角度的导流面。
主流隔板构型根据其剖面结构形状,可分为以下几种类型:
M形——由一个个倒锥体组成,所以在中文文献里也称为倒锥形隔板,其制造成本最低。比如国产64式微声冲锋枪的消声器就是这种结构,其被形象地称为消声碗。
K形——通过侧壁斜向凸起形成枪管轴线湍流(湍流是指流体中不规则的、混乱的流动状态。而涡流通常指流体围绕某个轴线旋转的流动形态,比如龙卷风或涡旋)。
Z形——在侧壁设置“口袋”状的滞留气室,延长火药燃气冷却时间,不过这种结构也导致加工成本较高。
Ω形——通过一系列锥形隔板引导火药燃气偏离枪管轴线,其扇贝状的边缘会产生横向湍流,然后通过隔板组与侧壁间的小孔通道实现二次导流。