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LMS仿真与试验解决方案
LMS仿真与试验解决方案 (编号 1107) http://www.siemens.com.cn/plm/lms
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基于ASQ方法的摩托车通过噪声特性研究
作者:嘉陵集团 刘承科 许健
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摘要:采用 ASQ 技术对某摩托车的通过噪声进行了测试、分析,确定了各噪声源的主要贡献频带及相对贡献量,为后续的声学CAE 计算提供了条件。
关键词:摩托车 ASQ 贡献量

一 背景

在嘉陵集团某 125 型摩托车通过噪声改善研究工作中,需要确定各噪声源对总体噪声的贡献量大小及其主要贡献频带,以便在后续的CAE 工作中有的放矢地进行优化。由于在之前的屏蔽测试中已经确定了若干主要噪声源,而且考虑到摩托车噪声从传播途径上以空气传播为主,因此采用ASQ 方法进行此项工作。

二 ASQ 原理

ASQ(Airborne Source Quantification 空气传播噪声量化分析)是LMS 公司在上世纪九十年代中后期开发的一套用于精确测量各独立噪声源对总体噪声贡献量大小的测试技术,类似的还有AVL 公司开发的PCA(Pass-by Contribution Analysis)技术等。

众所周知,对于空气传播噪声,其传播机理如图 1 所示:

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图 1 空气传播噪声机理

其中,声源激励特性以体积加速度(m3/s2)或体积速度(m3/s)来表征,响应则以麦克风测得的声压(Pa)来表征。以本次ASQ测试为例,其技术原理可表述如下:

1 测量各噪声源的体积加速度。体积加速度(m3/s2)是反映声源激励强度最基本的参数,其作用可类比于力激励中的力。但是,声源的体积加速度往往很难直接测量,通常我们采用近场麦克风所测得的声压值并不能代表声源的强度。体积加速度只能通过间接测量计算得到,其方法可概括为:

1.1 在噪声源处布置标准声源,在近场点(与噪声源距离很近,下同)处布置麦克风,测量两处之间的传递函数;
1.2 移除标准声源,测量实际工况下近场点声压值;
1.3 通过逆矩阵运算,求得该噪声源在实际工况下的体积加速度。

2 测量各噪声源与远场点(距摩托车中心面7.5m,PBN 麦克风布置点,下同)之间的传递函数。

3 计算各噪声源对总体通过噪声的贡献量。

图 2 反映了ASQ 方法的原理。

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图 2 ASQ 方法原理图

如上所述,进行ASQ 测试的硬件设备包括标准声源、麦克风阵列、数采系统以及(半)消声室和底盘测功机等。

三 标准声源

标准声源即经过标定的扬声器,是 ASQ 测试中不可缺少的设备,其体积加速度(或体积速度)值可视为已知。对标准声源的要求主要有以下两点:

1 在标称频率范围内其自功率谱幅值应保持恒定;
2 其发射声波在较大空间角度范围内(270º以上)接近球面波。

按照这两条原则,普通家用扬声器乃至 Hi-Fi 级扬声器都不能用于ASQ 测试。本次测试中使用的标准声源有三种:Fly Eye、MFVVS(Mid-Frequency Volume Velocity Source 中频体积速度声源)、以及Source for long distance transfer measurements(远场传递测试声源,以下简称“远场声源”),其主要差别在于适用频率范围以及最大输出功率的不同。上述标准声源全部由LMS 下属的QSource 公司提供。

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图3 各种标准声源适用频带

图4 - 图7 为各种标准声源外观。

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需要注意的是,标准声源在用于测试前也要经过校准,而且必须在消声室或其他(半)自由场环境下进行。校准的基本方法是在距声源一定位置处布置麦克风,测量出两点之间的FRF(频率响应函数),再与根据声学理论推导的FRF 进行对比,也可用其他已校准声源的测量结果进行对比。

另外还有必要指出,标准声源仅仅只是一个扬声器,标准声音信号由数采前端产生。例如,LMS 的SCADAS 系列数采前端加装其QDAC 模块后即可用于提供标准声音信号。标准声音信号经过功率放大器以后,才能驱动标准声源(扬声器)发出用于测试的声音。

四 ASQ 测试过程

1 确定测试工况。本次测试考虑了三种工况,即PBN 工况(瞬态)和6400RPM、6600RPM(稳态),其中两种稳态工况是根据屏蔽测试结果确定的。

2 麦克风布置。按照尺寸大小将实际噪声源简化为一个或多个假想噪声源,整个摩托车测试的麦克风阵列布置如下:

进气:考虑为 1 个噪声源,布置4 个近场麦克风;
排气:考虑为 1 个噪声源,布置4 个近场麦克风;
发动机:考虑为 5 个噪声源,布置15 个近场麦克风。

图 8 - 图11 为布置好的麦克风阵列。

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图 10 和图11 中,红色位置为标准声源布置处,也即是假想噪声源的位置。

3 声源校准,见前文叙述。

4 实际工况测试,即测量三种实际工况下近场麦克风处声压值。

5 近场FRF 测量,即测量各近场麦克风到假想噪声源处的频响函数FRF。测量时将标准声源放置在各假想噪声源处,测出各近场麦克风处的声压,从而得到FRF。

上述第 4 步与第5 步结果联立,即可解算各假想噪声源的体积加速度或体积速度。

6 远场FRF 测量。此步骤的目的是求出各实际噪声源到远场点之间的频响函数FRF。这是ASQ 测试的最后一个步骤,将此结果与上面求出的各虚拟噪声源的体积加速度或体积速度联立,即可求出各噪声源对总体通过噪声的贡献量。具体测量过程为:在7 个假想噪声源处各布置一个麦克风,远场标准声源布置在PBN 测量点处,如图12、图13 所示:

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五 ASQ 测试结果分析

经过数据后处理,可以得到如图 14 所示的进气噪声(绝对)贡献量:

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图 14 进气噪声贡献量

图中蓝线和绿线分别表示进气噪声和总体通过噪声的声压级,可见通过噪声最主要的频率范围在100-500Hz。其中进气噪声的影响主要集中在80-400Hz 频率范围内并且在80-200Hz区间居于绝对支配地位。

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图 15 各主要噪声源相对贡献量

图 15 显示了各噪声源对总体通过噪声的相对贡献量(比重)。可以看出:

80-200Hz 进气噪声贡献超过80%
200-300Hz 排气噪声贡献超过80%
300-500Hz 进气占60%,排气占40%
1KHz 以上 发动机辐射贡献超过80%

六结论

ASQ 方法可快速、精确分析各噪声源对总体噪声的贡献量大小以及主要贡献频带,是一种非常理想的噪声源分析工具。但是,ASQ 的应用也存在一些局限,主要包括:

1 对测试环境和设备要求较高;
2 需要其他测试(如屏蔽测试)作为铺垫,以便确定测试工况和选择标准声源。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/26/2011)
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