中文版—声源识别技术及其应用-20091015

声全息测量技术的局限性之二:高下限频率
45 °
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45° 45°
l ≥ λ max
下限频率受限的原因—空间傅立叶变换的存在
z
测量平面 计算平面
声源
空间域
波数域
p(x,y)
DFTx,y
P(kx,ky)
传递
SONAH
函数 H
p(x,y)
DFTx-,y1 P(kx,ky)
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基于声学成像的主要表面噪声源识别技术
z 声强及选择性声强方法
z 近场声全息（Nearfield Acoustical Holography * STSF™）
z 平面相控阵列技术（Beamforming *） z 基于统计优化的近场声全息技术（SONAH）的三维保型成像技术 z 基于IBEM的三维成像技术 z 球型相控阵列技术
ΔX (t) = ∫∫(X&&A(t) − X&&B(t))dt
步骤 2:测量悬置动刚度
– 移除汽车的橡胶单元 – 测量他们的复刚度
K = K(ω)
步骤3:计算工作载荷力: [F] = [K][ΔX ]
步骤4:测量声学传递函数: [H]=[NTF]
步骤5:计算路径贡献
- 计算贡献、修改、再计算、模拟声音... ...
z 源-路径-贡献回答以下问题:
– 哪个输入最主要? – 哪个噪声路径最重要? – 噪声路径之间是怎么相互作用的? – 是系统(路径)问题还是源的问题? – 假如改变源和路径,响应相应的将怎么变化?
z 源-路径-贡献使您能在系统水平或者部件水平进行如下工作:
– 目标设定 – 建立基准 – 故障诊断 – 响应仿真
Try
平面相控阵列技术的应用– 汽车发动机
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z 66 单元 轮辐圆阵列
z 直径 1m z 旁瓣水平: -10.4 dB
（小于21 kHz）
平面相控阵列技术的应用–汽车发动机
1/3倍频带
3150 Hz
5000 Hz
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4000 Hz 6300 Hz
z 测量距离: 1.04m z 42ch通道的轮辐
圆阵列 z 阵列直径: 1m z 利用毛毡减少窗
的反射
z 1200 Hz
烟灰缸
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z 目的：以期达到帮助工程技术研究人员理解噪声的产生和辐射机理，并 确定提高噪声辐射之有效改进措施
z 分类： – 物理声源识别
» 消去法、分别运行法 » 传递路径分析方法 » 频谱特征分析及滤波方法 » 偏相干函数方法
– 表面噪声源识别
» 声强及选择性声强方法 » 近场声全息（Nearfield Acoustical Holography * STSF™） » 平面相控阵列技术（Beamforming *） » 基于统计优化的近场声全息技术（SONAH）的三维保型成像技术 » 基于IBEM的三维成像技术 » 球型相控阵列技术
× 麦克风间距 ≈ 15 cm
15 cm 10 cm 7.5 cm 5 cm 3 cm
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平面相控阵列技术
角度覆盖 相控阵列 (相机镜头)
指向性 分布映射成像
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平面相控阵列的原理 － 求和放大(聚焦正前方)
平面波
平面波
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噪声源识别技术及其应用
B&K 中国
香港、上海、北京、广州 西安、武汉、成都、沈阳
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概述
z 定义：它是识别噪声源的位置、频率构成和贡献量大小的测试、诊断和 目标设定的一系列测量技术的总称
z 测量惯性矩阵 [HI]=[A]/[F]
- 移除发动机,悬置
A
- 选择感兴趣的路径
- 测量/激励在最好的位置
P
- 研究矩阵的质量
z 逆矩阵 [HI]
- 计算每个力的复数谱
- 研究矩阵的条件数
z 计算力 [Fo] = [HI]-1 [A]
z 测量噪声传递函数: [H]=[NTF]
- 使用振动－声学互异性 - 测试时移除发动机和悬架
p(x,y,402Hz) p(x,y,400Hz)
FFTx,y
p(Kx,Ky,404Hz)
平面 & 衰减波
计算平面
, z ≠ z0
p(x,y,t)
传递函数 H
滤波 & FFTt-1
p(x,y,406Hz) p(x,y,404Hz) p(x,y,402Hz) p(x,y,400Hz)
FFTx-,1y
p(Kx,Ky,404Hz)
平面 & 衰减波
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声全息技术的空间精度: 空间分辨率, R
在源平面内，不能被有效分离的两个声源
R
之间的最大间隔R
Log(R) R~a
a: 测量距离
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R ~ min{½λ, a}
R ~ ½λ
Log(f )
声全息技术适用的频率范围
使用二维空间 FFT 45°
Beamforming –汽车车室内部
z 测量距离: 1.04m z 42ch通道的轮辐
圆阵列 z 阵列直径: 1m z 利用毛毡减少窗
的反射
z 1500 Hz
手刹杆
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Log(f )
平面相控阵列技术的应用– 汽车风动实验
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临界值: 69 dB 间隔: 1.5 dB
前轮胎后面 的光标位置 低于 1 kHz
平面相控阵列技术的应用–汽车风动实验
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临界值: 55 dB 间隔: 1.5 dB
前门把手的 光标位置 2.1 kHz – 2.6 kHz
z
测量平面 计算平面
声源
45 °
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球型相控阵列的应用
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球型相控阵列的基本思想
z 主要思想
1- 一个给定的声源或者声场 ⇒ 球面的声压水平分布
平面波引起的 球表面的外表面声场
2- 从测量得到的声场 ⇒知道声源从哪里来?
声场来源于 X-轴向
多重相干技术 其他的空气声技术
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结构声之悬置刚度方法的基本思想
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通过测量悬置变形来 确定输入的载荷强度
( F = k ⋅Δx )
结构声之悬置刚度方法的实施步骤
步骤1:测量悬置两侧的工作加速度
– 测量悬置的主动和被动侧 – 同时测量 – 从测量得到的加速度确定工作位移
聚焦任意方向－简单的延时及求和计算
平面波
根据选定的聚焦方向，对每个通 道单独设置相应的延时Δm已达 到所有通道对齐，再对延时后的
结果进行求和
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适用的频率范围和空间精度
Log(R) Beamforming
全息阵列
R ~ (L/D)λ > λ
R~L
R ~ ½λ
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空气声源替代方法方法的实施步骤
间接计算表面体积速度
Q
鲁棒求逆规则非常重要
[Q] = [H]−1[P]
p
计算源强度 Q
测量在位置P的声源和表 面的声压p之间的传 递函数H (冷机条件)
测量接近于源的位置的 运行时的声压 (3 cm 远)
P
对远场声压的每一个单元的空气声贡献
硬表面
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平面相控阵列技术的应用– 汽车车室内部
车内噪声的映 射成像
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Beamforming –汽车车室内部
z 测量距离: 1.04m z 42ch通道的轮辐
SONAH的声全息大大将下限频率降低到原来的1/8
45°
l ≥ λmax
45 °
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45° l ≥ λmax
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SONAH的应用—轮胎噪声辐射的瞬态测量
轮胎辐射噪声的测量
− 315 Hz 的1/3倍频率带
Time [Samples]
dB
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时间或角度平均
l ≥ λmax
45°
低频限制
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Details
Δl < ½λmin
Δl ≤ a
a 高频限制
声全息技术的实际应用
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声全息测量技术的局限性之一: 低上限频率
Δl < ½λmin
Δl ≤ a
a来自百度文库
上限频率
kHz
1.0 kHz 1.5 kHz 2.0 kHz 3.0 kHz 5.0 kHz
圆阵列 z 阵列直径: 1m z 利用毛毡减少窗
的反射
z 800 Hz
变速杆罩
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Beamforming –汽车车室内部
P = X& FQ
z 计算路径贡献
F
F
F
- 计算贡献、修改、再计算、模拟声音... P = [H][Fo ]
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非结构传递途径的存在—空气噪声源
• 进气口 • 排气口 • 壳体噪声 (进气 & 排气) • 发动机辐射噪声 • 变速箱辐射噪声 • 路面空气噪声 • 风噪声
z 源/路径的连续分布特性
∑[ ] ∑ Pt=
i
Pi
=
i
⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛
Pt Qi
⎟⎟⎠⎞Qioperating⎥⎦⎤
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空气声源替代方法的基本思想
将真实的源假想成具 有相当体积速度的 若干个点源，并通 过源点和指示点之 间的传递函数及工 作时指示点的大小 来确定源强度
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SONAH的应用—轮胎噪声的瞬态测量平均结果
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SONAH的应用—制动啸叫的测量
粒子速度, 1600 – 2000 Hz
SONAH
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NAH & Zero padding
NAH & Iterative Extrapolation
声全息测量技术的局限性之三:被成像表面的二维限制
参考 1 参考 2
参考 1 + 2 标准
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选择性声强法应用
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声全息阵列
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2D FFT
伪理论: 块数据流
时域
频域
波数域
测量平面
, z = z0
p(x,y,t)
FFTt
p(x,y,406Hz)
p(x,y,404Hz)
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传递路径分析方法—源及源-路径-接受者模型
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传递路径分析方法—价值
z 源-路径-贡献是一个评估和排序振动和噪声贡献来源的方法。它能帮助您理 解噪声和振动是怎样通过车上和车周围的各种路径传播（结构声和空气声）。 允许您分解、评估和排序乘员感受的振动和噪声的主要贡献源和传播路径。 其基本思想是对所有的振动和噪声路径上的部分响应执行相位和。
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声强法表面噪声源识别
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声强法表面噪声源识别
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选择性声强技术
z 识别声场相关于一个或 者多个参考或者目标的 部分.
z 测试设置: 两个扬声器 分别由不相干的白噪声 驱动.
z 参考:每一个扬声器附近 有一个传声器.
P = ∑[H][F]
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结构声之阻抗矩阵方法的基本思想
测量惯性 矩阵
测量工作 加速度
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通过测量工作加速 度和惯性矩阵来 确定输入的载荷 强度
（ F = ma ）
结构声之阻抗矩阵方法的实施步骤
z 测量车身侧的工作加速度 [A]
-在多个位置测量时间数据
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传递路径方法 — 方法和工具
NVH 整体理解 源分解
源路径贡献分解
阻抗矩阵方法
结构声源贡献 悬置刚度方法
z 悬置力的鲁棒确定 (矩阵求逆)
z 简单和快速测量结构声传递函数 (NTF)
空气声源贡献
多重相干技术
源替代方法
板辐射贡献
z 源强度的鲁棒确定
z 简单和快速测量空 气声传递函数 (NTF)