偏相干分析在风洞噪声源识别中的应用

案。结合噪声测试数据 ， 表明风洞主要噪声源识别的有效性 。 关键词 ： 声学；噪声测量 ；航空声学风洞 ； 贡献量 ； 偏相干函数； 声源识别
中图 分 类 号 ： １． Ｖ２ １ ４ ７ 文 献表 示 码 ： Ａ Ｄ 编 码 ：０３ ６ ／ｉ ｎ１０ ．３ ５２ １．４ ３ ＯＩ １．９ ９ ．ｓ．０６ １５ －０ １ ． ３ ｊｓ ００
２１年 ８ ０１ 月
噪
声
与
振
动
控
制
第４ 期
文章 编号 ： ０ ６ １５ （０ ０ — １２０ １ ０ —３ ５２ １）４０ ４ —３ １
偏 相 干分 析 在风 洞噪 声 源识 别 中 的应 用
顾光武 ， 朱 博
（ 中国空 气动 力研 究与发展 中心 ， 四川 绵 阳 ６ １０ ） ２ ００
“ 余信 号 ” Ｌ 为条 件传 递 函数 ， 剩 ， Ⅳ为 附加 噪 声 的 傅里 叶 变 换 ，ｙ为声 场 中 目标 测 点 噪 声 信 号 的傅 里
／ … — １ ／／
Ｌ，
验 段 风 速 为 ３ ／， 得 各 噪声 测 点 的总 声 压 级 如 ０ｍ ｓ 测 表 １ 示 。测试 结 果表 明 ， 口试 验段 风速 为 ３ ／ 所 开 ０ｒ ｓ ｎ 时 ， 洞背 景 噪声 具有 很低 的噪 声级 。 风
表 １各 噪 声测 点 声 压 级 （ 位 ：Ｂ） 单 ｄ
ｒ
一 一
厶 、 ｒ卜
… 一７
…
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型 。噪声测 点 布置 如 图 ３ 示 。 所
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，
Ｌ… 一 一 … ３
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∑…＋ ｙ 一
３ 测 试 数 据 分 析
风 洞 电机 稳 定运 行 在 ８ ０ ／ ｎ时 ， 洞 开 口试 ６ ｍｉ ｒ 风
ｊ …
～ ～ … 一
Ａｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｒｉ ｌ ｈ ｒ ｎ ｅｆ ｒ ｐｉ ｔ ｆ ｃ ｏ Ｐａ ｔ ａ Ｃｏ ｅ ｅ ｃ ｏ ｉｅＳ ｕ ｃ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔ ｎ ｉ Ｎｏ ｓ ｏ ｒ ｅＩ ｅ ｔ ａｉ ｉ ｆ ｏ ｎ Ａｅ ｏ ｃ ｕ ｔ ｉ ｄ Ｔ ｎ ｅ ｒ ａ ｏ ｓｉ Ｗ ｎ ｕ ｎ ｌ ｃ
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Ａｂ ｔａ ｔ： ｄ ｎ ｉ ｃ ｔ ｎ ｏ ｏ ｓ ｏ ｒ ｅ ｉ ｆｉ ｏ ｔｎ ｉ ｎ ｆ ａ ｃ ｏ ｏ ｓ ｏ ｔｏ ． ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｌ ｐ ｅ ｉｐ ｔ ｓｒ ｃ Ｉ ｅ ｔ ｉａ ｉ ｆｎ ｉｅ ｓ ｕ ｃ ｓｏ ｍｐ ｒａ ｔｓ ｉ ｃ ｎ ｅ ｆ ｒｎ ｉｅ ｃ ｎ ｒ １ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ａ ｍｕ ｔ ｌ ｎ ｕ ／ ｆ ｏ ｇ ｉ ｉ
鲁
也就不 能直接测 量 噪声源 贡献量 。
１ 偏相 干分析 ． ２
（ １ ）
其 中 Ｅ 为第 噪 声源 声 能量 或 声功 率 ， 为声场 个
中 目标 测 点的声 能量或 声功 率 。工程 中很 多时候不 能采取有 效措 施 ， 以进行 噪 声源 声功率 的单独 测量 ，
２ 风 洞 噪 声 测 试 方 案
４ （ 学 风 噪声 测试 试 验在 时．５ｍｘ０． 段 为开 口试 验段声 ２ 洞上 完成 。试 验 ０５风洞 试验ｍ低湍 流 度航 空 ， ） ， 消 声 室 收集 器 开度 为 ８ ０ｍｍｘ ２ ｒ， 口距 离 收 ５ ７ ０ｉ ｎ 喷 ｎ
其 中 噪声 源 与 目标 测 点噪 声 （ 出噪 声 ） 输 的偏 相干
函数 ） ，
！ 比较 全 面 地 反 映 了 噪 声源 的 贡献 。 因
此 ， 方便 起 见 ， 利用 式 （ ） 为 只 ５ 分析 偏相 干 函数特 性 ，
以便对 噪声 源进 行识 别和 分 离 。
若 噪 声源 之 间相 互 独 立 （ 不 影 响 ） 则 噪 声 源 互 ， 贡 献量 可用 常相 干 函数 表 示 为
ｔ ｅｎ ｉｅｍｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａａ ｔ ｅｍａｎ ｎ ｉｅｓ ｕ ｃ ｅ ｏ ｃ ｕ ｔ ｎ ｄ ｔ ｎ ｅ ｅ ｔ ｅ ． ｏ ｔ ｏ ｓ ａ ｕ ｍｅ ｔ， ｈ ｉ ｏ ｓ ｏ ｅｉ ａ ｒ ａ ｏ ｓ ｅｗｉ ｎ ｌ ｓｉ ｎ ｉ ｄ ｈ ｒ ｄ ｒ ｎ ｉ ｕ ｉ ｄ ｉ ｆ
（） ５
∑－ （ － ｆ ）
于 是 ， 条件 输 入状 态下 ， 声源 的贡献 量表 示 为 在 噪
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（ ６ ）
Ｘ（ ｑ） ｔ
图 １ 多 输 入 单 输 出线 性 系 统
Ｆ ｇ １ ｈ ｌ ｐ ｅｉ ｐ ｔ ｔ ｉ ｇ ｅ ｏ ｔ ｕ ｙ ｔ ｍ ｉ． Ｔ ｅｍｕ ｔ ｌ ｕ ｈ ｓ ｌ ｕｐ ｔ ｓｅ ｉ ｎ ｗｉ ｎ ｓ
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假 定 噪 声源 信 号 为平 稳 随机 信 号 ， 且系 统 为 常 参 数 线性 系 统 ， 可建 立 多输 入 单输 出噪 声系 统模 则
型 ， 图 １ 示 。 ．（ 代表 噪声源 输入信 号 ， ） 如 所 ２￡ ７） ｈ（ 代 ￡ 表 系统 响 应 ， ￡代表 系统 附加 噪声 ， （ 代 表声场 （ ） ￡ ）
集 器入 口距 离 为 １ ３ｍ， ． 消声 室 为全 消声状 态 。 ５
髦塾 ｃ ｒ ｚ ２
Ｉ Ｇｙ ｋ 一 ｙｆ ｉ （ｆ
若 噪 声源 之 间不 独 立 （ 在 相 互 干 扰 ） 则 常 相 存 ， 干 函数 不再 适用 于 多输 入 单输 出系 统 的 噪声源 贡 献 量 测量 与分 析 。此 时 ， 要 使 用 偏相 干 分 析 技 术 来 需
手段 。声学 风 洞 中 的噪 声源 之 间相 互 影 响 ， 且具 有 “ 不可 屏蔽 ” 的特 性 ， 因此 ， 能采 用使 噪声源 分 别独 不 立 工 作 的方 式来 测 量和 分 析 噪声 源 的贡 献 量 ， 要 需
采 用偏相 干技 术对 声学 风洞 噪声源 进行 分析 。本 文 以 ０ ５ｍｘ ． ｍ 低 湍 流 度 航 空 声 学 风 洞 为研 究对 ． ０４ ５ 象， 介绍 了偏相干 技 术在风 洞噪 声源识 别 中的应用 。
Ｋｅ ｒ ｓ：ｃ ｕ ｔ ｓ； ａ ｏ ｓｉ ｓｍｅ ｒ ｅ ｍ ； ｅ ｏ ｃ ｕ ｔｃｗｉ ｄ ｔ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｕ ｏ ； ａ ｔ ｌ ｏ ｅ ｅ ｃ ｕ ｃ ｏ ； ｙ ｗｏ ｄ ａ ｏ ｓ ｃ ｉ ｃ ｕ ｔ ￣ｕ ｍｅ ｃ ａ ｒ ａ ｏ ｓｉ ｎ ｎ ｌ； ｏ ｔｉ ｔ ｎ ｐ ｒ ａ ｈ ｒ ｎ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｕ ｂｉ ｉ ｃ ｉ ｎ ｉｅｓ ｕ ｃ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔｏ ｏ ｓ ｏ ｒ ｅｉ ｅ ｔ ａｉ ｎ ｉ ｆ
在声 学风洞 中 ， 风扇 叶片旋 转 噪声 、 流经 过导 气
１ 噪 声源 贡 献 量 与偏 相 干 理 论
１１ 噪声源 贡献 量 ．
流 片 的噪 声 、 口射 流 噪 声和 收集 器 噪 声都 会对 消 喷
声 室 内的试验 段 背景 噪声 产生 影 响 ｕ 。研 究和 分析 声学 风洞 噪声源对 声学风洞 噪 声源识 别及 降噪 技术
收 稿 日期 ： ０ ０１－４； 改 日期 ：０ １０ —４ ２ １．２２ 修 ２ １－１１ 作 者 简 介 ： 光 武 （９ ０一 ， ， 族 ， 州 毕 节 人 ， 理 研 究 顾 １８ ）男 彝 贵 助 员 ， 要 从 事 风 洞 测 量 系 统 设 计 及 信 号 处 理 研 究 主 工作 。 Ｅｍａｌ ｕ ｕ ｇ ｕ １ ３ ｏ － ｉｇ ｇ ａ ｗ ＠ ６ ． ｍ ； ｎ ｃ
摘 要：噪声源识别对 噪声控制具有重要意义 。在建立多输入／ 单输 出系统噪声模型， 分析介绍噪声源贡献量测量
及偏 相干 分 析 技术 的基 础 上 ， 出偏 相 干 函 数 的 条 件 谱 计 算 公 式 。 针 对 ０ ５ ０ 给 ． ． ｍ航 空声 学 风 洞 ， 定 噪 声 测 试 方 ５ ｍｘ ４ 拟
分析 噪 声源 贡献 。
广 ～一…］
… … …
把 消 声室 内影 响风 洞 背景 噪 声 的主要 噪 声源简 化 为 两 个 噪 声源 ： 口噪声 和 收 集器 噪声 。把 风洞 喷 背 景 噪声 作 为输 出 ， 立双 输 入 单 输 出 噪 声系 统模 建
Ⅳ
Ｌ～…一 、 …ｊ ＼
Ｔｂ１ Ｓ Ｌｏ ｍｅｓｒｍｅｔ ｏ ｔ（ｎｔｄ ａ ． Ｐ ｆ ａｕｅ ｎ ｉ ｓｕ ｉ Ｂ） ｐｎ ：
Ｌ —。 —— — —— ｊ ． —
图２等效系统
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偏 相 干 分 析 的基 本 思 想 是 利 用 输 入 间 的 相 干 性 ， 渐排 除有 关 输入 之 间 的线性 影 响 ， 逐 使系 统变 成
Ｇ Ｕ ａ ｇ－ ＺＨ Ｕ Ｂｏ Ｇｕ ｎ ｗｕ，
（ ｈｎ ｒｄ ｎ ｍｉｓ ｅｅｒｈａ ｄ ｖ ｌ ｍｅｔ ｅ ｔ ，Ｍｉ ｙｎ ２ ０ Ｓｃｕ ｎ Ｃ ｉａ Ｃ ｉａ ｏ ｙ ａ ｃ ｓａｃ ｅ ｐ ｎ ｎｅ Ａｅ Ｒ ｎ Ｄｅ ｏ Ｃ ｒ ａ ａ ｇ ６ ０ ， ｉ ａ ｈｎ ） ｎ １ ０ ｈ
噪声源 贡献 量测 量是 为 了确 定在 声场 中给 定噪 声测 点位 置 ， 每个 噪 声源 的声 能量贡 献 ， 后针 对贡 然
献大 噪 声源采 取 降噪措 施 嘞 。噪 声源 贡献 量定 义为 噪声源 能量 与总 能量之 比 ， 即
研究 具有重 要意义 。
噪声源 贡献量 测试 及分 析是 噪声 源识 别 的重要
相互独 立 的条 件 输入 噪 声系 统 ｐ １如 图 ２ 示 。 Ｘ｛ 一， 所 为噪 声源 信 号 ｚ （ 的 傅里 叶变 换 ， 件 输入 ．＿］ ） ｆ 条 １ ！
表示 已经 去 除 ， … … Ｘ １ 性 影 响后 的 ＿１ 线
对 布 置 的 ３ 噪声 测 点进 行 频 谱 分 析 ， 到 频 个 得 谱 如 图 ４ 图 ５ 图 ６ 示 。从 频 谱 图上 可 知 ， 、 、 所 噪声 主
中 目标测 点 的噪声输 出信 号 。
偏 相 干分 析在 风洞 噪 声源 识别 中 的应用
（） ｆ Ｘ（ １ ｘ （） ２ｆ
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１３ ４
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