中型汽车噪声频谱检测与分析

　　某中型载货汽车在怠速工况下，驾驶室内存在明显的嘟嘟异常噪声，即出现了所谓的异响，该嘟嘟异常噪声在发动机转速升高后反而感觉逐渐降低或消失，因此，本文定义上述噪声为怠速异常噪声或怠速异响。该异常噪声极大地降低了该车的声品质，容易让顾客产生该车存在设计和制造质量问题的错觉，严重地影响了该车型的市场竞争力。

　　通常车内噪声的主要来源包括：发动机噪声、传统系噪声、进排气系统噪声、冷却系噪声、空压机及其它附属设备噪声等。常用的噪声源识别方法有：频谱分析法、声强及声强成像方法、声全息法、统计优化的声全息方法、Beam form ing方法、传递路径分析法、FEA、BEM、IFEA、IBEM方法等，几乎上述所有声源识别方法在车内噪声源识别中均有应用报道。而实际测量中亦很难独立运用某一种方法就能准确识别出噪声源。本文在综合运用频谱分析法、声学互动滤波主观评价方法、声强测量及声源成像方法、消去法的基础上，快速准确地识别出该怠速异响的噪声源，并揭示了其传播和辐射机理。

　　1怠速噪声频谱测量与分析实验首先利用PULSE振动噪声分析系统测定了该车怠速工况下的噪声频谱。测量时整车驻车定置、发动机怠速运转、变速器挂空档。为了更好地反映驾驶员对车内异常噪声的主观感觉，测量时让驾驶员佩带双耳传声器进行车内噪声测试。所示为驾驶员右耳传声器实际测量得到的线性噪声频谱图。

　　可以看出，除了在发动机点火频率28 H z（发动机为四缸四冲程发动机，其怠速工作转速为825 r/m in）及其前6阶谐波频率成分外，在274H z 330 H z的频率范围内的302 H z、316 H z、330 H z等频率上亦存在明显主峰。

　　2基于声学互动滤波的异响界定所谓声学互动滤波就是利用声学滤波修改软件对测量记录的噪声时域数据进行实时数字互动滤波，通过数字声卡对滤波前后的数据进行回放对比，进而直观判断造成异响的噪声分量的主要频率成分。本文利用声学互动滤波来判定频谱分析中异常峰值所在频率范围是否是异响的主要频率成分。

　　针对出现的170 H z 190 H z、270 H z 330 H z、580 H z 620 H z等峰值频带范网，分别设置相应的频带衰减滤波器对原始时间信号进行滤波及滤波后的数据回放试听，并判断是否存在异响和给出声音品质评价。经过反复调整滤波器参数，*后确定的主观得分*高的频带衰减滤波器主要参数设置为：起始频率为300 Hz、起始频率点增益为- 40 dB、滤波器带宽为22 H z、终止频率点增益为- 40 dB、余弦过渡带。滤波前后噪声信号的听觉主观评价结果表明：滤波后怠速异响消失，声音品质显著改善。因此可知，该车的怠速异响噪声的主要频率范围为280 Hz 350 Hz.

　　3基于声强法的表面声源识别为了进一步研究整车定置状态下怠速异常噪声的来源及其传播和辐射机理，使用声强测试系统对样车进行车外声强测量及表面声源成像。由于测量在室外进行，受周围环境的影响较大，且*终目的是为了研究各车外主要噪声源与车内异响的直接关系和贡献。因此，进行声强测量时，利用驾驶员头带双耳传声器的右耳信号作为参考信号，采用了如式（ 1）所示的改进算法，本文称之为选择性声强。而传统的普通声强定义如式（2）所示。

　　sI ^ r = - 1 r lm G micA，r ef G ref，m icB G r ef，ref（ 1）I ^ r = - 1 r lmG micA，m icB（ 2）其中，s I ^ r为选择性声强，I ^ r为普通声强，为媒质密度，为声波圆频率，r为声强探头传声器间隔，G m icA，ref为声强传声器A与参考信号的互谱，G ref，m icB为声强传声器B与参考信号的互谱，G ref，ref为参考信号的自谱，G micA，micB为声强探头两传声器之间的互谱，Im表示取虚部。

　　由于选择性声强利用了与参考信号的互谱进行计算，利用互谱本身的相关性和选择性进行声强测量，因此相比普通声强，它具有更好地抑制背景噪声干扰、能够直接定位根源或目标贡献源的显著优点。本文选择驾驶员右耳传声器作为参考进行选择性声强测量，达到了如下目的，其一是由于声强测量在外场进行，没有足够好的声学测量环境，利用车内信号作为参考能够有效地降低测量时背景噪声的干扰；其二是怠速异响的在车内比车外更显著，因此选择车内信号作为参考，能够更为显著地提取造成怠速异响的主要噪声源，目标更明确。

　　为了保证足够的空间分辨率和测量频率范围，测量表面距离驾驶室表面20 cm，各相邻测点之间间距亦为20 cm，测量表面10行、12列，共120个测点，而声强探头两传声器的间距为50 mm，可以使用的有效频率范围为25 Hz 1 600 H z.

　　（发动机进气侧）以A计权声强级等高线形式给出的选择性声强声源成像图。该图清晰显示声强等高线图在对应进气门位置和空气滤清器位置存在峰值中心，明确表示进气口和空气滤清器位置是异响噪声的两个表面声源。

　　对进气口位置，由于除了进气口以外其他声源离该位置较远，没有其他声源的直接直线传播途径，且属于发动机等其他噪声辐射源的声隐区，因此可以明确断定该位置的噪声是进气噪声，进气噪声是该位置的噪声辐射源。对于空气滤清器位置，该位置后侧除了排气口以外亦没有明显的机械运动部件和噪声源，而一方面汽车右侧的声强测量结果表明，在怠速状况下右侧噪声辐射相比左侧噪声小很多，另一方面排气口位置离该点亦较远，对该点的声强影响必然较小，因此排气口噪声不是该位置的噪声源。而发动机及其附件均位于空气滤清器前侧，且空气滤消器处于发动机的声音衍射区和部分直线传播区。因此，若该频率主要来源于发动机等前部声源，则其等高线不该呈现主轴基本垂直于地面的上下分布的椭圆（很接近圆）。因此，空气滤清器壳体本身的噪声辐射应该是该位置噪声的直接来源。究其原因：进气噪声由发动机向进气口传播的过程中必须经过空气滤清器，并在空气滤清器入口和出口位置处由于阻抗突变形成较大的声反射，特别是在空气滤清器内部，其声压水平会被提高到相当高的水平，并对空气滤清器壳体形成很大的声激励。空气滤清器壳体受上述声激励发生强烈振动进而向外辐射噪声，形成该位置的噪声辐射源。该结论被进一步的空气滤清器壳体表面振动测试实验结果所验证。

　　综上，声强法表面识别结果表明：样车怠速时274 H z 330 H z频率范围的表面噪声辐射源分别为进气口和空气滤清器，而进气系统噪声是形成上述噪声辐射的根本原因。

　　4基于消去法的物理声源识别所示为该车进气系统结构示意图，空气从进气口沿管道进入空气滤清器，经过过滤后一部分沿主管道进入发动机、一部分沿主管道上的旁支管进入空压机，显然发动机进气噪声和空压机进气噪声均可能是该怠速异常噪声来源。因此，本文进一步采用消去法进行该进气噪声的物理声源识别。实验时断开空压机与进气系统主管道之间的旁支管而让发动机进气系统单独运行，即切断空压机进气噪声通过空气滤清器和进气口向外辐射。测得的驾驶员右耳旁测点噪声频谱如所示。比较可以明显看出，274 H z 330 H z频段内的噪声峰值显著降低。由此可以确定样车274 H z 330 H z频段内的异响噪声为空压机的进气噪声，且控制空压机进气噪声能够有效消除该车怠速异响。

　　5结论针对某中型载货汽车怠速时产生的怠速异响，综合运用频谱分析技术、声学互动滤波技术、选择性声强及声源成像技术以及消去法物理声源分离技术，准确识别了该车怠速异响的噪声来源。车内驾驶员耳旁噪声的频谱分析和声学互动滤波分析表明，怠速异响的噪声频率范围为274 Hz 330 H z.基于选择性声强的车外表面噪声源识别结果表明，进气口辐射噪声和空气滤清器壳体表面辐射噪声是怠速异响的表面辐射源，进气系统噪声是物理来源。进一步的基于消去法的物理声源识别结果表明，空压机进气噪声是其根本来源。控制空压机进气噪声能够有效消除该怠速异响，而增加相应的空压机进气消声器是较经济可行的控制措施。

　　通过本文的研究，即准确识别了影响该车声品质的怠速异响噪声根源，为进一步的噪声控制措施制定奠定了坚实基础；且采用的基于声学互动滤波和选择性声强等综合噪声源识别方法对其它噪声源识别、特别是异常噪声声源识别具有极强的参考价值。