CN111964776B - 一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法 - Google Patents

一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，该方法如下：将整车设置半消声室中，测量泵体附近两个对称位置到车内驾驶员耳内的声音传递函数；只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员耳内布置的传声器测试驾驶员耳内响应点的噪声声压频谱；根据声音传递函数和噪声声压频谱计算得到泵体声功率；根据泵体声功率和基准声功率计算得到总频段泵体声功率级。本发明将整个对标车布置在半消声室中，有足够的空间可以布置传声器，可以在不拆车的情况下测试对标车泵体声源噪声大小，进行对标；并且周围环境中没有其他物体对声音进行反射，准确性较高，优先适用于真空泵等泵体，也适应于其他一些声源的声功率测量。

Description

一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法
技术领域
本发明属于泵体声功率级测试技术领域，涉及一种整车状态泵体声功率级测试方法。
背景技术
在进行对标车泵体声源噪声大小评价中，目前汽车企业通常采用声压级评价法，可简单分为整车状态和台架装态。
台架状态测试：将泵体拆下，在消声室中搭建台架，以同样的距离无反射的声学环境测出噪声声压级，然后也可以进一步将声源辐射面分为若干个，并近似假设各个辐射面声强相等，然后可计算出声源的声功率级。拆卸泵体时，经常出现对标车泵体拆装困难、台架搭建困难、难以正常驱动等问题。
整车状态测试：在泵体附近放置一个传声器，测出其声压级。这种方法存在以下缺点：①受距离影响，距离近时测试结果大，距离远测试结果小②受周边环境影响，测试结果中含有反射的声音，周围物体对声波的反射不同，则测试结果不同。即同一泵体布置在不同位置，即使距离相同测试结果也不同。
目前公开的文献“一种车辆声功率测试系统与测试方法”，类似于台架中求声功率的方法，将声源辐射面分为若干个，并近似假设各个辐射面声强相等，最终可计算出声源的声功率级。这种方法存在以下问题：①泵体周围环境通常有钣金、装饰件、隔音垫等反射，不符合自由声场，会影响测试结果；②这种方法需要传声器与泵体较远的距离，通常0.5米以上，而泵体周围空间很小，一般难以布置传声器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，该方法可以在不拆车的情况下测试对标车泵体声源噪声大小，进行对标，测试结果不受周围环境影响，准确性较高。
为了解决上述技术问题，本发明的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法包括下述步骤：
步骤一、将整车设置半消声室中，以泵体中心为对称点在靠近泵体的位置布置m个传声器作为响应点，m为偶数；车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员耳内作为声源激励点；
步骤二、根据m个传声器测得的测点声压计算出靠近泵体的两个对称位置的测点声压平均值；再根据两个对称位置的测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz两个对称位置到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将靠近泵体位置的所有传声器拆下，在驾驶员耳内布置1个传声器作为响应点，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员耳内布置的传声器测试驾驶员耳内响应点的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000021
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000022
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的左、右两对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，根据左、右两对称点的测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到左、右两对称点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的前、后两对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，根据前、后两对称点的测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到前、后两对称点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的左前、左后、右前、右后四个对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，将左前、左后两个对称点的测点声压平均值作为左对称测点的测点声压平均值，将右前、右后两个对称点的测点声压平均值作为右对称测点的测点声压平均值；根据左对称测点的测点声压平均值和右对称测点的测点声压平均值及体积加速度声源的体积加速度，计算得到左、右两对称测点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的上、下两对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，根据上、下两对称点的测点声压和体积加速度声源的体积加速度，计算得到上、下两对称点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率。
进一步，所述的步骤一中，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员内耳处或者外耳处作为声源激励点。
所述的体积加速度声源的体积加速度不低于1m3/s2。
本发明的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法还可以采用下述技术方案，该技术方案包括下述步骤：
步骤一、将整车设置半消声室中；在车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的2个扬声器以泵体中心为对称点布置在靠近泵体的位置作为声源激励点；将传声器放置在驾驶员耳内作为响应点；
步骤二、利用传声器分别测得与2个扬声器相关的测点声压，分别计算2个相关测点声压的测点声压平均值；再根据两个测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz两个对称位置到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将靠近泵体位置的所有扬声器拆下，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员耳内布置的传声器测试驾驶员耳内响应点的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000041
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000042
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的左、右两对称点各布置1个扬声器作为声源激励点；步骤二中，利用传声器分别测得与左、右2个扬声器相关的测点声压。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的前、后两对称点各布置1个扬声器作为声源激励点；步骤二中，利用传声器分别测得与前、后2个扬声器相关的测点声压。
进一步，所述的步骤一中，在靠近泵体的上、下两对称点各布置1个扬声器作为声源激励点；步骤二中，利用传声器分别测得与上、下2个扬声器相关的测点声压。
本发明的有益效果：本发明将整个对标车布置在半消声室中，有足够的空间可以布置传声器，可以在不拆车的情况下测试对标车泵体声源噪声大小，进行对标；并且周围环境中没有其他物体对声音进行反射，准确性较高；本发明基于两个假设：(1)近似假设泵体为点声源，声源点为泵体几何中心；(2)泵体安装点不移动时的噪声声压频谱等于泵体安装点左移和泵体安装点右移时噪声声压频谱的平均值，对于近似点声源的设备，测试精度较高；对于发动机等大声源或一些特殊位置的声源不符合这俩假设，虽然精度会降低一点，但测试结果仍然具有参考意义的，比如不同发动机声功率横向对比。本发明优先适用于真空泵等泵体，也适应于其他一些声源的声功率测量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
名词解释：
(1)声压p：声波扰动引起介质压强的变化量。声压单位：帕(Pa)
p＝p声－p静
其中：p声——声音存在时介质压强,p静——无声音时介质压强。
说明：声压易测量，人耳感受的也是声压，所以声学中一般用声压p替代振幅ξ来描述声音的强弱。
(2)声功率：单位时间穿过某一平面或曲面总声能量。
(3)自由场(自由声场)：声音在任何方向上无反射，声场中任何一点只有来自声源的直达声。如高空、消声室。
(4)频谱：频谱是频率的分布曲线。
(5)声学传递函数(ATF,acoustic transfer functions)：测点声压除以激励点的体积加速度，表示两点之间声学传递特性，可分析两点之间的隔声性能。
(6)体积加速度：单位时间内体积速度的变化量(体积速度是指声波在一指定表面产生的单位面积时间的交变流量)，汽车行业目前主要采用LMS公司的体积加速度声源，主要应用于声学传递函数ATF测试。
(7)互易法：声学传递函数ATF测试中，激励点和响应点互换后，测试结果不变。
(8)声级：人耳所能感受到的最小的声压2×10-5Pa，痛阈声压20Pa，相差上百万倍，变化范围大，直接用声压或声强表示不方便；此外人耳感受到的声音的强度并不与声压或声强成正比，为此引入“相对倍数”加“取对数”方法表示声音的相对强弱，即所谓的“声级”。
(9)声压级：
Figure BDA0002602512240000061
说明：pe0是参考声压2×10-5Pa，是人耳所能听到的1000Hz最小声压，人耳正常听力范围：0～120dB。
(10)声功率级：
Figure BDA0002602512240000062
说明：W是声源功率或穿过某一界面的总功率。W0是参考功率，W0是参考功率，W0＝10-12W。
实施例1
步骤一、整车在半消声室中，泵体的左右两侧10cm处各布置1个传声器作为响应点；车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员内耳处作为声源激励点；
步骤二、根据泵体左右两侧传声器测得的左、右两对称点的测点声压平均值平均值及体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz左、右两对称点传声器位置到车内驾驶员内耳处的声音传递函数H左n和H右n，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将泵体左、右两对称点的传声器拆下，在驾驶员内耳处布置1个传声器，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员内耳处布置的传声器测试驾驶员内耳处的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000071
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000072
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
实施例2
步骤一、整车在半消声室中，泵体的前后两侧10cm处各布置1个传声器作为响应点；车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员外耳处作为声源激励点；
步骤二、根据泵体前后两侧传声器测得的前、后两对称点的测点声压平均值平均值及体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz前、后两对称点传声器位置到车内驾驶员外耳处的声音传递函数H前n和H后n，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将泵体前、后两对称点的传声器拆下，在驾驶员外耳处布置1个传声器，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员外耳处布置的传声器测试驾驶员外耳处的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000081
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000082
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
实施例3
步骤一、整车在半消声室中，泵体的左前、左后、右前、右后四个对称点各布置1个传声器作为响应点；车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员内耳处作为声源激励点；
步骤二、将左前、左后两个对称点的测点声压平均值作为左对称测点的测点声压平均值，将右前、右后两个对称点的测点声压平均值作为右对称测点的测点声压平均值；根据左对称测点的测点声压平均值和右对称测点的测点声压平均值及体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz左、右两对称测点到车内驾驶员耳内的声音传递函数H左n和H右n，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将泵体左前、左后、右前、右后四个对称点的传声器拆下，在驾驶员内耳处布置1个传声器，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员内耳处布置的传声器测试驾驶员内耳处的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000091
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000092
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
实施例4
步骤一、整车在半消声室中，泵体的上、下两侧10cm处各布置1个传声器作为响应点；车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员内耳处作为声源激励点；
步骤二、根据泵体上、下两侧传声器测得的上、下两对称点的测点声压平均值平均值及体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz上、下两对称点传声器位置到车内驾驶员内耳处的声音传递函数H左n和H右n，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将泵体上、下两对称点的传声器拆下，在驾驶员内耳处布置1个传声器，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员内耳处布置的传声器测试驾驶员内耳处的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000093
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；ρ和C会根据实验室温度、气压等条件略有变化。
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000101
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
实施例5
本发明的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法包括下述步骤：
步骤一、将整车设置半消声室中；在车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的2个扬声器以泵体中心为对称点布置在靠近泵体的左、右两侧作为声源激励点；将传声器放置在驾驶员耳内作为响应点；
步骤二、利用传声器分别测得与2个扬声器相关的测点声压，分别计算2个相关测点声压的测点声压平均值；再根据两个测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz两个对称位置到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将靠近泵体位置的所有扬声器拆下，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员耳内布置的传声器测试驾驶员耳内响应点的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure BDA0002602512240000102
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；ρ和C会根据实验室温度、气压等条件略有变化。
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure BDA0002602512240000111
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
实施例6
本实施例与实施例5不同之处仅在于所述步骤一中，将体积加速度声源的2个扬声器以泵体中心为对称点布置在靠近泵体的前、后两侧作为声源激励点。
实施例7
本实施例与实施例5不同之处仅在于所述步骤一中，将体积加速度声源的2个扬声器以泵体中心为对称点布置在靠近泵体的上、下两侧作为声源激励点。
本发明基于互易法，声源激励点设置在驾驶员耳内、响应点设置在泵体附近时测得的声学传递函数，与声源激励点设置在泵体附近、响应点设置在驾驶员耳内时测得的声学传递函数相等。因此，当泵体旁边空间狭小无法安装扬声器时，可以依据互易法，将扬声器放在车内人耳处，而传声器很小，可以布置在泵体旁边。如果泵体旁边空间非常大，也可以以泵体中心为对称点布置扬声器作为声源激励点，在驾驶员耳内位置布置传声器作为响应点。
本发明基于两个近似假设：
近似假设一：因泵体体积小，所以近似假设泵体为点声源，声源点为泵体几何中心。
近似假设二：如果泵体安装点左移10cm，驾驶员内耳处的噪声声压频谱改变为P左n；如果泵体安装点右移10cm，驾驶员内耳处的噪声声压频谱改变为P右n；实际中P左n和P右n与不移动时的声压频谱Pn偏差很小，且P左n和P右n平均后通常与Pn偏差更小，所以可以近似认为：
Figure BDA0002602512240000112
泵体等声源声功率比较小，近似假设一和二与实际相差小，结果偏差小，如果是发动机等大声源，近似假设一和二与实际相差较大，结果偏差较大。但应强调一点：在测试实际响应时，应满足背景噪声要求。

Claims (10)

1.一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一、将整车设置半消声室中，以泵体中心为对称点在靠近泵体的位置布置m个传声器作为响应点，m为偶数；车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员耳内作为声源激励点；
步骤二、根据m个传声器测得的测点声压计算出靠近泵体的两个对称位置的测点声压平均值；再根据两个对称位置的测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz两个对称位置到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将靠近泵体位置的所有传声器拆下，在驾驶员耳内布置1个传声器作为响应点，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员耳内布置的传声器测试驾驶员耳内响应点的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure FDA0002602512230000011
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure FDA0002602512230000012
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
2.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，在靠近泵体的左、右两对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，根据左、右两对称点的测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到左、右两对称点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率。
3.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，在靠近泵体的前、后两对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，根据前、后两对称点的测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到前、后两对称点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率。
4.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，在靠近泵体的左前、左后、右前、右后四个对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，将左前、左后两个对称点的测点声压平均值作为左对称测点的测点声压平均值，将右前、右后两个对称点的测点声压平均值作为右对称测点的测点声压平均值；根据左对称测点的测点声压平均值和右对称测点的测点声压平均值及体积加速度声源的体积加速度，计算得到左、右两对称测点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn。
5.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，在靠近泵体的上、下两对称点各布置1个传声器作为响应点；步骤二中，根据上、下两对称点的测点声压和体积加速度声源的体积加速度，计算得到上、下两对称点到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率。
6.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，将体积加速度声源的扬声器放置在驾驶员内耳处或者外耳处作为声源激励点。
7.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的体积加速度声源的体积加速度不低于1m3/s2。
8.一种基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一、将整车设置半消声室中；在车内布置一个体积加速度声源，将体积加速度声源的2个扬声器以泵体中心为对称点布置在靠近泵体的位置作为声源激励点；将传声器放置在驾驶员耳内作为响应点；
步骤二、利用传声器分别测得与2个扬声器相关的测点声压，分别计算2个相关测点声压的测点声压平均值；再根据两个测点声压平均值和体积加速度声源的体积加速度，计算得到可听频段20Hz～20000Hz两个对称位置到车内驾驶员耳内的声音传递函数Han和Hbn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤三、将靠近泵体位置的所有扬声器拆下，再拆下体积加速度声源；保持其他设备不发出噪声，只启动泵体使其发出噪声，利用驾驶员耳内布置的传声器测试驾驶员耳内响应点的噪声声压频谱Pn，n为频率，n＝20,21,22……20000Hz；
步骤四、根据公式(1)计算得到nHz的泵体声功率Wn；
Figure FDA0002602512230000031
其中ρ为空气密度，C为空气中声速；
步骤五、根据式(2)计算得到20～20000Hz总频段泵体声功率级LWα；
Figure FDA0002602512230000032
其中W0为基准声功率，W0＝10-12W。
9.根据权利要求8所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，在靠近泵体的左、右两对称点各布置1个扬声器作为声源激励点；步骤二中，利用传声器分别测得与左、右2个扬声器相关的测点声压。
10.根据权利要求1所述的基于声学传递函数的整车状态泵体声功率级测试方法，其特征在于所述的步骤一中，在靠近泵体的前、后两对称点各布置1个扬声器作为声源激励点；步骤二中，利用传声器分别测得与前、后2个扬声器相关的测点声压。
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