聲強技術在發動機噪聲源識別中的應用

侯艷芳 靳曉雄 韓國華 張凱

1、同濟大學汽車學院

2、同濟大學電信學院 201804

3、常熟理工學院機械工程學院 215500

聲強技術在發動機噪聲源識別中的應用

侯艷芳1,2靳曉雄1韓國華1張凱3

1、同濟大學汽車學院

2、同濟大學電信學院 201804

3、常熟理工學院機械工程學院 215500

本文介紹了聲強測量技術的基本原理，將聲強技術與其它發動機噪聲源識別技術相比較，并用于發動機噪聲源識別中，為發動機的進一步降噪提供了依據。

聲強;聲源識別;發動機

1.聲強的定義及測量的原理[1,2]

定義單位時間內通過與能量傳播方向垂直的單位面積的聲能為聲能流密度，為了表示聲波能量的強度，取聲能流密度一個周期的時間平均值，以I表示[1]，

I稱為聲強。它是聲場中任意一點的聲波強度，等于通過與能流方向垂直的單位面積的聲能量的平均值。聲強是個矢量，它的正值或負值表示聲能傳播的方向。

現代聲強測量方法的基礎是互譜關系式?，F以面對面式雙傳聲器探頭為例來說明雙傳聲器的互譜方法。設兩傳聲器A和B的聲學中心的連線方向為x，兩傳聲器聲學中心之間的距離為d，當聲波沿x方向行進時，由聲學理論可得x方向的瞬時聲強為

取其時間平均就可以得到x方向的有功聲強。

由聲壓p和質點速度u之間的互相關函數

2.聲強法進行噪聲源識別的優點及方法[1,3]

發動機噪聲源識別的常用方法有鉛覆蓋法、表面振速測量法，以及聲強測量法等。鉛覆蓋法是傳統的方法，覆蓋法的隔聲效果在低頻段較差，易產生噪聲“泄漏”，同時測量要在一定的聲學環境中進行，測試周期長，費用高。表面振速測量法是通過測量振動來識別噪聲源的，因此沒有任何聲學環境的要求，測量容易實現，但由于部件的聲輻射效率很難準確確定，所以往往造成計算結果不十分準確。聲強是矢量，聲強測量不受環境的影響能在現場進行；聲強在近場測量，這樣就能根據所測聲強值，判斷出發聲體各部分發射噪聲的大小，從而找到主要的噪聲源，將聲強在包圍發聲體封閉面上積分就能得到發聲體的聲功率。

國際標準ISO3740—3748和國標GB6881—6882規定，用聲壓法測定機器的聲功率級必須在滿足消聲室、半消聲室或滿足規定要求的試驗室進行。但許多機器由于種種限制只能進行現場測量，在工程實用中這些規定聲壓法測定聲功率級的方法往往不能完全適用，而用聲強法測量聲源的聲功率不受環境的影響，只要包絡面內沒有其它聲源，也沒有吸聲材料，則測量結果理論上不受其它聲源或背景噪聲的影響。

聲強法進行噪聲源識別有三種方法：

1) 聲功率排序法

聲強法測聲功率可以不受背景噪聲的影響，當測量機器中某一部件的聲功率時，可以把其它部件的噪聲認為是背景噪聲，這樣各個部件依次測量，算出測量表面聲功率，就可以近似得到全面的聲功率排序，進而識別出主要的噪聲源。

2) 連續掃描法

當聲波入射方向與探頭軸線成銳角時，聲強為正值，而當角度為鈍角時就變為負值。利用雙傳聲器探頭敏感的指向性，可以用連續掃描法將聲源定位。掃描時將探頭軸線平行于被測表面連續平移，同時注視聲強測試儀顯示器的信號，當信號符號改變時，過探頭中點的垂線上必有聲源存在，這是檢測隔板或隔墻、管道等聲泄漏的一種十分有效的方法。

3) 等聲強線法

按照特定機器的要求選取包絡面并適當劃分網絡，然后在各個網格區域測量聲強。將探頭軸線垂直于被測表面，測出每個測點處的表面法線方向的聲強，利用這些聲強值便可以十分完整的描述出該機器輻射噪聲的聲場特征，從而近似識別出噪聲源。

圖2 發動機聲功率級 （滿載）

圖3 各側面聲功率級（滿載、近場）

圖4 零部件聲功率級（滿載）

圖5 油底殼頻帶聲功率級（滿載）

3.聲強法進行發動機噪聲源識別[4,5]

某汽油機在標定工況下噪聲較大，對其在標定工況下進行噪聲源識別，采用聲功率排序法。試驗測量儀器見表1。

表1 測量儀器

試驗室為普通試驗室：水磨石地面、吸聲墻壁和天花板，尺寸為6.8×5.7×5.5(單位：m)，臺架彈性支承，測功器與發動機彈性聯接。

原機狀況為進氣引遠,排氣引遠,風扇未裝。分別進行了遠場包絡面、近場包絡面、各零部件聲強法聲功率測量試驗，試驗功況為滿載、4800r/min（標定工況）。

圖1 近場包絡面排氣側和前端測點布置

近場包絡面測量共5個面，除頂面（25點）外，每個面分為35點，測距分別為8cm。測量結果分析如下，圖中柱狀圖對應左側縱坐標，折線對應右側縱坐標（考慮到篇幅限制，僅給出主要分析圖）。測點布置如圖2～圖7（僅給出排氣側和前端測點布置）。

從上面結果分析可知：

滿載、4800r/min(標定工況)

1) 圖2表明,發動機本機噪聲,遠場包絡面、近場包絡面、零部件合成測量結果一致。

2) 圖3表明,發動機各側面噪聲大小依次為前端、排氣側、進氣側、后端、頂面。其中噪聲最高的前端能量比重為29.5%,噪聲最低的頂面能量比重為10.0%,其它各側面相對較為均勻。

3) 圖4～圖7表明,發動機各被測零部件噪聲大小依次為油底殼、排氣歧管、缸蓋罩、齒輪室蓋、進氣歧管、風扇盤、氣缸蓋、飛輪、電機、曲軸皮帶盤。其中噪聲最高的油底殼能量比重為18.0%,噪聲最低的曲軸皮帶盤能量比重僅為3.8%。進油底殼。

4. 結論

1) 聲強法不需要特殊的聲學環境，可以很方便的在現場測定設備輻射的聲功率。

2) 通過用聲強法對上述汽油機在標定工況下進行聲源識別，發現油底殼輻射噪聲最大，欲降低標定工況下噪聲，建議改

[1]蔣孝煜，連小珉. 聲強技術及其在汽車工程中的應用. 北京:清華大學出版社.2001.6

[2]馬大猷. 現代聲學理論基礎. 北京:科學出版社. 2004.3

[3]趙松齡. 噪聲的降低與隔離. 上海:同濟大學出版社. 1985.12

[4]國家質量技術監督.GB/T 1859-2000往復式內燃機 輻射的空氣噪聲測量工程法及簡易法.北京:中國標準出版社,2000.11.1

[5]吳炎庭，袁衛平. 內燃機噪聲振動與控制. 北京:機械工業出版社. 2005.5

圖6 排氣歧管頻帶聲功率級（滿載）

圖7 曲軸皮帶盤頻帶聲功率級（滿載）