工程機(jī)械司機(jī)室內(nèi)噪聲信號盲源分離及特性分析

侯笑雅（山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,濟(jì)南　250061）

工程機(jī)械司機(jī)室內(nèi)噪聲信號盲源分離及特性分析

侯笑雅
（山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,濟(jì)南250061）

摘要：隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步和環(huán)保意識的觀念增強(qiáng)，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)不斷進(jìn)步發(fā)展，工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展已成為機(jī)械行業(yè)的第四大產(chǎn)業(yè)。因此，機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的問題也越來越受到人們的關(guān)注。NVH(naise，vi-bration and harshness)的重要指標(biāo)之一就是工程機(jī)械室內(nèi)噪聲，工程機(jī)械噪聲的研究有利于增強(qiáng)我國機(jī)械產(chǎn)品在國際上的競爭力，有利于我國邁向機(jī)械制造強(qiáng)國，所以，室內(nèi)噪聲信號盲源的問題的研究有著十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；室內(nèi)噪聲；特性分析

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對工程機(jī)械的整體要求也隨之提高了要求，對工程機(jī)械的舒適和噪聲控制也愈發(fā)的嚴(yán)格。為室內(nèi)噪聲的有效控制，需要多種分析方法的整合和來源的研究。傳統(tǒng)的獨(dú)立分量分析已經(jīng)不足以解決機(jī)械故障診斷中出現(xiàn)的相關(guān)源信號盲分離等問題了。而目前獨(dú)立分量分析（ICA）是較為新型的信號處理方法，也是目前噪聲源識別研究關(guān)注的熱點(diǎn)。該分量分析方法不僅在機(jī)械設(shè)備故障診斷檢測中取得了成功應(yīng)用，而且也已經(jīng)在生物學(xué)，醫(yī)學(xué)、語音分離、圖像處理等方面取得很好的應(yīng)用效果。

1　司機(jī)室內(nèi)噪聲形成的原理

1.1噪聲屬于向司機(jī)室內(nèi)傳入的空氣聲

向司機(jī)室內(nèi)傳遞噪聲的主要途徑就是通過聲波的透射及泄露的方式，直接影響司機(jī)室內(nèi)空氣聲傳入的重要因素是司機(jī)室的隔聲性能和相應(yīng)的密封程度，形成了司機(jī)室內(nèi)復(fù)雜的聲場環(huán)境的主要原因還是由于噪聲源通過不同的傳播方式和作用機(jī)理。

1.2司機(jī)室內(nèi)部振動噪聲及特性

噪聲：由于司機(jī)室內(nèi)部的組成零部件比較多，隨之產(chǎn)生的振動也就沿著相互接觸的零部件而向外傳遞，每個零部件振動傳遞的路徑不同，因此受到的振動激勵也都不一樣。導(dǎo)致司機(jī)室內(nèi)的振動噪聲變得復(fù)雜的主要原因就是因?yàn)椴煌l率的振動信號通過接觸、傳遞，然后在相互疊加在一起而形成的。

特性：由于空氣、固體傳播噪聲能量的速度因結(jié)構(gòu)的不同和噪聲頻率的變化而變化。主要分為兩種噪聲，第一種是混響聲，混響聲指的是噪聲源發(fā)出的聲波經(jīng)過司機(jī)室內(nèi)壁板一次或多次反射而形成的。第二種就是司機(jī)室內(nèi)噪聲，司機(jī)室內(nèi)噪聲主要是由直達(dá)聲固體聲和空氣聲與室內(nèi)混響聲疊加的結(jié)果而形成的。

2　噪聲源成分分離

為有效控制工程機(jī)械駕駛室內(nèi)噪聲，利用集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解( ensembleempiricalmodedecomposition，EEMD)后的本征模函數(shù)作為穩(wěn)定獨(dú)立成分分析(independentcomponentanalysis，ICA)算法中的多個虛擬通道，提出了基于EEMD和ICA相結(jié)合的駕駛室內(nèi)噪聲盲源分離方法。

在源信號和傳輸通道未知的情況下，獨(dú)立分量分析(Independent Compo-nentAnalysis，ICA)為較新的信號處理方法，在機(jī)械設(shè)備故障診斷及狀態(tài)監(jiān)測中獨(dú)立分量分析的盲源分離(BlindSignalSeparation，BSS)方法已獲得成功的應(yīng)用。利用源信號之間的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性的ICA算法應(yīng)用較為廣泛。

ICA算法是根據(jù)一定的優(yōu)化準(zhǔn)則，對觀測信號進(jìn)行變換，通過觀測信號所得到近似源信號，在分離過程中通過計(jì)算分離量的非高斯性的度量來判斷是否完成對各獨(dú)立分量的分離。而在源信號與傳輸通道參數(shù)均未知的情況下盲源分離問題存在兩個不確定性問題：輸出分量排序順序的不確定性，輸出信號幅值的不確定性。

利用獨(dú)立分量分析，有一個很重要的限制條件:其通道數(shù)必須不少于源信號數(shù)。但是在我們的實(shí)際測量中很難預(yù)先知道源信號的數(shù)目，而且通過無限增加采集通道數(shù)目方法識別源信號會造成不必要的浪費(fèi)甚至增大試驗(yàn)難度。

3　降噪措施

噪聲的傳播主要是通過空氣傳聲和固體傳聲兩種途徑?？諝鈧髀暰褪菑脑肼曉闯霭l(fā)，以空氣為媒質(zhì)傳播噪聲。固體傳聲就是機(jī)器工作時產(chǎn)生的振動在固體物質(zhì)中傳播，然后從固體物質(zhì)中輻射出噪聲。因此，降低司機(jī)室噪聲要在這兩方面下功夫。

3.1固體聲控制

控制噪聲傳入司機(jī)室的關(guān)鍵就是減少或阻滯振動傳入主車架和車體鋼結(jié)構(gòu)控。除加強(qiáng)車體、車架本身的剛度外,主要采取隔振和增強(qiáng)車體阻尼。司機(jī)室底板架以及壁板等覆蓋件的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施以提高結(jié)構(gòu)剛度避免關(guān)鍵頻率點(diǎn)的共振，與司機(jī)室底板連接的部件進(jìn)行連接方式改進(jìn)隔絕或減弱振動傳入這些都是控制固體噪聲傳播的有效措施。

3.2空氣聲控制

改進(jìn)提高司機(jī)室減振系統(tǒng)隔振性能，司機(jī)室內(nèi)進(jìn)行隔聲治理，這樣能夠降低傳入空氣噪聲，控制噪聲主要從控制聲源發(fā)聲與切斷聲音傳播途徑兩方面研究。如阻斷和屏蔽聲波的傳播，或衰減聲波的傳播能量。從聲音傳播的根本途徑上考慮降低噪聲。主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）在設(shè)計(jì)司機(jī)室的時候?qū)⒃肼曉床贾迷谶h(yuǎn)離司機(jī)室；（2）加強(qiáng)司機(jī)室的隔聲、吸聲效果；（3）提高司機(jī)室的密封性。

4　結(jié)語

為了提升產(chǎn)品的節(jié)能效果并達(dá)到發(fā)達(dá)國家實(shí)施的噪音標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，這不僅僅只是要求工程機(jī)械的基礎(chǔ)配套件制造水平的提高，更是對整個綜合減振降噪的技術(shù)提出了更高的要求。因此，本文通過對司機(jī)室內(nèi)噪聲來源、噪聲傳播途徑和產(chǎn)生機(jī)理，解決措施進(jìn)行了分析和論述。采用多種方法相結(jié)合的研究策略，可識別復(fù)雜壞境下司機(jī)室內(nèi)的噪聲，為更進(jìn)一步的治理司機(jī)室噪聲提供分析方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]王麗,周以齊,于剛,米永振.基于EEMD和ICA方法的駕駛室內(nèi)噪聲源時頻分析[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2014(02):80-88.

[2]孟宗,蔡龍.基于EEMD子帶提取相關(guān)機(jī)械振動信號單通道盲源分離[J].振動與沖擊,2014(20):40-46+51.

[1]張秀文,劉巖,楊冰,鐘志方.內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室內(nèi)部噪聲特性分析[J].噪聲與振動控制,2013(06):120-123.

作者簡介：侯笑雅（1995-），江蘇泰州人,本科,研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造。