黃月芹，秦軍旭，李宏庚，黃元毅

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

隨著人們環(huán)保意識的逐步增強，政府噪聲限值的嚴格要求，在汽車、電器等相關(guān)行業(yè)中NVH性能已經(jīng)成為評價產(chǎn)品設(shè)計、制造水平的一個綜合性指標[1]。尤其是汽車行業(yè)，有統(tǒng)計資料顯示，在國外，整車約有三分之一的故障問題是和車輛NVH的問題相關(guān)聯(lián)的。NVH性能測試與分析是NVH試驗技術(shù)研究的主要內(nèi)容，是對產(chǎn)品設(shè)計及制造工藝進行優(yōu)化設(shè)計和改進的重要依據(jù)。聲學(xué)試驗室為聲學(xué)試驗提供了一個良好的聲學(xué)環(huán)境，對NVH開發(fā)具有重要的意義。本文主要重點研究應(yīng)用Raynoise進行消聲室的聲場設(shè)計。

1 聲學(xué)自由場

為了獲得準確的聲源的特性，應(yīng)該把聲源放在一個沒有干擾的理想空間中，這個空間無限延伸，也就是說聲傳播的各個方向無干擾，聲波直線傳播沒有反射聲，也無其他聲波的干擾，但是實際上消聲室空間有限，通過在消聲室各個面鋪設(shè)強吸聲材料，吸收入射聲波，形成局部無反射的空間，該空間即所謂的自由場空間。由于點聲源的聲波是以球形波的形式傳播，在傳播過程中球形波的任何反射都將破壞該自由場，所謂的自由場半徑指的是在此半徑內(nèi)沒有任何的反射存在。自由場半徑是用于衡量自由場空間大小的指標[2]。

2 消聲室自由聲場鑒定理論

一般消聲室性能是通過將測試聲源發(fā)射的聲壓的空間衰減，與理想的自由聲場中聲壓隨聲源距離的平方反比定律的衰減相比較進行評價的[3]。在國內(nèi)某合資汽車企業(yè)全消聲室建設(shè)項目中要求該全消聲室截止頻率為50 Hz，使用仿真計算的聲壓值，與理想的自由聲場聲壓進行評價。

消聲室自由聲場的仿真計算應(yīng)用基于射線聲學(xué)法的軟件——Raynoise計算的。Raynoise噪聲計算原理采用射線聲學(xué)（Ray）方法，射線聲學(xué)能精確地模擬聲學(xué)傳播的物理行為，包括物理界面的鏡面反射和滿反射，墻體吸收和空氣吸收，遮蔽物衍射，以及墻體透射。聲源的指向性參量可以通過參量文件進行精確設(shè)定[4]。聲源可以是點聲源、線聲源、面聲源以及板聲源，聲源輸入需要聲功率。射線聲學(xué)將聲音的傳播類比成光束，從聲音出發(fā)出許多聲束，聲束遇到墻壁后會反射和散射，每經(jīng)過一次反射，聲音有一定的衰減，經(jīng)過多次反射后，聲音能力消耗殆盡。

首先對全消聲室根據(jù)實際尺寸進行建模，再依據(jù)金屬尖劈吸聲性能數(shù)據(jù)（該項目采用金屬尖劈作為吸聲材料），確保在仿真中最大程度地與實際消聲室的邊界條件接近。

在仿真中假定在消聲室中心放置點聲源，點聲源設(shè)置為在1/3倍頻帶的中心頻率的寬頻信號，從點聲源的球面中心到房間的兩個墻面與天花板的直線路徑上每0.1 m等距布置一個聲壓接受點（保證每條路徑上至少有10個點）。測點路徑如圖1所示。在本消聲室項目中，布置3條路徑，OA、OB和OC.測點的布置從離測試聲源中心0.5 m開始，到2.2 m處為止。四個點的坐標為：A：（4.45，0，5.9）；B：（8.9，3.45，5.9）；C：（0，0，5.9）；O：（4.45，3.45，2.59）。

圖1 測點路徑示意圖

從上述的聲壓接收點位置得到的聲壓級，在每個測量方向上基于聲壓在自由場衰減值的估計，由下面公式確定：

式中：Lw為點聲源聲功率值，單位為dB；ri為每個聲壓接受點到中心的距離；k為修正系數(shù)，自由場k=11，半自由場k=8.

所有接受點位置上聲壓級與自由聲場衰減值的偏差由下面公式確定：

式中：Lpi為接受點位置上的聲壓值。

如果得到的偏差不超過下表給出的值，則該位置滿足自由聲場要求，如果偏差超過以下值，則不滿足自由聲場要求。1/3倍頻帶中心頻率自由場偏差值如表1所示。

表1 1/3倍頻帶中心頻率自由場偏差值

3 仿真結(jié)果

本項目中采用聲場模擬的方式仿真消聲室中聲場傳播[5]。根據(jù)上述的仿真參數(shù)設(shè)置，得到50 Hz點聲源在全消聲室內(nèi)的三個中心截面聲壓分布圖，如下圖2、圖3所示。

圖2 50Hz聲壓分布圖

圖3 63Hz聲壓分布圖

4 自由聲場鑒定結(jié)果分析

通過仿真計算得到的聲壓值，與第二節(jié)中自由聲場衰減聲壓值，得到以下表2～表8及曲線（見圖4～5）。

表2 接受點沿線上滿足允差的最長距離

表3 50Hz時OA沿線接收點數(shù)據(jù)表

表4 50Hz時OB沿線接收點數(shù)據(jù)表

表5 50Hz時OC沿線接收點數(shù)據(jù)表

表6 63Hz時OA沿線接收點數(shù)據(jù)表

（續(xù)下表）

（接上表）

接收點距離中心位置/m 自由聲場衰減值/dB 仿真計算值/dB ΔLp值/dB 1.5 71.1 70.5 -0.6 1.6 70.6 69.9 -0.7 1.7 70.1 69.4 -0.7 1.8 69.7 68.9 -0.8 1.9 69.3 68.4 -0.8 2.0 68.9 68.0 -0.9 2.1 68.5 67.6 -1.0 2.2 68.2 67.2 -1.0 2.3 67.9 66.8 -1.1 2.4 67.6 66.4 -1.2 2.5 67.3 66.0 -1.3 2.6 67.1 65.7 -1.4

表7 63Hz時OB沿線接收點數(shù)據(jù)表

表8 63Hz時OC沿線接收點數(shù)據(jù)表

（續(xù)下表）

（接上表）

接收點距離中心位置/m 自由聲場衰減值/dB 仿真計算值/dB ΔLp值/dB 1.9 69.3 68.4 -0.9 2.0 68.9 68.0 -1.0 2.1 68.6 67.6 -1.0 2.2 68.3 67.2 -1.1 2.3 68.0 66.8 -1.2 2.4 67.7 66.4 -1.3 2.5 67.5 66.0 -1.4

圖4 50Hz自由場計算值

（續(xù)下圖）

（接上圖）

圖5 63Hz自由場計算值

5 結(jié)束語

根據(jù)上述計算結(jié)果得知，本項目的全消聲室滿足截止頻率50 Hz時自由場半徑≥1.8 m，63 Hz時自由場半徑≥2.2 m，自由聲場偏差＜±1.5 dB.