声场扫描技术用于检测机车噪声源- 大数跨境

两江科技评论

2018-10-18

导读：目前市场上一般采用的检测噪音的方式是在赛道上测一段固定的距离下产生的噪音总体最高水平，但通常都会产生误差，环境因素等都会导致检测结果的误差增大。声场扫描技术可以通过扫描的方式检测出噪音源，这大大降低了

在这个应用中，具有挑战性的任务是在不改变机车性能的情况下，找到一种减少机车噪音的方案。像这类赛车比赛，必须减少机车的噪音，以符合赛场上的噪音规定，但是机车的噪音依旧经常超出噪音标准。

而检测机车噪音源是一项具有挑战性的任务，目前市场上一般采用的检测噪音的方式是在赛道上测一段固定的距离下产生的噪音总体最高水平，这也是赛道上的机车产生的最大噪音的总体水平。并且每辆机车允许生产的最大高度为1米，这也是通过检测结果推算出来的可以减少噪音的方法，而这种检测方式通常都会产生误差，环境因素等都会导致检测结果的误差增大。

我们的声场扫描技术可以通过扫描的方式检测出噪音源，这大大降低了检测成本，并提高了检测的效率以及准确性。

声场扫描技术是一种快速而简单的解决方案，可以将固定的声音图像可视化，为高背景噪声环境下的声源定位问题提供了解决方案，它可以在全声带宽内定位几乎任何表面上的噪声源，该系统包括一个单一的PU探头，信号调节器，DAQ (Scout)，相机和一台标准的笔记本电脑。安装在声场扫描技术系统中的PU探头可以直接测量声压、粒子速度、声强和声阻抗。由于粒子速度传感器的独特特性，在测量过程中不需要创建消声条件，所以无需在消声室内进行测试。使用一个PU探头对表面进行扫描，而摄像机对准被测表面进行记录扫描。录制的视频和音频数据被软件自动同步，从而最小化处理时间。在后期处理阶段，从录制视频的每一帧中提取探头当时的位置，该软件内置的自动跟踪功能可以使用自由定制的颜色标记自动识别探头的位置。在每一个跟踪的探测位置上，粒子速度、声音强度和声压都是从分配给每个探测位置的数据的时间块计算出来的。大量的分析选项可用于在主声源中提供更深入的分析，这些声源与系统一起被映射和检测。

经过声场扫描技术的检测，我们可以很容易的检测出噪音源的位置，再进行相对应的消声处理。

测量包括静态测量和动态测量。dB的声级分两个阶段进行测量，在开始时进行一次基线测量，修改后在结束时再次进行基线测量。大多数测量是在混响环境中进行的静态测量，这里的测量重点集中在研发上，而声场扫描技术被用来排查出最主要的声源。其次，将其作为基准测试工具，观察几种修改和组件之间的有效性和差异。

在了解了机车的基线值并设定了必须实现的减少目标之后，下一步是对发出声音最多的这些区域进行排序。整个机车使用声场扫描技术进行测量之后，发现主要有两个区域噪声较大：排气系统和进气系统。跟我们检测出的结果一样，机车检测到主要来源之一的排气系统。在静态测量中，排气系统的总平均频谱在515Hz处发现谐波峰为114.7 dB PVL。

因此，在这个应用案例中，我们将关注排气系统的修改。市场上有各种不同的排气系统，如Arrow和Termignoni等品牌，有dB杀手的和没有dB杀手的，测试的依据是声音(dB(A))和功率(kW)性能。正如预期的那样，与dB杀手的混合虽然减少了噪音，但也降低了功率，对性能有不可忽视影响的最佳配置是Arrow的耐力排气。改用这种类型的排气已经降低了噪音平均5db(A)的总噪音。但是为了遵守规定，需要进一步减少，按照设定的目标，至少要减少7.4 dB(A)。在这种情况下，共振频率必须减少，在排气中两个主要的共振，一个在468Hz (14000rpm)，另一个在515Hz (15000rpm）。

在这种情况下，会为排气装置设计一个谐振器，以达到设定的目标。除了频率之外，另一个参数也是设计谐振器的重要关键点。声速必须考虑在内，但是这取决于温度，所以我们在运行过程中测量了排气温度。根据测量得出，在排气口的静态测试中测量的温度在500-600摄氏度之间。那么由此计算，理论上最优分支谐振器的透镜长度为30.7厘米。在此基础上，设计了一种可变原型分支谐振器。有了这个原型，它的长度可以很容易地在29-31厘米之间进行调整。安装了这个分支谐振器的测量数据表明，这种修改不会影响性能。