摘要

車企的報(bào)告顯示，乘客對(duì)乘員艙風(fēng)噪聲的感知與外部氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)荷載的非高斯和非穩(wěn)態(tài)特性密切相關(guān)。目前已經(jīng)有研究表明，尖峰非高斯載荷（峰度κ>3）可以通過非穩(wěn)態(tài)調(diào)制高斯隨機(jī)載荷來合成。本文介紹了一種非穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)振動(dòng)聲傳輸?shù)乃矐B(tài)統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）模型，該模型采用了相同的方法，即在每三分之一倍頻程內(nèi)調(diào)制高斯隨機(jī)脈動(dòng)壓力載荷。作者之前已經(jīng)表明，隨機(jī)風(fēng)荷載的非穩(wěn)態(tài)特性可以在風(fēng)洞中或道路上進(jìn)行測(cè)量。本文回顧了非穩(wěn)態(tài)外部風(fēng)噪聲傳播的瞬態(tài)SEA模型和預(yù)測(cè)調(diào)制頻率響應(yīng)函數(shù)的公式。然后，利用非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將外表面壓力的調(diào)制統(tǒng)計(jì)量與內(nèi)部風(fēng)噪聲響應(yīng)的調(diào)制統(tǒng)計(jì)量相關(guān)聯(lián)，以證明該模型的有效性。

介紹

最早對(duì)車內(nèi)風(fēng)噪聲的研究也認(rèn)識(shí)到，聲音的非穩(wěn)態(tài)陣風(fēng)或振動(dòng)特性對(duì)于人對(duì)風(fēng)噪聲音品質(zhì)的感知有著很大影響。隨著氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞的引入，一些研究人員研究表示，風(fēng)洞中隨機(jī)風(fēng)噪聲的統(tǒng)計(jì)分布可能與道路上經(jīng)歷的非穩(wěn)態(tài)隨機(jī)風(fēng)噪聲特征存在顯著差異。因此，許多汽車公司已經(jīng)在其風(fēng)洞中增加了“湍流生成系統(tǒng)”，以更好地復(fù)制道路上經(jīng)歷的非穩(wěn)態(tài)隨機(jī)湍流載荷。氣動(dòng)噪聲界仍未對(duì)哪些外部風(fēng)特性導(dǎo)致了內(nèi)部風(fēng)噪聲的瞬態(tài)特性達(dá)成共識(shí)。Watkins等人多年來一直在研究這一課題，并確定了兩個(gè)可能的來源——大規(guī)模大氣湍流的波動(dòng)（受路邊障礙物的影響）和上游車輛的湍流尾跡。Riegel等人已經(jīng)證明，這些非定常風(fēng)噪聲源包括偏航角和自由流速度的強(qiáng)烈波動(dòng)。存在幾個(gè)量化人對(duì)風(fēng)噪感知相關(guān)的指標(biāo)。第一種是響度，它將1/3倍頻程的聲級(jí)轉(zhuǎn)換為感知臨界帶，以結(jié)合聽覺的“掩蔽”效應(yīng)。粗糙度和波動(dòng)強(qiáng)度是根據(jù)調(diào)制幅度和調(diào)制頻率計(jì)算出的聲音感知調(diào)制強(qiáng)度的細(xì)微不同度量。Blommer等人提出了一種用于人類感知陣風(fēng)和抖振風(fēng)噪聲的脈沖噪聲度量。該度量采用1/3倍頻程風(fēng)噪聲的時(shí)間包絡(luò)，轉(zhuǎn)換為Barks中的屏蔽響度包絡(luò)，并使用水平閾值算法對(duì)主要脈沖風(fēng)噪聲事件進(jìn)行計(jì)數(shù)和表征，并將加權(quán)積分到單個(gè)度量中。在測(cè)試中，Blommer的脈沖風(fēng)噪聲指標(biāo)與人對(duì)抖振風(fēng)噪聲的感知比響度或波動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)具有更強(qiáng)的相關(guān)性。作者之前已經(jīng)表明，隨機(jī)風(fēng)荷載的非穩(wěn)態(tài)特性可以在風(fēng)洞中或在道路上使用合適的表面壓力傳聲器測(cè)量。利用每三倍頻程內(nèi)壓力脈動(dòng)幅值的希爾伯特變換，比較了外部脈動(dòng)表面壓力（FSP）和內(nèi)部聲壓級(jí)（SPL）的調(diào)制時(shí)程。Bremner隨后假設(shè)，外部FSP風(fēng)荷載的測(cè)量調(diào)制可作為瞬態(tài)統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）模型的輸入，以預(yù)測(cè)內(nèi)部風(fēng)噪聲。這種非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲傳播的瞬態(tài)SEA模型最近在氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中的全尺寸量產(chǎn)汽車上進(jìn)行了驗(yàn)證，該模型同時(shí)應(yīng)用了氣流速度調(diào)制和偏航角調(diào)制。這些最新的發(fā)展是汽車風(fēng)噪工程向前邁出的重要一步。當(dāng)輸入瞬態(tài)SEA聲學(xué)模型時(shí)，在風(fēng)洞中油泥模型上進(jìn)行外部FSP測(cè)量，可以在開發(fā)的最早階段預(yù)測(cè)新氣動(dòng)設(shè)計(jì)的非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲聲質(zhì)量。雖然計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）建模作為油泥模型風(fēng)洞試驗(yàn)的一種替代方法正受到熱烈的評(píng)價(jià)，但CFD可能不容易擴(kuò)展到預(yù)測(cè)導(dǎo)致風(fēng)噪聲非穩(wěn)態(tài)音質(zhì)的外部FSP荷載。首先，完全解決1-8 kHz頻率范圍內(nèi)湍流的CFD模型在計(jì)算上非常昂貴，因此有用的壓力時(shí)域結(jié)果通常只在非常短的時(shí)間間隔（幾分之一秒）內(nèi)可行。由于非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲調(diào)制已被證明是低頻的部分能量在2-25 Hz頻帶內(nèi)，因此需要至少5秒（最好是30-60秒）的壓力時(shí)間歷程。其次，風(fēng)噪聲載荷中的低頻調(diào)制被認(rèn)為是由入射風(fēng)中的大型湍流渦流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，與車身形狀相互作用。對(duì)于生產(chǎn)風(fēng)噪工程應(yīng)用，完全解析的1-8 kHz湍流的CFD模型難以實(shí)現(xiàn)。本文介紹了一些早期結(jié)果，旨在用實(shí)際道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估所提出的方法。第一節(jié)描述了道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本的收集以及外部FSP與內(nèi)部SPL的觀察統(tǒng)計(jì)特性。第二部分討論了非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性以及所提出的調(diào)制模型的適用性。第三節(jié)簡要回顧了如何在瞬態(tài)SEA模型中使用實(shí)測(cè)FSP調(diào)制數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)內(nèi)部風(fēng)噪聲調(diào)制。第四部分使用瞬態(tài)SEA模型預(yù)測(cè)的調(diào)制頻率響應(yīng)函數(shù)來描述調(diào)制從外部到內(nèi)部的傳輸。第五節(jié)將瞬態(tài)SEA模型應(yīng)用于道路試驗(yàn)車輛，對(duì)模型的有效性和非穩(wěn)態(tài)內(nèi)部風(fēng)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的可能機(jī)制得出結(jié)論。

道路風(fēng)噪聲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在圖1所示的量產(chǎn)轎車上，對(duì)駕駛員側(cè)玻璃和乘客側(cè)玻璃上的外部脈動(dòng)表面壓力（FSP）以及乘客外耳處的內(nèi)部聲壓級(jí)（SPL）進(jìn)行了同步測(cè)量。作者采用的64通道MEMS數(shù)字表面話筒陣列位于乘客側(cè)玻璃上部的A柱渦流區(qū)，如圖2所示，在該區(qū)域通?？梢杂^察到較高的FSP水平，尤其是在非零偏航條件下。

圖1 用于測(cè)量道路風(fēng)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的麥克風(fēng)

該陣列在前兩個(gè)麥克風(fēng)上使用了延長的電線。如圖2所示，這允許麥克風(fēng)1位于乘客外耳，通過陣列在靠近側(cè)玻璃外部FSP測(cè)量的直接聲場(chǎng)中測(cè)量內(nèi)部SPL。陣列話筒9用作乘客側(cè)玻璃外部FSP統(tǒng)計(jì)特性的代表性樣本。

圖2 麥克風(fēng)9測(cè)量乘客側(cè)玻璃上的FSP，麥克風(fēng)1測(cè)量乘客外耳處的SPL

在與麥克風(fēng)9相同的位置，在駕駛員側(cè)玻璃上，使用陣列麥克風(fēng)2測(cè)量車輛另一側(cè)的外部FSP，如圖3所示。

圖3 陣列話筒2測(cè)量駕駛員側(cè)玻璃上的FSP，與話筒2對(duì)稱

在南加州的一條高速公路上，在沒有其他車輛靠近的情況下，首次在空氣動(dòng)力學(xué)靜態(tài)條件下，在三種不同的道路速度下進(jìn)行了道路風(fēng)噪聲測(cè)量。為了區(qū)分風(fēng)噪聲和道路輪胎噪聲，縮放mic 1處內(nèi)部SPL的自動(dòng)頻譜，以找到所有測(cè)量值塌陷到相同頻譜的道路速度指數(shù)。圖4中的速度縮放結(jié)果表明，在800 Hz以下，指數(shù)約為3，這是典型的道路輪胎噪聲。在800-2500 Hz的頻率范圍內(nèi)，觀察到較高的速度標(biāo)度指數(shù)為6-8，這表明存在風(fēng)噪聲。高于2500 Hz時(shí)，內(nèi)部聲壓級(jí)過低，麥克風(fēng)1信號(hào)接近儀表噪聲下限，無法使用測(cè)試數(shù)據(jù)。本文討論的所有后續(xù)道路試驗(yàn)結(jié)果僅適用于風(fēng)噪聲主導(dǎo)的頻率范圍800-2500 Hz。

圖4 縮放SPL自動(dòng)頻譜所需的道路速度指數(shù)

非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲測(cè)量是在大型車輛尾跡速度范圍內(nèi)進(jìn)行的，如下表1所示。

表一 風(fēng)振測(cè)量條件

在800-2500 Hz的頻帶內(nèi)過濾麥克風(fēng)數(shù)據(jù)，并計(jì)算每個(gè)測(cè)試中每個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)的前四個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)刻。所有測(cè)量的平均值（第一時(shí)刻）均為零。標(biāo)準(zhǔn)偏差（第二時(shí)刻）是每個(gè)麥克風(fēng)的預(yù)期RMS。偏斜度（第三時(shí)刻）很小，可以忽略所有測(cè)量，包括外部FSP和內(nèi)部SPL。尖削度（第四時(shí)刻）——表明隨機(jī)壓力信號(hào)的沖擊性——在測(cè)試之間以及外部FSP和內(nèi)部SPL信號(hào)之間表現(xiàn)出顯著差異，如圖5所示。

圖5 在800-2500 Hz的風(fēng)噪聲頻帶內(nèi)，測(cè)得的麥克風(fēng)信號(hào)的峰度

最顯著的趨勢(shì)是，內(nèi)部風(fēng)噪聲的峰值總是顯著小于外部表面壓力。正如預(yù)期的那樣，靜態(tài)試驗(yàn)6、8和9的外部FSP峰度低于其余抖振環(huán)境試驗(yàn)的峰度。Mic 2的峰度始終低于Mic 9。這一趨勢(shì)被認(rèn)為是由于不同的擋風(fēng)玻璃的原因（Mic 9為開放端口，無擋風(fēng)玻璃）。高斯（“正態(tài)分布”）隨機(jī)信號(hào)的峰度為3，可以看出，所有外部FSP信號(hào)的峰度都顯著大于3，表明為非高斯隨機(jī)壓力。在潔凈空氣條件下，內(nèi)部SPL的峰度接近3，但在受到上游車輛抖振尾跡的影響時(shí)，可以增加到4-6。圖6中mic 9外部FSP的直方圖清楚地顯示了壓力分布上的強(qiáng)脈沖“尾”，對(duì)應(yīng)于高峰度。值得注意的是，清潔空氣（測(cè)試T7）的分布似乎也是強(qiáng)非高斯分布。

圖6 干凈空氣試驗(yàn)7和非靜止尾跡試驗(yàn)15的mic 9外部FSP直方圖，疊加在高斯（正態(tài)）分布上

圖7中mic 1內(nèi)部SPL的相應(yīng)直方圖證實(shí)了潔凈空氣條件下的內(nèi)部SPL是高斯隨機(jī)的。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)尾跡條件（測(cè)試T15），內(nèi)部SPL上的峰度增加，變得更加弱非高斯。

圖7 干凈空氣試驗(yàn)7和非靜止尾跡試驗(yàn)15的mic 1內(nèi)部SPL直方圖，疊加在高斯分布上

與外部氣動(dòng)聲壓傳輸?shù)絻?nèi)部聲學(xué)聲壓級(jí)相關(guān)的隨機(jī)壓力信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征發(fā)生這種實(shí)質(zhì)性變化的原因尚不清楚。本文將使用非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲傳輸?shù)乃矐B(tài)SEA模型來評(píng)估影響觀測(cè)行為的兩種可能機(jī)制。

非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪模型

在車輛振動(dòng)的非穩(wěn)態(tài)路面輸入情況下，Rouillard和Sek表明，非高斯“輕量級(jí)”載荷（峰度κ>3）可以通過非穩(wěn)態(tài)調(diào)制高斯隨機(jī)載荷來合成。他們表明，非穩(wěn)態(tài)和非高斯過程可以建模為一系列具有不同持續(xù)時(shí)間和RMS水平的i高斯隨機(jī)段（κ=3）。整體峰度κ可以表示為序列分布和相應(yīng)prms水平的函數(shù)。

Watkins等人和其他研究人員報(bào)告了內(nèi)部風(fēng)噪聲的類似非穩(wěn)態(tài)隨機(jī)特性。一種常見的方法是使用希爾伯特變換來定義每三分之一倍頻程頻帶中的時(shí)變“調(diào)制包絡(luò)”，如圖8所示。作者還測(cè)量了引起內(nèi)部風(fēng)噪聲的外部脈動(dòng)表面壓力（FSP）的調(diào)制。圖9顯示了存在非穩(wěn)態(tài)上游尾流時(shí)的典型調(diào)制譜圖。如圖8（右）中的藍(lán)線所示，對(duì)于FSP的每三個(gè)倍頻程頻帶，調(diào)制頻譜是調(diào)制包絡(luò)時(shí)間信號(hào)的傅里葉變換。正如其他研究人員所觀察到的，非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲調(diào)制是低頻的，大部分能量在2-25 Hz頻段。

圖8 非穩(wěn)態(tài)、非高斯風(fēng)噪聲（左）建模為第三倍頻程中高斯隨機(jī)載荷的振幅調(diào)制（右）

圖9 非定常尾流條件下外部FSP的典型調(diào)制譜圖傅里葉頻譜中的每條頻率線ωk可被視為調(diào)幅（AM）信號(hào)，例如：

其中p0是頻率ωk處載波信號(hào)的峰值振幅，μ是調(diào)制振幅比，Ω是調(diào)制頻率。公式（2）的傅里葉變換表明，調(diào)制為載波信號(hào)增加了邊帶。與未調(diào)制載波信號(hào)相比，調(diào)制邊帶增加了RMS電平：

公式（1）中（2）的近似積分證實(shí)，增加高斯隨機(jī)數(shù)據(jù)的調(diào)制比μ會(huì)導(dǎo)致峰度增加，如圖10所示。

圖10 調(diào)制高斯隨機(jī)信號(hào)的峰度預(yù)測(cè)

瞬態(tài)風(fēng)噪SEA模型

本文評(píng)估了Bremner提出的非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲瞬態(tài)統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）模型。圖11和圖12對(duì)模型進(jìn)行了示意性總結(jié)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)隨機(jī)風(fēng)噪聲，外部風(fēng)荷載由對(duì)流湍流和外部聲學(xué)的壓力自譜建模。然而，對(duì)于非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲，每個(gè)第三倍頻程頻率帶ωk中的波動(dòng)壓力水平被視為調(diào)制時(shí)間T的函數(shù)。側(cè)玻璃共振的直接功率輸入和內(nèi)部座艙聲學(xué)模式的間接功率輸入（通過非共振玻璃振動(dòng)響應(yīng)傳輸）是時(shí)間T的函數(shù)。

圖11 風(fēng)噪聲傳播模型示意圖

圖12 非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲向車內(nèi)傳播的相應(yīng)瞬態(tài)SEA模型空間平均玻璃振動(dòng)響應(yīng)的調(diào)制包絡(luò)與玻璃共振振動(dòng)模式中的能量成正比，而車輛內(nèi)部的混響聲壓級(jí)與座艙共振聲學(xué)模式的能量成正比。在瞬態(tài)SEA模型中，這些時(shí)變能量是根據(jù)每個(gè)子系統(tǒng)的功率平衡方程矩陣計(jì)算的。對(duì)于圖12中簡單的兩個(gè)子系統(tǒng)模型，瞬態(tài)SEA平衡方程形成一對(duì)一階微分方程。

對(duì)于風(fēng)噪聲荷載的一般希爾伯特時(shí)間包絡(luò)，這些方程可以用數(shù)值方法求解。

調(diào)制傳輸頻率響應(yīng)函數(shù)

圖13所示的瞬態(tài)SEA模型已成功用于驗(yàn)證全尺寸量產(chǎn)汽車在氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞中的非平穩(wěn)風(fēng)噪聲傳播模型，該風(fēng)洞具有受控的周期風(fēng)速和受控的偏航角。整車SEA模型使用測(cè)得的駕駛員玻璃負(fù)載外表面壓力（FSP）調(diào)制時(shí)程，以及測(cè)得的振動(dòng)調(diào)制時(shí)程來估計(jì)風(fēng)噪聲通過其他玻璃表面?zhèn)鞑サ呢暙I(xiàn)。對(duì)SEA模型進(jìn)行了擴(kuò)充，以預(yù)測(cè)每個(gè)玻璃的混響和直接場(chǎng)聲壓級(jí)，并包括用于預(yù)測(cè)乘員外耳和內(nèi)耳位置聲壓級(jí)的頭部散射效應(yīng)。

圖13 在風(fēng)洞測(cè)試的全尺寸汽車瞬態(tài)SEA模型。

模型1-側(cè)面玻璃上的相干調(diào)制

上述調(diào)制傳輸頻率響應(yīng)函數(shù)衰減更高調(diào)制頻率Ωm的趨勢(shì)，為外部FSP與內(nèi)部SPL的道路峰度之間的顯著差異提供了一種可能的解釋。根據(jù)方程式（1）和圖10，外部FSP中高頻調(diào)制的大幅度將有助于獲得較高的峰度值。如果高頻調(diào)制的傳輸因側(cè)窗共振的混響時(shí)間和座艙聲學(xué)模式的混響時(shí)間而顯著衰減，則內(nèi)部聲壓級(jí)的非高斯峰度應(yīng)顯著降低。使用道路試驗(yàn)車輛的簡單瞬態(tài)SEA模型來評(píng)估這一假設(shè)。圖14中的模型將道路上測(cè)量的調(diào)制湍流載荷和外部聲學(xué)載荷的單相相干區(qū)域應(yīng)用于側(cè)玻璃。直接（共振玻璃振動(dòng)）和間接（非共振玻璃振動(dòng)）傳輸路徑均按照方程式（4）和（5）建模。

圖14 瞬態(tài)SEA模型1用于評(píng)估測(cè)量的道路FSP調(diào)制到內(nèi)部SPL調(diào)制的傳輸，假設(shè)側(cè)玻璃上存在相干調(diào)制

圖15 風(fēng)噪聲峰度的比較表明，模型1無法預(yù)測(cè)測(cè)量到的內(nèi)部SPL峰度降低

圖16（上部）顯示了測(cè)試15中樣品第三倍頻程頻帶內(nèi)道路測(cè)量的外部FSP調(diào)制時(shí)間歷程。調(diào)制以規(guī)范化的“%modulation”格式顯示。中間的圖表顯示了側(cè)面玻璃振動(dòng)的百分比調(diào)制響應(yīng)，由瞬態(tài)SEA模型預(yù)測(cè)。下圖顯示了瞬態(tài)SEA模型預(yù)測(cè)的內(nèi)部SPL的調(diào)制響應(yīng)百分比。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，根據(jù)調(diào)制頻率響應(yīng)函數(shù)、方程（9）和（10）預(yù)測(cè)，玻璃振動(dòng)和內(nèi)部風(fēng)噪聲SPL的調(diào)制百分比降低。圖10中估算的內(nèi)部SPL的相應(yīng)峰度與圖15中的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。很明顯，調(diào)制衰減不足以解釋道路測(cè)量中觀察到的近高斯內(nèi)部SPL峰度的轉(zhuǎn)換。

圖16 外部FSP（上部）的實(shí)測(cè)調(diào)制和側(cè)玻璃振動(dòng)（中部）和內(nèi)部SPL（下部）傳輸調(diào)制的模型1預(yù)測(cè)；對(duì)于四個(gè)三倍頻程頻段，其中道路風(fēng)噪聲占主導(dǎo)地位。

模型2-側(cè)玻璃上的不相干調(diào)制

作者之前在道路和風(fēng)洞上進(jìn)行的測(cè)量觀察到，側(cè)玻璃上的外部FSP調(diào)制沒有完全相關(guān)。假設(shè)風(fēng)噪聲調(diào)制源和傳輸路徑之間的相關(guān)性不完全，這是一種額外的機(jī)制，有助于將非高斯外部FSP轉(zhuǎn)換為近高斯內(nèi)部風(fēng)噪聲SPL。瞬態(tài)SEA模型用于檢驗(yàn)這一假設(shè)。外部氣動(dòng)聲學(xué)加載中的完全相關(guān)調(diào)制用四個(gè)不同的湍流和外部聲學(xué)加載區(qū)進(jìn)行建模，如圖17所示。通過兩種方式模擬了預(yù)期的調(diào)制去相關(guān)效應(yīng)。首先，將從車輛另一側(cè)玻璃測(cè)得的FSP用于較低玻璃T1、A1負(fù)載，以模擬部分不相關(guān)的后視鏡尾跡調(diào)制。其次，通過對(duì)前向玻璃加載T1、A1和T3、A3分別施加對(duì)流時(shí)間延遲來模擬后玻璃加載區(qū)T2、A2和T4、A4。

圖17 瞬態(tài)SEA模型2用于評(píng)估測(cè)量的道路FSP調(diào)制到內(nèi)部SPL調(diào)制的傳輸，假設(shè)側(cè)玻璃上有四個(gè)部分相關(guān)的調(diào)制加載區(qū)。圖18（上部）顯示了測(cè)試15中對(duì)象3倍頻程頻帶中四個(gè)道路上測(cè)量和模擬的外部FSP調(diào)制時(shí)間歷程。中間的圖表顯示了側(cè)面玻璃振動(dòng)的百分比調(diào)制響應(yīng)，由瞬態(tài)SEA模型預(yù)測(cè)。下圖顯示了瞬態(tài)SEA模型預(yù)測(cè)的內(nèi)部SPL的調(diào)制響應(yīng)百分比。

圖18 外部FSP荷載四個(gè)區(qū)域的測(cè)量和模擬調(diào)制（上部），以及側(cè)玻璃振動(dòng)（中部）和內(nèi)部SPL（下部）傳輸調(diào)制的模型2預(yù)測(cè)；對(duì)于四個(gè)三倍頻程頻段，其中道路風(fēng)噪聲占主導(dǎo)地位在這種情況下，與外部氣動(dòng)聲學(xué)載荷的百分比調(diào)制相比，玻璃振動(dòng)和內(nèi)部風(fēng)噪聲SPL的調(diào)制顯著減弱。使用圖10將模型1和模型2的預(yù)測(cè)內(nèi)部SPL調(diào)制結(jié)果轉(zhuǎn)換為峰度。圖19中的結(jié)果證實(shí)，模型2與道路測(cè)量的峰度趨勢(shì)相比更好。

圖19 模型2預(yù)測(cè)從外部FSP到內(nèi)部SPL的峭度降低，與測(cè)試一致作者認(rèn)為，這一結(jié)果與中心極限定理一致，中心極限定理指出，具有不同概率密度函數(shù)的足夠大的信號(hào)之和將始終收斂于高斯正態(tài)分布。在道路上的汽車中，與圖16中非常簡單的瞬態(tài)SEA模型中的有限噪聲源相比，內(nèi)部風(fēng)噪聲調(diào)制的影響因素可能更多。在這種情況下，將有更多的傳輸調(diào)制的“取消”和更強(qiáng)的收斂到近高斯內(nèi)部SPL。

討論

汽車制造商報(bào)告稱，乘客對(duì)車輛內(nèi)部風(fēng)噪聲的感知受到外部氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)荷載的非高斯和非穩(wěn)態(tài)特性的影響?？梢哉f，定義適當(dāng)?shù)囊糍|(zhì)指標(biāo)和定義噪聲工程設(shè)計(jì)程序以實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

最近，高分辨率表面壓力陣列與瞬態(tài)SEA模型一起使用，為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了新的、更強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。這些方法具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并已在受控周期風(fēng)調(diào)制風(fēng)洞中得到驗(yàn)證。本文介紹了在非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲驅(qū)動(dòng)條件下，將瞬態(tài)SEA模型與實(shí)際道路風(fēng)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的初步結(jié)果。很明顯，更嚴(yán)格的驗(yàn)證可能很困難，但使用現(xiàn)有的新工具肯定是可能的。這些新的發(fā)展可能是汽車風(fēng)噪聲工程向前邁出的重要一步。當(dāng)輸入瞬態(tài)SEA聲學(xué)模型時(shí)，在風(fēng)洞中油泥模型上進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐獠縁SP測(cè)量，可以在開發(fā)的最早階段預(yù)測(cè)新氣動(dòng)設(shè)計(jì)的非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲聲質(zhì)量。雖然計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）建模作為油泥模型風(fēng)洞試驗(yàn)的一種替代方法，但CFD可能不容易擴(kuò)展到預(yù)測(cè)導(dǎo)致風(fēng)噪聲非穩(wěn)態(tài)音質(zhì)的外部FSP荷載。首先，完全解決1-8 kHz頻率范圍內(nèi)湍流的CFD模型在計(jì)算資源上非常昂貴，因此有用的壓力時(shí)域結(jié)果通常只在非常短的時(shí)間間隔（幾分之一秒）內(nèi)可行。由于非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲調(diào)制已被證明是低頻的-大部分能量在2-25 Hz頻帶內(nèi)-需要至少5秒（最好是30-60秒）的壓力時(shí)長。其次，風(fēng)噪聲載荷中的低頻調(diào)制被認(rèn)為是由入射風(fēng)中的大型湍流渦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，與車身形狀的空氣動(dòng)力相互作用。對(duì)于生產(chǎn)風(fēng)噪聲工程應(yīng)用，完全解析的1-8 kHz湍流的CFD模型（跨越整車空氣動(dòng)力學(xué)和上游湍流尾跡發(fā)生器的尺寸）可能是無法實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)論

采用時(shí)間同步的外部脈動(dòng)表面壓力（FSP）和內(nèi)部聲壓級(jí)（SPL）測(cè)量來量化上游車輛尾跡中行駛時(shí)風(fēng)噪聲的非穩(wěn)態(tài)和非高斯特性。測(cè)量結(jié)果表明，外部FSP表現(xiàn)出高水平的統(tǒng)計(jì)峰度，這可以描述為第三倍頻程頻帶中高斯隨機(jī)壓力波動(dòng)的非穩(wěn)態(tài)調(diào)制。當(dāng)相同的風(fēng)噪聲傳輸?shù)匠藛T艙時(shí)，內(nèi)部SPL顯示出明顯較低的峰度水平。該非穩(wěn)態(tài)風(fēng)噪聲統(tǒng)計(jì)模型與瞬態(tài)SEA模型兼容，該模型可以預(yù)測(cè)從外部FSP到相應(yīng)玻璃振動(dòng)調(diào)制和內(nèi)部SPL調(diào)制的調(diào)制傳輸頻率響應(yīng)函數(shù)。本文利用瞬態(tài)SEA模型表明，統(tǒng)計(jì)峰度的降低可能有兩個(gè)聯(lián)合效應(yīng)。主要影響是不相關(guān)（或僅部分相關(guān)）的多個(gè)風(fēng)噪聲源和/或路徑貢獻(xiàn)的總和。第二個(gè)影響是調(diào)制傳輸頻率響應(yīng)函數(shù)中的自然衰減和相位延遲，這歸因于共振玻璃振動(dòng)的混響時(shí)間和座艙聲學(xué)模型的混響時(shí)間。

這些新工具的進(jìn)一步驗(yàn)證有望幫助理解需要考慮的氣動(dòng)聲學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)，以避免非穩(wěn)態(tài)隨機(jī)氣動(dòng)聲學(xué)引起的風(fēng)噪聲音品質(zhì)問題。

文章來源：

Bremner, P.;Clifton, S.;Todter, C..A Transient SEA Model for Transmission of Non-Stationary Wind Noise(Conference Paper)[J].SAE Technical Papers,2019,Vol.2019

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