對于家電、汽車、工程機械等行業(yè)，能否高效識別噪聲源，并精準匹配我們實際感受到的“刺耳”、“轟鳴”等不適感，直接決定了產(chǎn)品降噪的效果和聲品質(zhì)的上限。

利用聲陣列進行噪聲“抓拍”時，經(jīng)常會面臨以下靈魂拷問：

這次測量能捕捉從低頻到高頻的全頻段噪聲源嗎？

聲源往往不在同一平面上，距離不同也能被準確識別嗎？

微弱的聲源能否被捕捉到？

殼體或平板振動這類分布式聲源，也能被識別嗎？

最后，這些噪聲源真的是導致主觀感受不佳的源頭嗎？

HBK一直深耕于噪聲源識別領域。今天，我們就來分享HBK的寬帶聲全息與聲品質(zhì)參數(shù)成像技術(shù)，如何幫助NVH工程師快速精準地鎖定動力總成的噪聲源，同時精準匹配主觀感受，讓汽車座艙既安靜又舒適。

康明斯探索噪聲源可視化的最新技術(shù)

Frank Eberhardt是康明斯公司的一名NVH技術(shù)專家，專門從事柴油機噪聲和振動測量，他在研發(fā)部門的任務是開發(fā)工具和流程，從而使發(fā)動機更安靜。為此，康明斯致力于探索噪聲源可視化的最新技術(shù)。

實際上，他們面臨著巨大的挑戰(zhàn)：

法規(guī)要求嚴

法規(guī)與客戶對“更安靜發(fā)動機”的要求日益嚴格，而排放要求導致氣缸 / 燃油系統(tǒng)壓力升高，加劇NVH問題（如齒輪敲擊、燃燒噪聲）。

測量效率低

低頻噪聲需采用近場聲全息（NAH）方法進行近距離測量；中高頻噪聲則需采用波束形成方法進行遠距離測量。這意味著需要進行兩次不同距離的測量，不僅測試效率低，且某些瞬態(tài)噪聲事件難以復現(xiàn)。

當被測物體處于高溫、高轉(zhuǎn)速工況時，往往無法進行近距離測量。

針對低頻噪聲的測量，通常需要組成較大的陣列，給實際部署和使用帶來不便。

聲源特性復雜

發(fā)動機前端噪聲源密集，且多源耦合導致部分噪聲在設計后期（裝配后）才顯現(xiàn)，傳統(tǒng)方法難以溯源。主要噪聲源既有齒輪敲擊、燃燒噪聲，也包含結(jié)構(gòu)振動輻射聲，其中一些聲源微弱難辨，極易被忽視。

普渡大學則以“突破聲全息技術(shù)邊界”為研究方向，Bolton教授團隊擁有超過30年的聲全息與聲場可視化經(jīng)驗。雙方?jīng)Q定合作，共同開發(fā)適配柴油發(fā)動機的高效噪聲源識別技術(shù)，以解決傳統(tǒng)方法的高頻限制與多源干擾問題。

圖1 36通道傳聲器陣列

Bolton博士團隊利用HBK傳聲器陣列和寬帶聲全息（Wideband Holography, WBH）技術(shù)，并按照HBK專家J?rgen Hald的建議，以復現(xiàn)發(fā)動機表面聲場并消除在某些條件下可能出現(xiàn)的虛假聲源。WBH 采用迭代過程，能夠消除其他類似聲源識別方法中難以避免的虛假聲源問題，這是其一個重要特點。

Bolton博士和Eberhardt的第二個目標是開發(fā)一個虛擬網(wǎng)格的替代策略。他們不再使用基于單極子（向各個方向等量輻射）的虛擬源網(wǎng)格，而是將更高階或多極子聲源（能夠創(chuàng)建更復雜的波形）置于需要辨別的目標聲源（即那些令人不悅的噪聲）的等效位置，從而更詳細、更精確地復現(xiàn)目標聲源。

此外，他們研究了采用輻射模態(tài)（分布于表面上的正交模態(tài)）替代點源的方法，通過將輻射模態(tài)與表面速度相乘來計算聲功率。為了有效降低聲功率，需減少表面速度與噪聲模態(tài)之間的耦合。該項目取得了積極成果，并向?qū)崿F(xiàn)更精確、更詳細的聲學成像目標邁進。

硬核技術(shù)– 寬帶聲全息WBH

為了克服需進行近、遠場兩次測量以及頻率上限受限的問題，HBK 開發(fā)了基于壓縮感知的寬帶聲全息技術(shù)。該技術(shù)能夠以較少的空間測點獲得更好的聲源識別效果，并能有效識別微弱聲源，目前已申請專利。

它在實際應用中具有以下獨特優(yōu)勢：

一次測量，一次計算，覆蓋完整頻段，告別重復測試；

測量距離靈活（大于2倍傳聲器間距，小于陣列直徑的一半），適用于無法特別近距離測量的場景，且測量距離并非關鍵參數(shù)；

全頻段保持高空間分辨率與良好的聲功率估計精度；

對于發(fā)動機和變速器等處于不同距離的噪聲源，WBH 能準確識別；

對分布式聲源，如發(fā)動機殼體或振動平板，也能準確識別；

動態(tài)范圍大，能很好地識別微弱聲源，不遺漏任何噪聲隱患。

五十鈴提升柴油發(fā)動機的聲品質(zhì)

近年來，噪聲排放問題日益突出，改進發(fā)動機噪聲性能不僅需要減少輻射聲壓，還需要改善車輛的聲品質(zhì)，以提高乘客和當?shù)鼐用竦氖孢m度。五十鈴將聲品質(zhì)視為關鍵的賣點和差異化因素。

傳統(tǒng)方法基于聲壓和聲強來定位噪聲源，可能無法準確反映個人的主觀感知。例如，提升柴油發(fā)動機的聲品質(zhì)，需要識別出發(fā)出脈沖性或粗糙聲音的噪聲源，而不僅僅是聲壓級更高的噪聲源。為此，五十鈴與HBK合作開發(fā)了聲品質(zhì)參數(shù)成像技術(shù)，通過使用基于感知的度量（如響度、尖銳度和粗糙度）來識別噪聲源的聲音特性。雙方還共同開發(fā)了一種新的脈沖度算法，以清晰識別柴油發(fā)動機中的脈沖噪聲源。

五十鈴將聲品質(zhì)參數(shù)成像技術(shù)應用于兩臺商用車型的柴油發(fā)動機（A和B）的實際測量。第一臺是5.2升直列4缸發(fā)動機，第二臺是9.8升直列6缸發(fā)動機。為了覆蓋廣泛的頻率范圍，同時采用了波束形成和SONAH兩種方法——波束形成用于識別高頻噪聲源，而 SonAH 用于低頻噪聲源。所有測量均使用一個直徑為0.5米的84通道輪形陣列完成。

圖2 發(fā)動機A(左)和B(右)波束形成和SONAH測量

測量工況包括從怠速到最大轉(zhuǎn)速的加速/減速過程以及穩(wěn)態(tài)工況。聲品質(zhì)成像圖中所顯示的問題噪聲源位置，與傳統(tǒng)聲壓圖的結(jié)果存在顯著差異。在對發(fā)動機A和B進行波束形成和SonAH 測試后，五十鈴對氣缸蓋和氣門間隙進行了設計修改，并在1米外放置傳聲器進行測量，以驗證修改效果。

五十鈴的噪聲測試專家齋藤先生表示：“通過識別問題，我們可以進行設計變更，最終提高聲品質(zhì)。但我們必須決定哪些度量標準對各種發(fā)動機工況是重要的，例如，一種方法是記錄聲品質(zhì)然后進行評審團評估?！彼^續(xù)說：“目前，我們主要關注空氣傳播噪聲。柴油發(fā)動機的主導噪聲在800Hz到4kHz之間。噴油器和渦輪增壓器的噪聲可達10kHz，我們非常希望能夠看到全頻帶的聲品質(zhì)成像，以便這些噪聲源能夠得到全面評估?！?

圖3 聲品質(zhì)參數(shù)成像，從左到右-穩(wěn)態(tài)響度、粗糙度和綜合指標

齋藤先生相信，“聲品質(zhì)參數(shù)成像軟件將對五十鈴非常有益，并將成為越來越有價值的工具。最初的測試是為了檢查試驗臺上動力傳動系統(tǒng)的聲品質(zhì)。然而，看到結(jié)果后，負責整車發(fā)動機測試的部門對使用該技術(shù)非常感興趣。”他總結(jié)說，“我對聲品質(zhì)參數(shù)成像技術(shù)非常滿意，它具有巨大潛力，可以使五十鈴繼續(xù)開發(fā)我們的柴油發(fā)動機，保持世界領先地位。”

多種方案可選，總有一款適合你

根據(jù)用戶實際要求，我們提供一系列不同直徑、不同傳聲器數(shù)量的陣列?？紤]到測試的便攜和易用性，30cm直徑、30通道“聲學攝像機”成為我們的明星產(chǎn)品。

圖4 聲學攝像機，現(xiàn)場測試“快、準、省”

小巧高效，全頻覆蓋： 直徑僅30cm即可覆蓋140Hz-12kHz全頻帶（通過縮減旁瓣可擴展至20kHz），快速完成聲源成像。

多重分析模式： 支持“實時+回放+高級后處理”?，F(xiàn)場實時顯示聲壓/振速/聲強云圖（疊加視頻畫面）；回放時可調(diào)整頻帶，生成圖片或視頻報告。使用高級后處理算法，可細致分析聲源并量化貢獻，不放過任何細節(jié)。

省心設計： 自帶防水便攜箱，集成線束整潔易組裝，新手也能快速上手。

適用場景廣： 適用于家電/消費電子/機械設備的聲源查找、異響（BSR）排查、現(xiàn)場快速故障定位——哪里有問題，拎著箱子過去，幾分鐘即可出結(jié)果！

擴展優(yōu)勢： 更換采集模塊前面板，可瞬間變身為常規(guī)聲學與振動測試系統(tǒng)——無需額外購置采集設備，一份投資實現(xiàn)“噪聲源識別 + 常規(guī)測試”雙重功能，性價比極高！

如果您正在為產(chǎn)品噪聲難題而頭疼，希望精準鎖定噪聲源頭，歡迎隨時聯(lián)系我們，一起探索更高效的噪聲源識別解決方案！