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[综合讨论] 家电案例 | 多样、复杂、移动声源的快速识别及可视化

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发表于 2021-4-6 10:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

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背 景

Gorenje集团是欧洲领先的家电制造商之一,拥有60多年的历史。总部和主要生产设施位于斯洛文尼亚的韦莱涅(Velenje)。他们的家用电器提升了全球九十个国家人民的生活质量,其销售品牌包括:Gorenje、Gorenje+、Atag、Asko、Pelgrim、Mora、Etna、Korting和Upo。

该集团的白色家电产品种类繁多,仅冰箱就有1700多种。这就意味着,速度和效率至关重要,Gorenje一直在寻找降低成本的方法。例如,公司引入了一种新型的隔振器,按每年生产三到四百万台洗衣机计算,每台可节省一欧元。

声品质是现代白色家电的一项重要参数,也是关键的区分因素。另外,为了在欧盟销售产品,Gorenje必须对其所有产品类型进行声功率测量。他们使用的是半消声室,一天24小时都在使用。在大约80%的时间里,Gorenje的工程师们都在使用消声室对成品进行标准化的声功率测量,以确保其符合相关的ISO标准。在剩下的20%时间里,Gorenje的声学专家们在努力解决异响或致力于研发。

他们希望提高测试效率,而由于空间和成本的限制,不可能另外制作一个消声室,所以他们试图找到一种技术解决方案。


                               
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“我们想评估采取不同减振措施对洗衣机电动机的影响。这类测量耗时更多,我们经常需要花费几天或一周的时间。”——Gorenje公司声学部负责人Nikola Holecek

挑 战 —— 多样、复杂、移动的噪声源

Gorenje要进行测试的白色家电尺寸各异,大到两米高的冰箱,小到微波炉乃至洗碗机。在某些情况下,声源的位置会随着机器的运行而移动。

此外,它们是由很多的子声源组成的复杂噪声源。这么多的因素都必须可靠地处理。Nikola说:“为了降低噪声,我们必须能够识别和定位主要噪声源,并在时间和频率域对其进行定义和描述。”

此前,Gorenje将声强探头与机器人定位系统一起使用,但是这种离散点法测量较为耗时且仅适用于固定噪声源。

解 决 方 案

Brüel & Kjær评估了Gorenje的需求,并设计了一套采用新型传声器阵列的系统来满足这些需求。他们的家用电器各不相同,测试项目繁多,而Gorenje对宽频率范围感兴趣,所以,该阵列针对200Hz至3kHz的频率进行了优化。该阵列是矩形的,可以有效地覆盖通常是矩形的目标,并且可以在其三脚架上快速上下调节,以测试不同高度的物体。它的中间有一个内置广角摄像头,让Gorenje的声学专家们能够将生成的声音映射准确地关联到物理测试对象的正确部分。


                               
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该阵列支持多种测量方法,迎合了Gorenje专家的需求。据Nikola介绍:“我们在进行测量时,一般从远场开始,使用了波束成形技术,然后采用近场声全息技术。有时候,也会使用宽带全息一次测量就获取全频段结果,无需分次测量”。阵列中的传声器排列间隔是不规则的,这样就允许同一个阵列使用不同宽带声全息、统计优化声全息和波束成形算法。正如Nikola所说:“这种新设备为我们带来了执行测量的巨大优势,并且数据采集系统简单可靠。”

结 果

更易理解

相比过去使用的声强探测技术,Gorenje现在可以比以前更快地测量和识别家用电器噪声源。“测量的速度、可重复性和准确性大幅提高,”Nikola说。“过去需要几小时的测量现在可以在几秒钟或几分钟内完成。”

声音可视化是其中重要的一个环节,如Nikola所说:“在具有复杂声源的设备上,我们必须确定基本声源。声场的可视化能够直观地引导我们找到每个声源的位置。可视化使我们弄清了一些复杂的技术问题,并确认我们关于机器的主要噪声源的假设。这也减轻了工作人员的压力。”

在现场验收测试期间,使用波束成形技术获得冰箱的噪声辐射概览,表明压缩机系统是主要噪声源。通过将阵列移近些并使用宽带全息术,空间分辨率得到了改善,显示了毛细管产生的噪声和压缩机本身的辐射图。


                               
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在测试由微波炉产生的准稳态噪声时,只需几秒钟即可获得整体声功率谱;对于洗衣机,用几分钟的测量时间即可涵盖洗衣机循环中的多个阶段。

这些明确的结果也优化了噪声控制措施和减振方法。

更高的测试效率
和以前一样,Gorenje的声学专家们每天工作16个小时(两班),且每天24小时都在使用消声室。但是,在保留用于噪声源研究的20%时间里,消声室的效率得到提高。因此,Gorenje现在比以前更多地使用噪声源定位设备。这样就有更多的时间进行其他的研究工作,从而进一步提高Gorenje产品的声音质量。这是一个重大优势。

Nikola说:要想在竞争日益激烈的市场中处于行业领先地位,每0.1分贝都很重要!

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