硬核技术如何突破传统界限 – 动力总成噪声源识别案例分享

BK声学与振动

对于家电、汽车、工程机械等行业，能否高效识别噪声源，并精准匹配我们实际感受到的“刺耳”、“轰鸣”等不适感，直接决定了产品降噪的效果和声品质的上限。

利用声阵列进行噪声“抓拍”时，经常会面临以下灵魂拷问：

• 这次测量能捕捉从低频到高频的全频段噪声源吗？
• 声源往往不在同一平面上，距离不同也能被准确识别吗？
• 微弱的声源能否被捕捉到？
• 壳体或平板振动这类分布式声源，也能被识别吗？
• 最后，这些噪声源真的是导致主观感受不佳的源头吗？
  

HBK一直深耕于噪声源识别领域。今天，我们就来分享HBK的宽带声全息与声品质参数成像技术，如何帮助NVH工程师快速精准地锁定动力总成的噪声源，同时精准匹配主观感受，让汽车座舱既安静又舒适。


康明斯探索噪声源可视化的最新技术

Frank Eberhardt是康明斯公司的一名NVH技术专家，专门从事柴油机噪声和振动测量，他在研发部门的任务是开发工具和流程，从而使发动机更安静。为此，康明斯致力于探索噪声源可视化的最新技术。

实际上，他们面临着巨大的挑战：

法规要求严

法规与客户对“更安静发动机”的要求日益严格，而排放要求导致气缸 / 燃油系统压力升高，加剧NVH问题（如齿轮敲击、燃烧噪声）。

测量效率低

• 低频噪声需采用近场声全息（NAH）方法进行近距离测量；中高频噪声则需采用波束形成方法进行远距离测量。这意味着需要进行两次不同距离的测量，不仅测试效率低，且某些瞬态噪声事件难以复现。
• 当被测物体处于高温、高转速工况时，往往无法进行近距离测量。
• 针对低频噪声的测量，通常需要组成较大的阵列，给实际部署和使用带来不便。
  

声源特性复杂

发动机前端噪声源密集，且多源耦合导致部分噪声在设计后期（装配后）才显现，传统方法难以溯源。主要噪声源既有齿轮敲击、燃烧噪声，也包含结构振动辐射声，其中一些声源微弱难辨，极易被忽视。

普渡大学则以“突破声全息技术边界”为研究方向，Bolton教授团队拥有超过30年的声全息与声场可视化经验。双方决定合作，共同开发适配柴油发动机的高效噪声源识别技术，以解决传统方法的高频限制与多源干扰问题。

                               
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图1 36通道传声器阵列

Bolton博士团队利用HBK传声器阵列和宽带声全息（Wideband Holography, WBH）技术，并按照HBK专家Jørgen Hald的建议，以复现发动机表面声场并消除在某些条件下可能出现的虚假声源。WBH 采用迭代过程，能够消除其他类似声源识别方法中难以避免的虚假声源问题，这是其一个重要特点。

Bolton博士和Eberhardt的第二个目标是开发一个虚拟网格的替代策略。他们不再使用基于单极子（向各个方向等量辐射）的虚拟源网格，而是将更高阶或多极子声源（能够创建更复杂的波形）置于需要辨别的目标声源（即那些令人不悦的噪声）的等效位置，从而更详细、更精确地复现目标声源。

此外，他们研究了采用辐射模态（分布于表面上的正交模态）替代点源的方法，通过将辐射模态与表面速度相乘来计算声功率。为了有效降低声功率，需减少表面速度与噪声模态之间的耦合。该项目取得了积极成果，并向实现更精确、更详细的声学成像目标迈进。

硬核技术– 宽带声全息WBH

为了克服需进行近、远场两次测量以及频率上限受限的问题，HBK 开发了基于压缩感知的宽带声全息技术。该技术能够以较少的空间测点获得更好的声源识别效果，并能有效识别微弱声源，目前已申请专利。

它在实际应用中具有以下独特优势：

• 一次测量，一次计算，覆盖完整频段，告别重复测试；
• 测量距离灵活（大于2倍传声器间距，小于阵列直径的一半），适用于无法特别近距离测量的场景，且测量距离并非关键参数；
• 全频段保持高空间分辨率与良好的声功率估计精度；
• 对于发动机和变速器等处于不同距离的噪声源，WBH 能准确识别；
• 对分布式声源，如发动机壳体或振动平板，也能准确识别；
• 动态范围大，能很好地识别微弱声源，不遗漏任何噪声隐患。
  

五十铃提升柴油发动机的声品质

近年来，噪声排放问题日益突出，改进发动机噪声性能不仅需要减少辐射声压，还需要改善车辆的声品质，以提高乘客和当地居民的舒适度。五十铃将声品质视为关键的卖点和差异化因素。

传统方法基于声压和声强来定位噪声源，可能无法准确反映个人的主观感知。例如，提升柴油发动机的声品质，需要识别出发出脉冲性或粗糙声音的噪声源，而不仅仅是声压级更高的噪声源。为此，五十铃与HBK合作开发了声品质参数成像技术，通过使用基于感知的度量（如响度、尖锐度和粗糙度）来识别噪声源的声音特性。双方还共同开发了一种新的脉冲度算法，以清晰识别柴油发动机中的脉冲噪声源。

五十铃将声品质参数成像技术应用于两台商用车型的柴油发动机（A和B）的实际测量。第一台是5.2升直列4缸发动机，第二台是9.8升直列6缸发动机。为了覆盖广泛的频率范围，同时采用了波束形成和SONAH两种方法——波束形成用于识别高频噪声源，而 SONAH 用于低频噪声源。所有测量均使用一个直径为0.5米的84通道轮形阵列完成。

                               
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图2 发动机A(左)和B(右)波束形成和SONAH测量

测量工况包括从怠速到最大转速的加速/减速过程以及稳态工况。声品质成像图中所显示的问题噪声源位置，与传统声压图的结果存在显著差异。在对发动机A和B进行波束形成和SONAH 测试后，五十铃对气缸盖和气门间隙进行了设计修改，并在1米外放置传声器进行测量，以验证修改效果。

五十铃的噪声测试专家斋藤先生表示：“通过识别问题，我们可以进行设计变更，最终提高声品质。但我们必须决定哪些度量标准对各种发动机工况是重要的，例如，一种方法是记录声品质然后进行评审团评估。”他继续说：“目前，我们主要关注空气传播噪声。柴油发动机的主导噪声在800Hz到4kHz之间。喷油器和涡轮增压器的噪声可达10kHz，我们非常希望能够看到全频带的声品质成像，以便这些噪声源能够得到全面评估。”

                               
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图3 声品质参数成像，从左到右-稳态响度、粗糙度和综合指标

斋藤先生相信，“声品质参数成像软件将对五十铃非常有益，并将成为越来越有价值的工具。最初的测试是为了检查试验台上动力传动系统的声品质。然而，看到结果后，负责整车发动机测试的部门对使用该技术非常感兴趣。”他总结说，“我对声品质参数成像技术非常满意，它具有巨大潜力，可以使五十铃继续开发我们的柴油发动机，保持世界领先地位。”


多种方案可选，总有一款适合你
根据用户实际要求，我们提供一系列不同直径、不同传声器数量的阵列。考虑到测试的便携和易用性，30cm直径、30通道“声学摄像机”成为我们的明星产品。

                               
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图4 声学摄像机，现场测试“快、准、省”

• 小巧高效，全频覆盖： 直径仅30cm即可覆盖140Hz-12kHz全频带（通过缩减旁瓣可扩展至20kHz），快速完成声源成像。
• 多重分析模式： 支持“实时+回放+高级后处理”。现场实时显示声压/振速/声强云图（叠加视频画面）；回放时可调整频带，生成图片或视频报告。使用高级后处理算法，可细致分析声源并量化贡献，不放过任何细节。
• 省心设计： 自带防水便携箱，集成线束整洁易组装，新手也能快速上手。
• 适用场景广：适用于家电/消费电子/机械设备的声源查找、异响（BSR）排查、现场快速故障定位——哪里有问题，拎着箱子过去，几分钟即可出结果！
• 扩展优势： 更换采集模块前面板，可瞬间变身为常规声学与振动测试系统——无需额外购置采集设备，一份投资实现“噪声源识别 + 常规测试”双重功能，性价比极高！
  

如果您正在为产品噪声难题而头疼，希望精准锁定噪声源头，欢迎随时联系我们，一起探索更高效的噪声源识别解决方案！

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