基于板件声学灵敏度的白车身结构噪声分析

罗方赞

摘要：本文首先介绍了板件声学灵敏度的概念，然后分析了轿车车身噪声控制中的声学灵敏度数学模型得出贡献系数数学模型，最后通过白车身结构噪声分析实验对其进行验证。在白车身对声源响应的测量实验中，通过力锤激励和体积声源激励两种方式，记录各点响应，通过测量获得声学灵敏度、板件强迫振动响应传递函数、板件振动辐射声压传递函数三个参数，通过分析计算，最终得出各测点的板件贡献量。

Abstract： This paper introduced the conception of body panel acoustic sensitivity， then it analyzed acoustic sensitivity mathematical model in car body noise control and deduced contribution coefficient mathematical model， finally， verified it by structure noise analysis experiments of body-in-white. In measurement experiments that body-in-white response to sound source， through two methods， force hammer excitation and volume sound source excitation， record the points of the excitation responding， we got three parameters by measurements， they are acoustic sensitivity， transfer function of body panel forced oscillation response， and  transfer function of body panel oscillation radiate sound pressure， at last we obtained contribution of body panel of each measurement points by analytical calculation.

關键词：白车身;板件声学灵敏度;结构噪声;声场传递向量

Key words： body-in-white;body panel acoustic sensitivity;structure noise;acoustics transfer vector

中图分类号：U467.49                                文献标识码：A                                       文章编号：1674-957X（2020）20-0043-02

0  引言

板件声学灵敏度又称声场传递向量（ATV），即：当声场是线性系统时，结构表面振动速度的线性输入和声场内某点声压输出的关系。板件声学灵敏度测试是灵敏度测试的一个重要方面，是改善车内声学环境的常用方法。[1]轿车乘员舱主要由薄壁板件组成，因此研究薄板的振动特性对结构辐射噪声有着十分重要的意义。薄板在激励的作用下做稳态振动时，会在媒质中产生扰动场，其运动会带动其周围媒质运动，即带动均匀的、粘性不起主要作用的、无旋流动的理想气体做运动，将振动能量传递出去。车身结构辐射噪声由所有板件振动引起，车身板件不同区域对于乘员舱内部任意位置声压的贡献是不相同的。在研究时，一般忽略各单元的振动相位不同给车内声场带来的影响，近似的认为振动大的部位是车内噪声的主要声源。在实际设计中，依据这种经验进行修改，有时不能得到理想的结果。依据板件声学贡献分析，而进行板件结构修改当前正被汽车生产企业广泛采用。根据板件贡献量的正负贡献区域，对不同壁板进行相应的声学处理，以改善车内声学环境，同时减少附加声学处理的重量，满足轻量化的要求。[2]

1  理论原理

1.1 理论原理

板件声学灵敏度测试是灵敏度测试的一个重要方面，是改善车内声学环境的一种常见方法。[3]

ATV表征线性声场中，声场内某点声压级和表面振动速度之间建立的线性输入——输出关系，并对各板件的声音贡献量进行量化计算。而在试验测试中，建立声压——激励力传递函数的ATV更方便。结合试验测试情况，根据板件在外力激励下，在车内形成噪声的过程，可以将公式声学灵敏度H（？棕）=■分解为：

其中：H（？棕）：声学灵敏度，结构表面振动速度的线性输入和声场内某点声压输出的关系，在本研究中指由发动机右悬置安装点力锤激励下，乘员舱内驾驶员右耳位置的声压响应确定的声压传涵。

HVF：板件强迫振动响应传递函数，结构表面振动速度的线性输入和车身板件输出的关系，本研究中指由发动机右悬置安装点力锤激励下，乘员舱内各板块测点的振动响应确定的振动传涵。

HPV：板件振动辐射声压传递函数，车身板件输入和声场内某点声压输出的关系，根据互异性的原理，本研究中指由乘员舱内驾驶员右耳位置的声源激励下，乘员舱内各板块测点的振动响应确定的声振传涵。

1.2 贡献系数Ri

定义贡献系数Ri为单元i的声学灵敏度Hi，s（？棕）在总声学灵敏度HP（？棕）上的投影，表示振动板件对总的声压贡献程度，则可得：■

其中Hi，s（？棕）表示Hi，s（？棕）的模，HP（？棕）表示HP（？棕）的模，cos表示Hi，s（？棕）和HP（？棕）夹角的余弦值。

贡献系数Ri的物理意义：当Ri为正，则板件测试单元的声学灵敏度（声压）与总声学灵敏度（总声压）同相，该测试单元为正贡献区，随着激励增大，面板振动幅值增大，总声压随之升高，是结构修改和阻尼降噪的关注区域;当Ri为负，则板件测试单元的声学灵敏度（声压）与总声学灵敏度（总声压）反相，该测试单元为负贡献区，它的振动有衰减总声压的作用，對此区域要积极利用其特性来降噪，同时避免在其他结构修改后，使其转变为正敏感区域;贡献度Ri较小的区域为低贡献区，此处对总声压的作用并不敏感，在结构修正中不是重点考察区域，作为观察区域。

2  实车测量

本次试验样车为某车型白车身，包含前风挡玻璃，不含四门两盖（左右侧的车门、发动机盖、后备箱盖），车内的声腔与车外是自由联通的，可看作是自由声场。

试验时将样品用橡皮绳悬挂在搭建好的测量支架上，样品呈自由状态，尽量消除影响样品振动特性的因素。将低频体积声源放置于驾驶员位置，声源中心与该处人耳（靠内侧）平齐。

试验需要通过测量获得声学灵敏度H（？棕）、板件强迫振动响应传递函数HVF板件振动辐射声压传递函数HPV三个参数，分两轮测试获得。

第一轮测试，先对发动机右悬置安装点进行力锤激励，记录各响应点的频响函数，获得声学灵敏度H（？棕）和板件强迫振动响应传递函数HVF。其中H（？棕）为发动机右悬置安装点力锤激励下，乘员舱内驾驶员右耳位置的声压传递函数，HVF为发动机右悬置安装点力锤激励下，车身壁板响应点振动传递函数。第二轮测试，利用体积声源进行激励，记录各响应点的响应函数，从而获得板件振动辐射声压传递函数HPV，即中低频体积声源激励下，车身壁板响应点振动传递函数。

依据公式H（？棕）=HPVHVF，对测试获得数据H（？棕），HVF，HPV进行分析计算，最终得出各测点的板件贡献量。

3  数据分析及结果

3.1 声学灵敏度H（？棕）

板块声学灵敏度曲线见图1。

由图1可知，测试频段范围内存在多个共振频率，本研究针对116Hz共振频率进行分析。

3.2 分析频率116Hz的贡献量合成

116Hz测点贡献量计算结果见表1、表2。

3.3 试验结果分析

对上述试验数据及分析进行综合分析，得出如下结论：对116Hz的板块贡献量合成可知：对声学灵敏度影响较大的正贡献点主要集中在前地板板块，因而前地板板块为正贡献区;负贡献点主要集中在顶盖板块，该区域为为负贡献区;防火墙板块对该频率的贡献量合成很微小，为观察区域。

4  结论

该项目的实施，建立了基于板件声学灵敏度的白车身试验与分析能力，扩展了现有振动噪声试验分析功能。该项目的应用，掌握了板件声学灵敏度分析技术，并将其应用到实际开发试验工作中去，有助于车内噪声的控制与研究。

参考文献：

[1]陈卓群.汽车车内结构噪声分析与控制方法研究[D].保定：华北电力大学，2014.

[2]陈明.试验模态的车身结构[J].汽车工程师，2010（1）：43-45.

[3]陈永新，谭继锦，陈剑，汪文江.轿车白车身模态试验研究[J].汽车技术，2007，11：45-48.