脉冲响应信号声强测量的研究及应用

摘要

声强测试方法是一种常用的噪声测试方法，由于其测试流程简便、不受测试环境限制等优势，被广泛应用于工程机械的噪声测量中。合理的声强分析可以为精准降噪提供可靠的依据。近年来，噪声控制的要求不断严格，为进一步满足降噪需求，针对不同形式的噪声，声强测试有向专门化、精准化方向发展的趋势。而信号提取技术的不断发展成熟，使得针对性地计算不同形式噪声的声强成为可能。 脉冲冲击响应信号是一种常见的噪声信号，其大量存在于工程机械噪声中，能够在短时间内传播大量的声能量。发动机中气体燃烧激励、活塞撞击气缸壁等过程均会形成脉冲冲击响应声信号。本文针对脉冲冲击响应信号进行声强分析。首先采用经典的互谱方法分析脉冲响应信号的声强，分析发现：声强分散在频谱的不同频率点上，频谱无法直观地反映脉冲响应信号的实际声强；当信号中存在多个脉冲响应成分时，频谱的部分频率上甚至出现了不合理的负声强。由于互谱法无法明晰地分析脉冲冲击响应信号的声强，文中提出一种针对脉冲冲击响应信号的声强计算方法：运用信号分析方法提取出原始信号中的脉冲响应成分，然后根据时域声强计算公式求取出脉冲响应成分的实际声强值。采用内积相关方法提取脉冲响应信号：基于内积相关方法识别出脉冲冲击响应信号的特征参数，根据识别的特征参数重构出脉冲响应信号。进一步地，根据重构的信号计算出脉冲响应信号的实际声强。仿真结果表明：在衰减系数较小的情况下，内积相关方法能够有效地提取出脉冲响应信号，进而求取准确的声强值；但是当衰减系数较大时，受负频率项影响，信号的提取精度下降，声强计算结果失准。 准确地提取出脉冲响应信号是有效求解信号声强的关键。为消除负频率项的影响，提高脉冲响应信号提取精度，构建标准正交系进行脉冲响应信号的提取。依照脉冲响应函数的形式构建标准正交系，搜索响应信号在正交系上投影的最大值以获取脉冲响应信号的各项特征参数，进而重构脉冲响应信号并求解其声强。仿真结果表明：这种方法不受衰减系数大小影响，能够在不同的衰减系数下有效地提取脉冲响应信号进而准确地计算出其声强。进一步结合迭代方法计算组合脉冲响应信号的声强，计算结果表明：构造正交系结合迭代的方法能够有效地提取出信号中的多个脉冲响应成分，进而准确地求取各脉冲响应成分的声强。 将基于信号提取的声强测量方法应用于某型号的发动机的脉冲冲击响应信号声强计算中。计算结果表明：通过构建标准正交系的方法能够准确地提取出发动机噪声信号中的脉冲响应成分进而有效地计算出其声强值。对比互谱法发现：在互谱法获取的声强频谱上，信号的主要峰值分散在1000-1300Hz的频段上，次要峰值分散在450-550Hz的频段上，无法依据频谱确定信号主要声能量的具体来源及其贡献的实际声强值，信息不够集中。而本文方法可以锁定发动机的主要声能量来源于1170Hz及507Hz的脉冲响应信号，声强计算结果表明脉冲响应成分的声能占信号总声能的46%。综合比较发现：本文方法能够更加明晰地分析脉冲响应信号的声强，同时有效地反映此类信号的实际特征，为进一步降噪提供了更为明确的依据。

目录

江苏大学专业学位硕士学位论文

摘 要

Abstract

目 录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 声强测量

1.2.1 声强测量的特点

1.2.2 声强测量技术的发展

1.2.3 非简谐信号声强的测量

1.2.4 声强测量技术的应用

1.3 论文的研究意义

1.4 论文的主要研究内容

第二章 互谱法应用于脉冲响应信号声强测量的问题

2.1 声强

2.2 双传声器互谱法测量声强

2.3 互谱法计算简谐信号声强

2.4 互谱法计算脉冲响应信号声强

2.4.1 互谱法计算单个脉冲响应信号声强

2.4.2 互谱法计算多个脉冲响应信号声强

2.5 本章小结

第三章 基于内积法的脉冲响应信号提取及声强计算研究

3.1 内积

3.2 内积法识别脉冲响应信号的特征参数

3.2.1 细化频率法识别信号固有频率

3.2.2 信号衰减系数的识别

3.2.3 信号幅值和相位计算

3.3 脉冲响应信号声强计算

3.4 负频率项对脉冲响应信号提取及声强计算结果的影响

3.5 本章小结

第四章 提高脉冲响应信号的识别精度及其声强的计算精度

4.1 采用标准正交系提取信号特征参数

4.1.1 构建正交系识别频率和衰减系数

4.1.2 优化搜索频率和衰减系数

4.1.3 信号幅值和相位计算

4.2 脉冲响应信号声强计算

4.3 构建标准正交系提取脉冲响应信号并计算其声强

4.4 结合迭代方法计算组合脉冲响应信号声强

4.4.1 信号特征参数识别与重构

4.4.2 各脉冲响应信号声强计算

4.5 组合脉冲响应信号声强计算实例

4.6 本章小结

第五章 发动机脉冲响应信号声强测试实验

5.1 构建台架及数据采集

5.2 重构信号及声强计算

5.2.1 脉冲响应信号的提取

5.2.2 脉冲响应信号的声强计算

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间科研成果