从噪声中收集有用信息

在开发、试验、产品取样、服务和维护中，研究并了解机器或系统组件噪声的来源和成因变得越来越重要。毕竟， “额外数量”的声效通常对整个产品生命周期中的舒适度、职业健康与安全以及品牌形象至关重要。

过去，工程师在测量声效时需要使用其他工具――让其与各种设备、用户界面、原理和数据格式进行混合测试。但如今的测量工具，例如HBM公司的QuantumX和catmanAP数据获取方案，可提供详细的声效测量分析能力以及全套功能特性，用于获取机械、热、电、数字总线信号以及GPS和视频信号。尤其是在声效测量方面，工程师可根据二维谱图中的响度和频率，利用声级分析（dB（A））等功能进行心理声学评估。

多用途测量工具不仅可更有效地进行测量，而且在趋势分析研究中能简化和加快与早期测量结果的比较。这些工具提供了维修及服务工作所需的简洁、便携的解决方案。 噪声工程

在汽车市场中，术语“噪声、振动和声振粗糙度（NVH）”通常用于描述汽车或机器中的声频噪声或可感知的振动。声振粗糙度是位于20-1OOHz之间的具有听觉和感觉的主观过

渡区。振动来自于振动源产生的力量进入到振动传输结构，如自诱导粘滑作用。常见的NVH例子有雨刮器（粘滑作用）、传动声响、握式离合器或空调系统噪声。

NVH来自于合理摩擦副作用或固体物体之间的意外摩擦，可导致产生结构噪声并最终通过空气传播发出可听见的噪声。在固体中各个方向都没有，有两种不同的结构声波：纵波和横波。这两种声波相互进行传播。而两者的声速和空传噪声一样，与频率无关。声速受密度、刚性模量（横波）和弹性模量（纵波）的影响。

结构噪声的记录与分析在工程学中有重要作用。在机械系统开发过程中，噪声分析可帮助测试整体功能、预热阶段、性能、耐久性甚至生命周期。而生产方面，在将零件整合到汽车内饰、转向总成及其他组件的过程中，通过噪声分析确保达到声学条件，从而改进质量检查流程。在整个产品生命周期中，噪声测量可提供长期结构健康连续分析的关键信息，以及例行检查、故障调查、故障解决、校准和调整过程中的诊断数据。工程师可分析系统噪声属性、针对一些问题（例如轴承磨损）分析机器技术状态、以及分析裂纹、材料破损相关的记录数据。 噪声的特性

在NVH概念下，所要做的就是避免降低舒适度的振动问题。在声学领域，声学不舒适度与多种来源特性相关，包括

声压级（SPL）。例如，运行中的喷气发动机、音乐会或重型卡车会因为音量大而产生不舒适感。表1列出了各种常见场景中的SPL。

但除了声源音量大之外，噪声源特征和噪声感知之间的关系非常复杂。人类听觉感知声音的频率随声音大小而变化。声压级或噪声级是心理声学量。在测量过程中，对噪声信号进行过滤以模拟人类听觉，从峰值敏感区间（约2k-4kHz）开始下降。这些过滤因素的加权曲线已标准化。

我们谈论的是A加权声压级，以dB（A）表示。OdB（A）对应听阂（听觉阈限）。A加权过滤曲线定义为20Hz-20kHz（见图1）。噪声产生痛觉的阂值大约为130dB（A）。借助高级声学测量齿轮的“计算通道”，很容易将声压转化为声压级（SPL）。 噪声测量

一般声学测量从使用高质量麦克风开始。我们以Microtech Gefell M370测试麦克风作为例子；这种内置转换器的麦克风含有一个具备环形特征的驻极体压力接收器。放大器发出恒定电流至麦克风，测得的声压被调制为电压信号（IEPE）。对于类别1露天使用，可测量的频率范围在20Hz-20kV之间（见图2）。最大声压级为130dB（A）。 对于实际信号获取与处理，一些工具，例如HBM公司的QuantumX和catmanAP软件，可提供完整的声学信号处

理平台。QuantumX是一种模块化数据获取方案，可同时从多个传感器及变换器获取数据，收集能力为0.1lOOkS/s，数据类型涉及作用力、张力、扭矩、压力、温度、位移、速度、位置、加速度、流量、电压、电流、噪声及其他许多特性。除了数据获取功能之外，catmanAP软件还提供一个整合数学程序库，用于在线和后处理计算。数学函数从简单代数计算、过滤器、统计数据、分类（如降雨量或按时间顺序）扩展到频谱分析、电功率计算和效率（通过简单参数化）。 噪声分析要求

为了揭露噪声的潜在原因，工程师借助几个基本分析功能，获取被测试系统（包括噪声测试）的详细状况。在这些功能中，最常见的一些功能包括：

展示时间、频率、角度或其他量，例如位移或转速（转速计）

在彩色谱图中展示功率谱密度（PSD） 综合声级特征（dB（A）） 限带级特征（dB（A））

分析频域中的一个信号并不会显示出信号频率部分随时间如何演化。对于这项任务，catman软件中的谱图可提供所需结果。该谱图借助关联的彩色编码振幅时间变化，通过计算信号所含频率，直接显示出联合时频分析（JTFA）。为了计算JTFA，catman软件借助短时傅里叶变换（STFT），对信

号时间变化的各短段反复应用快速傅里叶变换。本质上，谱图JTFA显示的内容比标准FFT更加详细：频率（y轴）时间演化（x轴）图以二维1/2可视化显示，振幅或能量被映射至彩色编码（见图3）。

JTFA依赖于一些参数，例如用于计算谱图的测量值数量。这些测量的经验法则是，纳入FFT的测量值越多，频率范围的分辨率越准确。另一个参数是窗口函数，其用于计算时可确定一个段（窗口）内通过信号采样得出的采样值所需应用的加权。如果多个通道被分配到图上，这些通道频谱亦可作为向量和显示。