车内排气噪声分离方法及声源发生装置与流程

本发明属于汽车噪声、振动与声振粗糙度nvh(noise、vibration、harshness的英文缩写)实验技术领域，尤其是涉及一种车内排气噪声分离方法及相关声源发生装置。

背景技术：

排气噪声是乘用车的主要噪声源之一，通常安装消声器进行控制，为了定量的分析排气噪声对车内总噪声的贡献量以及评价排气噪声品质，需要在车内总噪声中分离出排气噪声。

为了确定排气噪声对总噪声的贡献量，现在主要的做法是通过管道将排气噪声引走或者在排气尾管后加装绝对消声器，对比有、无排气噪声时车内总噪声的变化。但是这种方法并不能将排气噪声从总噪声中分离出来，无法用于评判排气噪声品质。

传统的tpa(transferpathanalysis)方法是将微型体积声源绑在排气尾管上，在排气管口附近布置一只麦克风，再在驾驶室座椅旁布置一只麦克风。首先通过体积声源上的体积加速度信号和车内噪声信号，求取体积声源到车内噪声测点处的传递函数；然后通过体积声源的体积加速度信号和排气管口麦克风的噪声信号，测得体积声源到排气管口测点处的传递函数；最后，取走体积声源，保持两只麦克风的位置不变，启动汽车开始实验。实验完成后，将排气管口麦克风测得的数据与体积声源到排气管口测点处的传递函数相除，求出排气管口噪声源的体积加速度；然后将其与体积声源到车内测点处的传递函数相乘，结果认为是车内的排气噪声成分。但是，将微型体积声源绑到排气尾管上，体积声源的声学中心和排气管口实际的声学中心并不一致，把体积声源到各测点的传递函数当做是排气管口噪声到各测点的传递函数，存在一定的偏差。微型体积声源很难发出50hz以下的低频声音，因此通过微型声源测得的传递函数在50hz以下的低频段往往是无效的。但是对于4缸发动机，在1000rpm时的二阶噪声成分为33.3hz，而二阶噪声在排气噪声中又占据着重要地位，所以通过微型体积声源测得的排气噪声传递函数存在一定的局限性。

工况传递路径分析方法(operationaltransferpathanalysis，otpa)应用于车内排气噪声分离时，在排气管口附近布置一只麦克风，再在驾驶室座椅旁布置一只麦克风，在汽车运行工况下，通过排气管口的麦克风和驾驶室内麦克风测得的噪声信号，求取排气噪声在两个测点之间的传导函数，然后将排气管口麦克风测得的噪声与传导函数相乘，结果认为是车内总噪声中的排气噪声成分。但是，由于进、排气噪声以及发动机噪声，均包含有相同的阶次噪声成分，三者存在较强的相关性，在使用实际运行工况下的噪声信号求取排气噪声传导函数时，会有一部分进气噪声和发动机噪声成分会被认为是排气噪声，因此，求出的传导函数与实际存在较大的偏差，otpa方法无法实现车内排气噪声精确的分离。

综合以上分析，现有的车内排气噪声分离方法均存在一定的局限性，无法在车内精准的分离出排气噪声成分用于定量的分析排气噪声对车内总噪声的贡献量以及评价排气噪声品质。因此，车内排气噪声分离方法有待于进一步的改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种车内排气噪声分离方法及相关声源发生装置，能够精准的在车内总噪声中分离出排气噪声成分，获得排气噪声成分的时域信号用于评价排气噪声品质，克服现有技术中无法在车内精准的分离出排气噪声的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种车内排气噪声分离方法，其特征在于：选取车辆排气尾管的排气管口附近和车内座椅人耳位置处分别作为排气附近测点和车内座椅处测点，在两个测点各布置一只麦克风进行噪声测试；

通过在排气管分别引入低频声源和中高频声源，在车辆非运行工况下，分别测试低频声源和中高频声源两种情况下两个测点噪声，获取排气附近测点到车内测点的声音传导函数；

组合拼接低频和中高频噪声传导函数获得全频段的排气附近测点到车内座椅处测点的噪声传导函数；

撤掉低频声源和中高频声源，测试运行工况下两个测点噪声，将运行工况下排气附近测点的噪声与全频段的排气附近测点到车内座椅处测点的噪声传导函数相乘，得到准确的车内排气噪声。

进一步的，按照以下步骤对车内排气噪声进行分离：

(1)选取车辆排气尾管的排气管口附近和车内座椅人耳位置处分别作为排气附近测点和车内座椅处测点，在两个测点各布置一只麦克风进行噪声测试；

(2)将低频声源出口管插入排气尾管，将低频噪声引入排气尾管内，再从排气管口辐射出来，在车辆非运行工况下，测试排气附近测点的噪声s1l和车内座椅处测点的噪声s2l，则从排气附近测点到车内座椅处测点的低频噪声传导函数为

式中，是s1l的自相关函数,是噪声s1l和s2l的互相关函数；

(3)将中高频微型声源放置于排气尾管内，播放白噪声并从排气管口辐射出来，在车辆非运行工况下，测试排气附近测点的中高频噪声s1m&h和车内座椅处测点的中高频噪声s2m&h，则从排气附近测点到车内座椅处测点的中高频噪声传导函数为

式中，是s1m&h的自相关函数,是噪声s1m&h和s2m&h的互相关函数；

(4)选取低频噪声传导函数hl和中高频噪声传导函数hm&h的各自有效段，组合拼接获得全频段的排气附近测点到车内座椅处测点的噪声传导函数h；

(5)保持两只麦克风位置不动，在车辆运行工况下，测试排气附近测点运行噪声s1和车内座椅处测点运行噪声s2，由排气附近测点运行噪声s1与传导函数h的乘积，获得车内排气噪声成分s＝s1×h。

进一步的，排气附近测点在排气管口中轴线45°～60°且距离管口30cm～40cm的环面上。

进一步的，排气附近测点在排气管口中轴线45°且距离管口30cm的环面上。

进一步的，车内噪声测点在驾驶员座椅人耳位置处，或者副驾驶员座椅人耳位置处，或者在后排座椅人耳位置处。

进一步的，低频声源由锥形导声管、低频扬声器、扬声器壳体组成，低频扬声器安装在壳体内部，锥形导声管为具有基本竖向和基本水平方向的弯管，锥形导声管的锥形粗端盖在扬声器上方，并与扬声器壳体结合形成只有一个锥形细端出口管的腔体，锥形细端出口管的外径小于排气尾管，以使锥形细端出口管能够被插入汽车的排气尾管中而将声音引入排气尾管。

进一步的，低频声源或中低频扬声器的频响范围不小于25-200hz；中高频声源或中高频微型声源的频响范围不小于100hz-10000hz。

进一步的，组合低频传导函数hl和中高频传导函数hm&h时，低频噪声传导函数hl的有效段频率范围取25-150hz；中高频噪声传导函数hm&h的有效段频率范围取150hz-3000hz。

一种声源发生装置，其特征在于：由锥形导声管、扬声器、扬声器壳体组成，扬声器安装在壳体内部，锥形导声管为具有基本竖向和基本水平方向的弯管，锥形导声管的锥形粗端盖在扬声器上方，并与扬声器壳体结合形成只有一个锥形细端出口管的腔体，锥形细端出口管的外径小于排气尾管，以使锥形细端出口管能够被插入汽车的排气尾管中而将声音引入排气尾管。

进一步的，所述锥形导声管的锥形粗端盖在扬声器上方，并与扬声器壳体的上端口卡扣结合或旋转结合固定。

进一步的，扬声器为低频声源或中低频扬声器。

由此，本发明提出的车内排气噪声分离方法和装置，克服了现有技术无法在车内精准的分离出排气噪声成分用于定量的分析排气噪声对车内总噪声的贡献量以及评价排气噪声品质的缺点。与现有技术相比，本发明提出的车内排气噪声分离方法能够精准的在车内总噪声中分离出排气噪声成分，并获得排气噪声成分的时域信号用于评价排气噪声品质，为排气噪声的优化提供参考依据。

附图说明

图1为本发明使用低频声源测试从排气附近测点到车内座椅处测点的低频噪声传导函数的结构示意图；

图2为本发明低频声源结构图；

图3为本发明使用中高频微型声源测试从排气附近测点到车内座椅处测点的中高频噪声传导函数的结构示意图。

图1-3中，1、实验车；2、座椅；3、车内噪声测量麦克风；4、排气尾管；5、排气噪声测量麦克风；6、低频声源；7、中高频微型声源；8、锥形导声管；9、低频扬声器；10、扬声器壳体。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施的车内排气噪声分离方法和装置如图1-3所示，本发明的车内排气噪声分离方法主要工作过程为：

(1)选取试验车1排气尾管4管口附近一点作为车外噪声测点，布置测量排气噪声的麦克风5；优选排气尾管4管口中轴线45°且距离管口30cm～40cm(优选30cm)的环面上的一点作为车外噪声测点，布置测量排气噪声的麦克风5；选取车内驾驶员座椅2人耳位置处作为车内噪声测点，布置车内噪声测量麦克风3，车内噪声测点或者为副驾驶员座椅人耳位置处，或者为后排座椅人耳位置处。座椅人耳位置处也是一个相对固定的区域，取中位数人体身高的人耳朵高度和宽度为参考。

(2)如图2所示，试验用的低频声源或声源发生装置6由锥形导声管8、低频扬声器9、扬声器壳体10组成，低频扬声器9的频响范围为25-200hz，低频扬声器9安装在扬声器壳体10内部，锥形导声管8呈现具有水平方向和竖直方向的弯管状，弯管的水平端为锥形细端，弯管的竖直端为锥形粗端，锥形粗端盖在低频扬声器9上方，与扬声器壳体10上端扣合封闭形成只有一个水平端锥形细端作为低频声源6出口管的腔体。优选低频扬声器9出声口端朝上设置。低频声源6出口管或锥形导声管8锥形细端出口管的外径不超过排气尾管4内径的三分之二。扬声器壳体10为通用的圆筒体或上端略有扩张的锥形圆台状。

如图1所示，在车辆非运行工况下(如发动机停止工作状态)，将低频声源6出口管插入排气尾管4内，将低频噪声引入排气尾管4内，再从排气尾管4管口辐射出来，测试车外噪声测点和车内噪声测点两个测点的噪声s1l和s2l，则从排气尾管4管口附近测点到车内座椅2处测点的低频噪声传导函数为

式中，是s1l的自相关函数,是噪声s1l和s2l的互相关函数。

(3)如图3所示，将中高频微型声源7直接放置于排气尾管4内，中高频微型声源7的频响范围为100hz-10000hz，中高频微型声源7播放白噪声并从排气尾管4管口辐射出来，测试车外噪声测点和车内噪声测点两个测点的噪声s1m&h和s2m&h，则从排气尾管4管口附近测点到车内座椅2处测点的中高频噪声传导函数为

式中，是s1m&h的自相关函数,是噪声s1m&h和s2m&h的互相关函数；

(4)组合拼接低频传导函数hl和中高频传导函数hm&h，也就是选取各自传导函数曲线的有效段后进行拼接形成一个全频段传导函数曲线；如低频噪声传导函数hl的频率范围取25-150hz段作为有效段，中高频噪声传导函数hm&h的频率范围取150hz-3000hz段作为有效段，然后把两个传导函数有效段拼接到一起，构成从排气尾管4管口附近测点到车内座椅2处测点的带宽为25-3000hz的传导函数h；

(5)保持两只麦克风3和5位置不动，撤掉低频声源和中高频声源，在试验车1运行工况下，测试排气尾管4管口噪声s1和车内座椅2处噪声s2，由此获取排气尾管4管口噪声s1与传导函数h的乘积，即为试验车1内排气噪声成分s＝s1×h。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，如将车内排气噪声分离方法用于车内进气噪声分离之中，均同理包括在本发明的专利保护范围内。