GT-Power 噪声分析.pdf

GT-Power 噪声分析ＣＤＡＪ-ＳＨＧＴ-ＴＥＡＭ概述 本文主要介绍如何利用gt-power进行发动机噪声分析GT-POWER 进行噪声分析的时候,通常的采用流动Ｎ－Ｓ方程求解进行非线性声学分析，从v6.1之后，加入线性使用线形声学分析 非线性声学分析中，利用结合详细发动机模型利用进排气管路中流体流动产生压力波动/流速变化作为声音的来源，同时也可采用噪声作为声学进行时域分析，然后利用快速傅立叶分析得到声音的周期性的频域信号 线性声学分析：一般用于对进排气系统进行噪声分析，模型不包含发动机本体由于此分析是利用传递矩阵对系统做频域分析（只考虑压力振幅，气体流速等周期性变化），故计算时间非常快，但由于不考虑流速、压力等按时间上变化，所以线性声学分析不考虑吸声材料的消音效果，壁面温度变化对声音的影响 在GT-POWER 进行声学分析，为确保计算精度，一是管子的横截面面积和长度与实际模型相符，通常与性能分析时的模型相同，但离散长度通常为性能分析时的一半，下面通过几个案例来详细解析gt-power的声学分析 声学指标：降噪量插入损失常用声学评价指标传递损失(Transmission Loss)消声器入射声（Lwi）和透射声（Lwt）的声功率之差。

传声器10lgiWi WttWTL L LW  声源管路声学元件全消音传声器加入全消音装置，防止声波继续反射回来常用声学评价指标插入损失（Insertion Loss）系统中插入消声元件之前和之后，在出口处得到的声功率级（或声压级）的差值声源声源管路管路声学元件传声器传声器11 2210lgW WWIL L LW  W1：没有安装消声元件的系统在测量点的声功率W2：安装了消声元件后在同一点测量的声功率常用声学评价指标 声压级差值（level difference）系统中任意两点的声压级的差值声源管路声学元件传声器1传声器211 2220lgP PPLD L LP  2. 声学分析中常用部件2-1:流动部件 EndFlowSpeaker用来模拟白噪声声源，输入的是速度边界（振幅、频率随着部件的基频变化，相位随机），根据利用速度的波动产生压力波动，出口边界为无反射边界Mean Velocity :输入平均流速．Velocity Amplitude :输入流速振幅的平方根值，Driver Object 用来设定基频，所有测出的噪音频率都是基于这个基频输出，Maximum Frequency 为速度振动的最大频率[TIP]EndFlowSpeaker声源EndFlowSpeaker本身不能直接输出声压，只定义速度振幅，速度振幅与声压之间的关系如下列公式Vrms：流速振幅Vamp：流速振幅有效值Nharm：倍频数Cs：音速（m/s)ρ:密度SPL：声压(dB) EndFlowAnechoic用来模拟无反射端（无压力波反射边界）的压力边界 ２－２ 解析元件 FastFourierTr用来进行傅立叶分析，用SensorConn得到管路的压力，进行压力的频率分析，同理也可对速度进行ＦＦt转换。

[Tips]噪声分析属性High Frequency Filter 用低通滤波器对高频信号进行的过滤，防止产生aliasing.Base Frequency Driver设定频率分析的基频，是所有分析频率是其的倍数，如在此定义为def，那么在周期性模拟分析中定义的基频一致（gt-power中，一般设定为发动机的旋转一周为一个周期，无需设定比此更小的频率）Order Tracking Object：阶次追踪，定义频域分析的阶次，如果做发动机转速的sweep计算，横轴为发动机转速，纵轴每个阶次上的声压，Transient Window Type 瞬态窗，当采样的数据为非周期性信号，采用FFT时会产生旁瓣现象通过对数据加窗函数可以消除旁瓣现象窗函数可以改善信号的频率响应，但加窗的最主要的目的是消除旁瓣，如果是稳态周期性计算则可不加窗函数，如瞬态计算则需加窗函数加了窗函数则压缩了声压波形，则声压大概有３dＢ的差别Amplitude Calculation Method 幅值计算方法，输出频率的振幅为peak to mean(取平均值）或为rms（取有效值），ｒｍｓ是平均值的 AcoustExtMicrophone用来模拟开口处设置的麦克风，可以指定麦克风的位置，可通过测量压力波来模拟声波，还可以进行声波频率分析。

考虑压力波从开口处到麦克风的传播过程中的衰减和时间的迟滞[Tips]AcousticExtMicrophone属性User Weighting Table用户用来设定对各频率的声压的修正，一般采用Ａ计权或Ｃ计权如设置为ign则输出无修正的声压Coherence 对多个声源的情况下，各声源基频的一致性，通常都设置为一致Source Diameter 声源的直径，X/Y/Z Position of Source 麦克风距离声源位置（坐标系参考帮助）Free-Field Gas Density/Speed of Sound 从声源到麦克风的声场的密度，声速，如果是常温常压则可输入defDirectivity of Acoustic Radiation 声音以球面波形式或半球面波形式传播，实际中，是介于两者之间的形式传播，两种传播形式相差３dBGround Effects考虑在地面的反射．如果考虑, 则在Distance of Source Above Ground 输入来自声源地表高度以开口端的流速变化为基础，基于单极子声源在自由场中振动产生声音[Ｔips] AcoustExtMicrophone计算方法2 2( )n nAmplitude n A B 传感器传出每个时间步长的速度信号麦克风把速度信号转换成压力信号GT-POWER对压力信号进行插值用于FFT转换对压力信号进行FFT转换计算每个频率下声波的振幅   cos( ) sin( )o n nF t A A nft B nft  2134artudtd*r**cs*P处理多个声源的方法：考虑了车辆和外置麦克风之间的相对运动，产生多普勒效应，（见例子%GTIHOME%/v7.0.0/examples/GTpower/sound/tranveh.gtm）外部麦克风声源外部麦克风 AcoustToWAVFile把计算出来的声音记录下来作为WAV形式的语音文件。

Reference dB Level 为录音时的参考分贝，如设置为ign则按计算得到的最大最小分贝自动调节[Tips]录音方法修正AcoustToWAVFile采用pcm方法进行模拟数字录音，每隔一段时间，对信号进行数值化（量子化）处理，录音中的采样周期的倒数为整个计算时间内的信号的采样频率，为量子化后的比特数即量化比特数（２进制横轴）采样周期数字化后的波形原波形分割比特数＝量化比特数时间一般而言，根据Nyquist理论，当采样频率要高于录音信号中最高频率的2倍的时候，否则将发生混叠最高频率高于采样频率1/2时的高频波形，不能正确量子化最高频率低于采样频率1/2时的高频波形，能够正确量子化后的波形时间为了过滤掉多余的高频信号，需要试用低通滤波器，GT-POWER中,AcoustToWAVFile推荐试用５４阶滤波器在wav中过滤了部分高频信号，音色更加纯净一般音乐CD ,根据同样的PCM 方式录制,采样率为44.1kHz,量化比特数为16bit 录制声音频率上限20kHz ．如果同样的设定, GT-POWER中频率大小满足其要求 AcoustTf2Mic测量２个测量点之间的传递损失（降噪量），传感器感应２处管路内压力信号 AcoustTransLoss 采用Chung和Blaser的理论和方法在4个外置麦克风间通过自相关谱和互相关谱得到声功率之差 由speaker’提供白噪声声源 必须采用无回声的终止端（防止声波的反射） 四麦克风方法用于把压力分解到正向和反向部件‘AcoustTransLossstTransLoss’【注意】 所有的传感器必须放置在管路的中心位置需要检查离散长度、整个管路的长度以及传感器的位置 Distance in object should be same as distance between SensorConns 模型中传感器的位置必须与实验设备的位置一样在做试验对比的时候要选择合适的测点位置 传递损失对采样点的多少十分敏感一般设置最大时间步长为0.088deg，对应的FFT中最大采样点为4096。

number of points: assumes that a driver of 360 degrees is used. (derivation is left as exercise for the user) AcoustInsLoss 原理是计算两个外置麦克风之间的声压级之差由于插入损失与声源特性有关，因此计算时必须要将消声器与发动机相连 计算在２个部件之间的插入另一元件造成的声压损失，其内部属性设为def Data 用来存放外部流速数据和gt-suite计算得到的流速数据（不是在噪声分析中声音数据），可以定义成XYTable,XYTableGT参造形式．如果使用XYTableGT参考，则要预先计算ｇｔ文件使用其结果文件（ｇｄｔ文件） 2-3 噪声分析部件 AcoustSource性声学分析中作为声源，可输入不同频率下的的声压，振幅 EndFlowRadiation 定义出口边界条件，如果Open End 中旋转Radiation Impeadance用户需输入使用各频率的辐射阻抗 AcoustLinEigen 线性声学分析中，用来计算系统固有频率 AcoustLinExtMic 线性声学分析中，用来测量进出口端的声压的线性麦克风 AcoustLinInsLoss 线性声学分析中计算部件的插入损失，降噪量，可输出传递矩阵形式（transfer matrix) AcoustLinTransLoss 线性声学分析中，用来计算部件的传递损失 MultiLoad 用来计算ＧＴ－ＰＯＷＥＲ中某部分如进排气管路所产生的”声音”，以声压和阻抗的形式保持声音信息用来作为线性分析中的输入声源文件 TMatrixGenerator 用带有边界条件的标准（非线性）的声学计算产生用于线性声学的传递矩阵，可被TMBlackbox使用 TMBlackBox 用作性声学分析中输入传递矩阵，通常这传递矩阵由TMatrixGenerator产生。

用户也可输入自己的传递矩阵 ３ 算列计算 ３－１：例子 分析对象：直列四缸发动机，最高工作转速１４５００rpm 分析内容：计算转速为最高转速一半时分析排气尾管噪声在９７dＢ以下的排气噪音（Ａ计权）*7250rpm时，各阶谐频下（２４２Ｈz,483Ｈz…)消声器的消声作用 3-2:消声器模型 此次练习２种结构类型的消声器《typeA》羊毛填充物在袖套上打孔周向间距15.9697长度方向间距11.057周向间距5.0265长度方向间距6中间管子上打孔 《typeB》羊毛填充物在袖套上打孔周向间距5.0863长度方向间距7.0周向间距5.0032长度方向间距7.0中间管子上打孔以上两个消声器模型利用GEM3D创建（模型:/Chapt3/SilA.gtm,/Chapt3/SilB.gtm) [ｔｉｐｓ]Fsplit。