輻射噪聲的案例
極地科考破冰船水下輻射噪聲分析
極地科考破冰船在開展大洋和兩極科學考察時, 一方面如常規科考船一樣需盡量控制自身的輻射噪聲, 以確保不影響探測設備的功能; 另外一方面要求盡量減少自身輻射噪聲對海洋和兩極生物生存發展的影響。然而尤其是高等級破冰強度的極地科考破冰船, 其所具備的特殊船型、大功率主機、高強度螺旋槳以及可能安裝于船體外的全方位推進器都會給水下輻射噪聲控制帶來了極大的挑戰。文中介紹了某極地科考破冰船項目水下輻射噪聲的前期研究。首先比較了船舶水下輻射噪聲相關標準, 分析了船舶水下輻射噪聲的來源, 歸納總結了抑制水下輻射噪聲的方法。然后針對某極地科考破冰船的水下輻射噪聲進行了實船驗證, 實測中采用多水聽器方法, 將測得的輻射噪聲數據與國外同類船進行對比, 初步分析了目前極地科考破冰船水下噪聲特性。研究結果可為開展極地科考破冰船水下輻射噪聲抑制研究提供理論參考。
引言
近年來, 隨著船舶航運事業的發展, 海洋噪聲污染帶來的問題日益突出, 由船舶引起的水下噪聲是人類活動對水下環境噪聲產生影響的重要因素。隨著海洋資源利用程度的增加及經濟全球化水平的發展, 船舶水下輻射噪聲嚴重威脅著海洋生物的生存發展, 噪聲對海洋生物特別是哺乳動物的影響, 引起了國外環境保護組織和科學家的高度關注, 國際海事組織也不斷有提案涉及要求商用運輸船控制水下輻射噪聲的內容[1]。另一方面, 在兩極特殊環境下運行的極地科考破冰船要求在不干擾海洋生物正常活動的前提下開展兩極和大洋的科學考察, 更需要在特定頻率范圍內對水下輻射噪聲進行嚴格控制, 以期獲得自身探測設備較佳的環境場。
展開 艦船、潛艇、魚雷的輻射噪聲特性及其測量方法
艦船、潛艇和魚雷的輻射噪聲，是被動聲納的聲源信號。
艦船輻射噪聲的危害：
破壞了艦船的隱蔽性；
可能引爆某些水中兵器；
干擾本艦的水聲設備(自噪聲)。
艦船、魚雷輻射噪聲特點：噪聲源繁多、集中，噪聲強度大，頻譜成分復雜。
1、艦船輻射噪聲的聲源級和噪聲譜
艦船輻射噪聲聲源級：在遠場測得噪聲級后，在修正傳播損失，歸算到離聲源聲中心1米處，并計算出1Hz帶寬內的聲強，則聲源級(譜級)為：
式中，Δf是換能器工作帶寬，I0為參考聲強，IN為距聲源聲中心1米處的噪聲聲強。
噪聲譜基本類型：連續譜、線譜。艦船輻射噪聲為線譜和連續譜的迭加。
2、艦船輻射噪聲源及其特性
艦船輻射噪聲源分為三大類：機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲。
(1) 機械噪聲
機械噪聲是航行或作業艦船上的各種機械的振動，通過船體向水中輻射而形成的噪聲。產生機理：
不平衡的旋轉部件(電機電樞等)；
重復的不連續性(齒輪、渦輪機葉片等)；
往復部件(汽缸的爆炸)——產生線譜噪聲，其成分是振動基頻及其諧波分量 ；
流體空化和湍流及排氣(泵、管道、凝汽器等)；
機械摩擦(軸承等)——產生連續譜噪聲。
展開 發動機油底殼輻射噪聲預測方法的研究
摘要：介紹了對發動機油底殼進行噪聲預測的兩種方法。通過振動速度法，估算了油底殼輻射的聲功率級。用ＦＥＭ／ＢＥＭ方法進行預測時，考慮了油底殼中潤滑油的耦合作用，并對耦合情況與非耦合情況的計算結果進行了比較，表明耦合作用對油底殼的振動有較大影響，并與聲強法測量的油底殼左右兩側的聲強圖進行了比較，聲強分布基本一致。結論：ＦＥＭ／ＢＥＭ方法是預測發動機油底殼輻射噪聲的有效方法。
發動機油底殼輻射噪聲預測方法的研究.pdf
變壓器鐵心結構振動輻射噪聲分析
變壓器鐵心結構振動輻射噪聲分析
國外水下噪聲試驗手段發展趨勢
德國在Ashao建立了淺水固定試驗場用于測量過往船只的水下輻射噪聲。Aschau淺水試驗場屬于德國Bundeswehr艦船和海軍武器技術中心，位于波羅的海Eckemfoede角，水深20m,水聽器距離水底l-2m。適用于海軍艦艇和商船水下輻射噪聲測試。
21世紀以來,德國聯合挪威等國家在挪威Heggemes建立了深水試驗場測量潛艇及水面船的水下輻射噪聲，并將大量軍事艦艇的檢測任務逐步轉移到Heggemes。
目前淺水與深水輻射噪聲測量結果差異是世界上研究的熱點，德國無疑走在了前列，2011年，Anton Homm等[9]試驗對比了拖曳聲源、激振機激勵船體、柴油機激勵船體等三種水下噪聲源引起的輻射噪聲在Ashau與Heggemes的測量結果。
圖4 Heggemes與Aschau輻射噪聲測試結果比較（Aschau存在低頻谷點）
針對Aschau淺水試驗場試驗結果中20Hz附近出現的輻射噪聲測試結果明顯存在非正常谷點情況，JanH.Ehrlich[10]建立了該試驗場聲學分層模型，并用仿真結果很好的解釋了這個現象。
圖5 Aschau試驗場聲學分層模型仿真結果
5.測試系統從單水聽器走向聲陣
水下輻射噪聲測試系統隨著水下噪聲測試技術的進步而進步，從單水聽器到多個水聽器，再到水聽器陣列，以及矢量水聽器的出現，水下輻射噪聲測試系統增益隨著新型潛艇隱身能力的提高而提高。
展開 多相電機噪聲：電機噪聲的產生與輻射
轉子不平衡引起轉子振動和偏心，進而激發定子、轉子和支撐結構振動而輻射噪聲。電機中常用的軸承類型有滾動軸承和滑動軸承。
滾動軸承產生的噪聲主要取決于軸承零件的加工精度、外圈的固有頻率、轉速、潤滑條件、公差、對中、載荷、溫度和異物的侵入等。
滑動軸承的噪聲通常要比滾動軸承小。滑動軸承的噪聲主要與滑動表面的粗糙度、潤滑、軸承中油膜的穩定性和渦動特性、制造工藝、質量和安裝等因素有關。
1.3.3 空氣動力噪聲
電機中的空氣動力噪聲主要來源（見第7章）是風扇。空氣流經途中的任何障礙都會產生噪音。在開式電機中，內部的風扇噪聲由通風口直接輻射出來。在全閉式電機中，外部風扇是主要噪聲源。
根據風扇噪聲的頻譜分布，存在寬帶噪聲（100～10000Hz）和汽笛聲（單頻噪聲）。通過增加葉輪與擋風板之間的距離，可以消除汽笛聲。
文章來源：融聲奇科技
展開 研究推薦 | 軸向柱塞泵殼體降噪區域識別
軸向柱塞泵殼體降噪區域識別
Identification of Noise-reduction Region of Shell for an Axial Piston Pump
葉紹干， 李旭， 施嘉佳， 侯亮， 卜祥建
（廈門大學機電工程系， 福建廈門361002）
YE Shao-gan， LI Xu， SHI Jia-jia， HOU Liang， BU Xiang-jian
（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Xiamen University， Xiamen, Fujian361002）
摘要
為了精確識別軸向柱塞泵殼體降噪區域，首先，搭建液壓-多體動力學耦合模型，求解結構噪聲激振力；然后，分析零部件模態并試驗驗證，建立裝配體有限元模型，開展基于模態的振動響應分析，通過振動實驗驗證模型準確性，搭建軸向柱塞泵聲學邊界元模型，分析其輻射噪聲特性；最后，基于聲學傳遞向量原理，開展模態及板面聲學貢獻量分析，對殼體噪聲輻射板面進行合理劃分，分析其對關鍵頻率下輻射噪聲的貢獻量。研究表明：軸向柱塞泵振聲模型具有良好的準確性；某板面在輻射噪聲突出的1350 Hz頻率下，其聲學貢獻量達到46.1%。精確識別了軸向柱塞泵殼體降噪區域，為其降噪優化設計提供有效指導。
展開 新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
作為汽車上主要噪聲源之一的發動機被電機替代，主要噪聲來源和噪聲頻譜特性也發生了改變：
圖2 燃油車和電動車噪聲頻譜圖
從頻譜圖上可以看出：
傳統的燃油車的噪聲問題：
主要噪聲能量集中在2000Hz以下；
主要噪聲與發動機階次相關，如發動機的2階，4階等；
存在潛在的共振問題，在低頻下會產生轟鳴聲Booming。
電動車的噪聲問題：
主要噪聲能量的頻率更高；
主要噪聲與電機階次相關，24階，48階等；
存在潛在的共振問題，在低頻下會產生轟鳴聲Booming；
存在高頻開關頻率噪聲。
與傳統的燃油車相比，沒有了發動機噪聲、進排氣噪聲，從總聲壓級上來說，較傳統的燃油車相比，會小一些，但是由于其存在著高頻的電機噪聲，會產生比較差的聲品質，影響車內乘客的乘坐舒適性，傳統燃油車和電動車噪聲的噪聲頻譜圖如下圖所示。
圖3 傳統燃油車和電動車噪聲頻譜圖對比
電機噪聲主要包括以下幾類：
圖4 電機主要噪聲源
電機電磁噪聲；該部分噪聲主要由電機的電機激勵引起的結構輻射噪聲。電機在正常工作情況下，由于轉子切割磁感線，使得電機定子及轉子端存在電磁力，從而激勵其定子振動，進而該振動通過定子傳遞到兩端蓋，進而向外輻射噪聲；
電機風扇噪聲；由于電機工作情況下，需要對其產生的熱量進行散熱，因此電機往往附帶有風扇對其進行冷卻，風扇在旋轉的過程中，葉片產生的氣動噪聲也直接向外輻射，影響整個電機的噪聲水平；
電機結構噪聲；電機轉子在正常工作情況下，由于結構動不平衡及偏心安裝、以及電機轉子端的電磁力會通過軸承傳遞給結構殼體，引起結構殼體振動，進而向外輻射噪聲。
展開 三缸發動機降振技術研究
1.4 仿真結果
計算工況選取1000-5500rpm，間隔500rpm 確定為一種工況進行計算，以四個工作循環為一個完整工期計算，上述研究表明，發動機振動與輻射噪聲之間的關系與車身振動之間具有獨特的關系。對于特定的振動，使用該振動（或加速度）的均方值的平均值來確定噪聲強度。在標定工況（2200rpm）下發動機1/3 倍頻程中心頻率的振動速度段。在每個1/3 倍頻程的中心頻段，振動速度等級較高的部件有飛輪殼、油底殼、齒輪室、進出口管等。由于機體采用非裙部結構，曲軸箱位于缸體與油底殼之間，對缸體底部有一定的約束，因此缸體振動比較不明顯。根據振動與輻射噪聲的關系，振動較大的部件對輻射噪聲的貢獻較大。
圖1 發動機原型
圖2 發動機整機模型
圖3 懸置阻尼/彈簧連接體示意圖
從輸出特性曲線可以看出，所得到的每個1/3 倍頻程中心頻率段所對應得到的發動機振動速度級與試驗所得到的該頻率段輻射噪聲測量結果基本對應，仿真中振動速度級大的部件在輻射噪聲試驗測試中對應的聲功率也大。具體來看，在630Hz 頻率段，該發動機振動速度級高的部件為進氣管、進氣道、噴油泵、油底殼，對應聲功率測試結果分別為進氣管（94.00406dB（A））、進氣道（92.83279dB（A））、油底殼（99.28524dB（A））。800Hz 頻率段，該發動機振動速度級高的部件為進氣管、進氣道、噴油泵、油底殼，對應聲功率測試結果分別為進氣管（99.06042dB（A））、進氣道（95.52941dB（A））、油底殼（99.26717dB（A））。
2 發動機振動優化研究
2.1 發動機優化整體分析
解耦對于隔振是一種用起來比較方便的措施，它是設計初期原始參數選取和怎么布置懸架的主要方法。當車速范圍較小時，表示系統固有頻率的上限值和下限值。
展開 GT-POWER與modeFRONTIER使用案例——汽車排氣系統開發
圖六 壁面溫度預測分析
最后 使用GT-POWER、結構分析軟件以及聲學分析軟件進行輻射噪聲分析
計算主xiao音器的聲壓級、內部壓力變動導致的振動情況，在聲學分析軟件中進行輻射噪聲的預測。
xiao音器輻射噪聲及殼體固有頻率的綜合設計。扁平比較大的xiao音器殼體往往具有低的自然頻率，但輻射噪聲提高，需要研究對策。而且一般出現這種情況部位是可以確認的，可以結合有效的對策去解決。
圖七 輻射噪聲分析
今后，CAE將成為開發必不可少的工具。
展開 新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
作為汽車上主要噪聲源之一的發動機被電機替代，主要噪聲來源和噪聲頻譜特性也發生了改變：
圖2 燃油車和電動車噪聲頻譜圖
從頻譜圖上可以看出：
傳統燃油車的噪聲問題：
主要噪聲能量集中在2000Hz以下；
主要噪聲與發動機階次相關，如發動機的2階，4階等；
存在潛在的共振問題，在低頻下會產生轟鳴聲Booming。
電動車的噪聲問題：
主要噪聲能量的頻率更高；
主要噪聲與電機階次相關，24階，48階等；
存在潛在的共振問題，在低頻下會產生轟鳴聲Booming；
存在高頻開關頻率噪聲。
與傳統的燃油車相比，沒有了發動機噪聲、進排氣噪聲，從總聲壓級上來說，較傳統的燃油車相比，會小一些，但是由于其存在著高頻的電機噪聲，會產生比較差的聲品質，影響車內乘客的乘坐舒適性，傳統燃油車和電動車噪聲的噪聲頻譜圖如下圖所示。
圖3 傳統燃油車和電動車噪聲頻譜圖對比
電機噪聲主要包括以下幾類：
圖4 電機主要噪聲源
電機電磁噪聲：該部分噪聲主要由電機的電機激勵引起的結構輻射噪聲。電機在正常工作情況下，由于轉子切割磁感線，使得電機定子及轉子端存在電磁力，從而激勵其定子振動，進而該振動通過定子傳遞到兩端蓋，進而向外輻射噪聲；
電機風扇噪聲：由于電機工作情況下，需要對其產生的熱量進行散熱，因此電機往往附帶有風扇對其進行冷卻，風扇在旋轉的過程中，葉片產生的氣動噪聲也直接向外輻射，影響整個電機的噪聲水平；
電機結構噪聲：電機轉子在正常工作情況下，由于結構動不平衡及偏心安裝、以及電機轉子端的電磁力會通過軸承傳遞給結構殼體，引起結構殼體振動，進而向外輻射噪聲。
展開 
船舶噪聲仿真分析
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 聲學仿真：船舶噪聲仿真分析
來源：舟山虛擬仿真驗證平臺
船舶噪聲來源主要有三個，分別是艙室噪聲、水下輻射噪聲以及自噪聲，分別介紹如下：
01
艙室噪聲
艙室噪聲是由船舶的結構噪聲和空氣噪聲共同引起的。除空氣聲源艙室和鄰近艙室中的艙室噪聲主要由空氣噪聲決定外，其它艙室的艙室噪聲主要由結構噪聲決定。
02
水下輻射噪聲
船舶在海上航行時引起的水下輻射噪聲，主要由機械設備振動產生的水下噪聲、螺旋槳噪聲、螺旋槳脈動壓力作用在艉部結構產生的水下噪聲和水動力噪聲組成。
03
自噪聲
自噪聲是指聲納接收換能器所接收到的其載體產生的噪聲和聲納設備本身產生噪聲的總和。
目前噪聲仿真分析技術已擁有聲振耦合分析功能，適用于仿真計算船體設備的振動引起的聲輻射、水下艦艇的聲輻射、阻尼與隔振等問題，并可以通過合理地優化船舶總體結構與各部件，達到減振降噪的目的。圖中是水下某艦艇聲輻射仿真分析應用示例。
展開 設計仿真 | Actran聲源識別方法連載（一）：結構載荷識別
反推出的載荷可用于進一步的結構優化和噪聲評估。
詳細的流程如下：
（1）獲得實驗測試的加速度數據。
（2）基于振動有限元模型定義(Equivalent BC)等效載荷反推模型，為每個結構載荷設定一個“假”的數值并添加至對應的contributor中。
（3）Actran將計算每一個contributor到加速度測點之間的傳遞函數，并結合實驗測試數據計算每個貢獻者的載荷強度，同時輸出所有結構單元的振動響應及模態參與因子。
（4）基于結構網格創建聲學包面網格，定義格林聲輻射分析模型。此步驟考慮到后期要進行多種不同結構設計方案下噪聲的評估，為了提高計算效率而定義格林分析。如果只是為了驗證一兩種結構的輻射噪聲，則可以采用常規的聲學直接頻響分析建模。
（5）格林分析將輸出麥克風測點的噪聲響應，并一同輸出結構表面各個單元對噪聲的貢獻量以及各個結構模態對噪聲的貢獻量。
（6）噪聲優化：基于第五步的聲場貢獻量分析，對貢獻較大的結構區域進行結構優化，使用反推出的結構載荷進行新結構設計下的振動和噪聲驗算，比如加筋優化或阻尼優化；也可以對輻射噪聲較強的區域進行聲學封裝材料的設計，并使用格林分析模型進行噪聲驗算。
圖 4 振動載荷識別及噪聲預測的仿真流程圖
由此可見，上述流程不僅完善了整個仿真過程，讓工程師不再僅依賴傳遞函數或模態進行結構優化，而能夠基于實際載荷進行量化物理機理分析并開展優化設計，評估優化方案的實際效果。
國內工程機械領域的某領先企業使用Actran載荷反推功能進行了卷揚機的噪聲優化。盡管之前擁有相對準確的卷揚機結構有限元模型，但由于缺乏實際載荷信息，無法進行精確的振動響應分析，也無法確定噪聲產生的具體位置。通過使用Actran軟件中的等效聲源模型，實驗數據幫助工程師快速獲得了實際載荷，從而正確分析了整個卷揚機的振動分布和輻射噪聲。
展開 汽車NVH性能評估技術：主觀評估全解析（一）
結構噪聲和空氣噪聲：
頻域內，空氣傳遞的噪聲和結構傳遞的噪聲比例（發動機在3000rpm一個例子）。
Structure-borne：
動力總成在懸置位子傳遞的振動
排氣系統在吊掛位子傳遞的振動
各車軸在連接置位子傳遞的振動
底盤懸掛位子傳遞的振動
Air-borne：
發動機的輻射噪聲
發動機上各種附件的輻射噪聲
發動機的進氣口噪聲和排氣口噪聲
進氣和排氣系統殼體表面輻射噪聲
輪胎在路面上的輻射噪聲
汽車振動噪聲的傳遞和控制：
NVH和聲品質：好的聲品質是通過平衡各種自然產生的噪音來實現的。好的聲品質可以表明車子是在正常運作并給人以愉悅的感受，聲品質是客戶購買車輛的一個重要參數，對聲品質的要求不是靜態的，它像時裝一樣會隨時間而變的。
NVH車身結構和車身振動模態：車身NVH主要是跟結構共振模態相關。結構振動模態儲藏能量，由于共振而放大輸入的激振力產生NVH問題。從結構的角度來講，就是如何設計出最佳共振參數的車身，以符合模態匹配及剛度分配。
NVH力及模態頻率匹配：在研究NVH問題時，對于車身而言，重要的是避免輸入載荷力的頻譜峰值與汽車車身的主要共振頻率對上號。不然，就會引起諸如車內抖動、轟鳴等一系列的振動噪聲問題。
NVH效益和成本：NVH設計目的是為降低車輛上常發生的噪音和振動。NVH設計常會增加設計和制造成本，這就要看客戶愿不愿意付這額外的錢來獲得好的振動噪聲性能產品，這是一個需要平衡的過程。
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