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气动声学是声学的一个分支,该分支研究的是通过湍流运动或与各表面气动力相互作用产生的噪声。气动声学对车辆、飞机、风力涡轮机、建筑和桥梁的设计很重要,可用于最大程度地降低这些设计的振动和噪声。谈到气动...
 
详细信息
气动声学是声学的一个分支,该分支研究的是通过湍流运动或与各表面气动力相互作用产生的噪声。

气动声学对车辆、飞机、风力涡轮机、建筑和桥梁的设计很重要,可用于最大程度地降低这些设计的振动和噪声。

谈到气动声学,首先要了解噪声的两大来源,即外部噪声和启动噪声(或伪噪声)。如下图。 

气动声学是声学的一个分支,该分支研究的是通过湍流运动或与各表面气动力相互作用产生的噪声。

气动声学的根本问题是大多数测试情景成本很高且很耗时,基于计算软件的理论测试很难模拟真实情况。由于边界层压力变化复杂,模拟时通常需要多次验证和矫正。

尤其是,很难量化了解不同交通工具(飞机、汽车无人机) 上湍流和气流产生的噪声(边界层噪声);由于湍流的随机行为,模拟工具模拟较慢且不准确;需要用到消音风洞,实验测试成本高。

气动声学是机动车辆的设计、认证和运行都需要考虑的非常重要的因素。典型的风噪来源显示如下。


气动声学的根本问题是大多数测试情景成本很高且很耗时,基于计算软件的理论测试很难模拟真实情况。由于边界层压力变化复杂,模拟时通常需要多次验证和矫正。2

汽车行业风噪测试主要关注边界层的测试。对汽车(及航天航空)行业而言,这些类型的测量越来越重要。主要关注点在于如何分离声信号与气流产生的湍流噪声。目的在于量化一个结构辐射的声能量,以及通过使用麦克风阵列量化结构所受的湍流应力确定声源位置。

边界层理论规定,必须直接在结构表面进行测量,因为气流统计数据会随着到边界的距离增加快速发生变化。此外,还必须注意不得改变结构的几何形状,以免使气流发生较大变化。参见以下示图。

由于边界层压力变化的测量很复杂,要进行气动声学模拟仍然很困难,且需要进行多次验证和矫正。通过增加计算能力并结合GRAS提供的高精度麦克风,可进行风洞和行车测试,从而有助于分析汽车新概念、通过CFD模型的实验验证确认创新设计的性能并验证预测模型。

风噪测试中的声学测试类型
空气动力噪声
车辆的声学性能对顾客的感知影响很大,且对安全和舒适度也很重要。由于气动声学测量测试中的气流特性和噪声的产生存在紧密的联系,研究交通工具周围的气流对汽车气动声学领域具有重要意义。

风噪是一种气动声学噪声,与车体设计及各部件产生的湍流实际相关。对于车身设计,影响道路车辆气动噪声的主要有三类因素:车辆外形、开放空腔和车身密封。车辆外形和开放空腔都是活跃的噪声源,而车身密封则是降低风噪——取决于密封质量。

同样,风噪情况也取决于是否最大程度地减少了车辆各部件产生的气动噪声源,因为这些都对汽车的风噪测量有直接影响。这些早期概念研究同样非常重要,因为通过精心设计可最大程度地减小该问题。不过,风噪通常是开发过程后期才会发现的问题。由于扩展密封系统或声学包等措施成本很高,所以需要对风噪进行快速有效的分析。

车辆外形

与车辆外形和设计相关且对风噪测试结果有直接影响的重要部件包括A柱、外后视镜、挡风玻璃刮水器、天线、车身底板和玻璃。

开放空腔

第二类主要的气动噪声源是开放空腔。车辆空腔噪声的两个重要来源:敞开天窗或玻璃等大的空腔产生噪声——也称为风振噪声——及门缝、后挡板和车身面板缝隙等较小空腔产生的噪声。

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不过,车辆以不同速度行驶时,车辆座舱内可听到的总体风噪会有所不同。车辆行驶速度较快(一般高于100km/h或约60英里/小时)时,气动风噪是影响座舱总噪声的主要因素。这种情况现在更为明显,因为发动机舱和传动系统传出的噪声经过多年改善已大幅降低。 对于如今的电动汽车(EV), 这个问题越来越明显;风噪是电动汽车最主要的噪声来源。


车身密封

与车辆外形和开放空腔相反,车身密封设计用于降低车辆座舱中可听到的总体噪声。显然,密封质量会直接影响降噪。这里的想法是防止门孔和玻璃周围的密封泄露。密封系统的噪声往往导致座舱内的噪声频率升高,一般高于500kHz。不同品牌和型号使用不同的密封系统,且密封系统的质量水平也各不相同。


解决方案

由于湍流和气流产生噪声(也称为边界层噪声)为随机行为,这些现象很难加以量化了解。在汽车、航天航空和可再生能源行业的开发测试阶段,虽然对湍流和气流产生噪声的关注研究已有多年,但这些研究遇到了很多现实的阻碍。

首先,实验测试因传统麦克风轮廓高度原因而不准确。其次,传感器的安装、拆装和重新安装非常繁琐,且用户不好操作。最后,消音风洞中的模拟和测试成本很高且大多数情况下需要谨慎规划和协调,因而非常费时。

GRAS针对边界层应用提供的测量麦克风包括 UTP麦克风, 表面贴装麦克风, 和嵌装麦克风 ——可供表面贴装、百叶窗安装、破坏性安装或金属丝网应用。


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