一、體積聲源/Qsource

憑借40多年來在振動(dòng)噪聲技術(shù)上的豐富經(jīng)驗(yàn)，西門子Simcenter工程咨詢團(tuán)隊(duì)打造了Simcenter Qsources硬件家族，為用戶提供了創(chuàng)新型激勵(lì)設(shè)備。Simcenter Qsources家族涵蓋了各種高級(jí)激勵(lì)硬件，主要分為結(jié)構(gòu)激勵(lì)設(shè)備（激振器）和聲學(xué)激勵(lì)設(shè)備（體積聲源），可實(shí)現(xiàn)硬件與Simcenter Testlab軟件的無縫結(jié)合。這種組合使得產(chǎn)品在效率、數(shù)據(jù)精度和客戶預(yù)期等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出目前市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

Simcenter Qsources家族中的激振器主要有4個(gè)型號(hào)，他們的激勵(lì)頻率和激勵(lì)能量的示意圖如下，頻率覆蓋從10Hz到10KHz的激勵(lì)，最小的激振器Q-HSH體積大小跟一枚硬幣相當(dāng)。

Simcenter Qsources 激振器

Simcenter Qsources家族中的體積聲源主要也有4個(gè)型號(hào)，他們的激勵(lì)頻率和激勵(lì)能量的示意圖如下，頻率范圍同樣覆蓋從10Hz到10KHz的激勵(lì)，最小的體積聲源Q-IND2略大于一枚硬幣。

Simcenter Qsources 體積聲源

二、低頻微型點(diǎn)聲源（Q-IND2）

Simcenter Qsources中低頻微型點(diǎn)聲源（Q-IND2）是由Simcenter工程咨詢服務(wù)團(tuán)隊(duì)所開發(fā)，可以在狹小的空間內(nèi)執(zhí)行高度可重復(fù)的中低頻聲激勵(lì)。中低頻微型點(diǎn)聲源能夠在最小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的空氣位移，同時(shí)內(nèi)部傳感器實(shí)時(shí)提供與體積位移成正比的電壓反饋信號(hào)，使得用戶能夠精準(zhǔn)的進(jìn)行聲學(xué)FRF測(cè)試。

Q-IND2有多種安裝方式，即可以使用聲源自帶的公制螺紋進(jìn)行固定，也可以使用彈性繩進(jìn)行懸掛，從而實(shí)現(xiàn)與測(cè)試對(duì)象的動(dòng)態(tài)解耦。Q-IND2的幾何尺寸比Q-MED聲源小5倍以上，允許在更小的聲腔內(nèi)進(jìn)行聲激勵(lì)，對(duì)系統(tǒng)的影響更小。Q-IND2的激勵(lì)頻率十分廣泛，從50Hz至2000Hz，再結(jié)合Q-MHF中高頻體積聲源，可以實(shí)現(xiàn)50Hz至10000Hz范圍內(nèi)的頻響函數(shù)測(cè)試。Q-IND2內(nèi)置保護(hù)電路，當(dāng)過載時(shí)會(huì)自動(dòng)降壓或者切斷電路，使用者不必?fù)?dān)心過載帶來的意外損壞。

Simcenter Qsources中低頻微型點(diǎn)聲源 Q-IND2

三、安裝連接

聲源的驅(qū)動(dòng)都是需要功放和激勵(lì)信號(hào)的，西門子Simcenter Scadas Mobile and Recorder系列數(shù)采前端都是標(biāo)配兩個(gè)輸出通道，通過Simcenter Testlab軟件可以控制數(shù)采前端的輸出通道發(fā)出多種類型的信號(hào)，例如隨機(jī)、觸發(fā)隨機(jī)、周期隨機(jī)、偽隨機(jī)、周期快掃、掃描正弦、步進(jìn)正弦等，能滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的激勵(lì)需求。

如下圖所示，數(shù)采輸出通道發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過功放放大輸出給體積聲源，體積聲源同時(shí)將感受到的體積位移（表征發(fā)聲能量）信號(hào)反饋給數(shù)采的輸入通道，作為參考通道，計(jì)算各響應(yīng)通道和參考通道之間的頻響函數(shù)（傳遞函數(shù)）。真正表征發(fā)聲物體聲能量載荷的單位應(yīng)該是體積加速度，它跟結(jié)構(gòu)載荷牛頓對(duì)應(yīng)，所以還需要在Simcenter Testlab軟件將體積位移信號(hào)在頻域進(jìn)行兩次微分得到體積加速度。

Simcenter Qsources中低頻微型點(diǎn)聲源連接示意圖

四、工程運(yùn)用

1、利用結(jié)構(gòu)互易性原理進(jìn)行內(nèi)飾車身FRF測(cè)試

在車內(nèi)進(jìn)行聲激勵(lì)，獲取車身上硬點(diǎn)（車身與懸架或者動(dòng)力總成的連接位置）的振動(dòng)響應(yīng)，由此獲得內(nèi)飾車身的傳遞函數(shù)，此傳遞函數(shù)跟在車身硬點(diǎn)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)激勵(lì)，獲取車內(nèi)聲壓響應(yīng)所得到的傳遞函數(shù)滿足互易性，所以頻響函數(shù)曲線不管是從單位上還是量級(jí)上都是一致的。

下圖中藍(lán)色曲線是利用激振器激勵(lì)車身硬點(diǎn)獲取的20至2000H以內(nèi)的車內(nèi)噪聲所得到的頻響函數(shù)曲線，紅色曲線是利用中低頻微型點(diǎn)聲源激勵(lì)車內(nèi)空氣獲取的20至2000H以內(nèi)的車身硬點(diǎn)加速度所得到的頻響函數(shù)曲線，可以看到兩種方法獲取的頻響函數(shù)高度一致。利用此互易性方法獲取頻響函數(shù)不僅可以提高測(cè)試效率，同時(shí)還能夠獲取很多力錘或者激振器無法安裝位置的頻響函數(shù)。

利用結(jié)構(gòu)互易性進(jìn)行內(nèi)飾車身FRF測(cè)試

2、利用聲學(xué)傳遞函數(shù)測(cè)試進(jìn)行聲腔模態(tài)測(cè)試

在車內(nèi)布置多個(gè)麥克風(fēng)和多個(gè)聲源，測(cè)試聲源到麥克風(fēng)位置的聲學(xué)傳遞函數(shù)ATF，這往往是一個(gè)比較龐大的頻響函數(shù)矩陣，例如下圖中12*108的頻響函數(shù)矩陣，最后再利用Simcenter Testlab中的MLMM模態(tài)分析算法就可以得到準(zhǔn)確的聲腔模態(tài)結(jié)果了。此實(shí)驗(yàn)要注意兩個(gè)細(xì)節(jié)，第一個(gè)是聲源的激勵(lì)位置要盡量多，不一定要同時(shí)激勵(lì)，但是激勵(lì)位置的數(shù)量一定要夠。第二個(gè)是激勵(lì)的位置要盡量布置在聲腔空間的邊緣對(duì)稱位置。

下圖所示的案例中在車內(nèi)從前往后共尋找了12個(gè)位置進(jìn)行激勵(lì)，利用18個(gè)麥克風(fēng)進(jìn)行分組測(cè)試，總共獲取到車內(nèi)12*108條頻響函數(shù)，測(cè)試過程中數(shù)據(jù)一致性得到有效的控制。結(jié)果顯示第一階模態(tài)為聲腔前后模態(tài)，模態(tài)的節(jié)線（聲壓不變的位置連起來的線，接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力）在中間位置。第二階模態(tài)依然為前后模態(tài)，有兩條節(jié)線，分別分布在聲腔前部和后部位置。第三階模態(tài)為左右模態(tài)，節(jié)線為聲腔左右方向的中間位置。第四階模態(tài)為上下模態(tài)，節(jié)線為聲腔上下方向的中間位置。