引言

        在實(shí)際工程中，越來(lái)越多的汽車(chē)零部件（帶小電機、螺桿等）會(huì )出現調制現象，如波浪音、沙沙音、噠噠聲等，會(huì )給人不悅的感覺(jué)，本文結合實(shí)際工程案例，討論零部件出現調制音問(wèn)題的主要原因和分析方法，并從后期整改端和前期設計端給予一定的經(jīng)驗分享。

調制音問(wèn)題分析 

        一般NVH問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為“源-路徑-接受者"模型，針對調制音問(wèn)題分析，我們采用逆向思維“接受者-源-路徑"。首先針對“接受者"即實(shí)際產(chǎn)品的調制問(wèn)題進(jìn)行測試分析，研究調制音產(chǎn)生的頻帶以及導致調制現象產(chǎn)生的調制頻率。

調制頻帶分析

        工程上我們通常喜歡采用基于短時(shí)傅里葉變換的時(shí)頻分析進(jìn)行聲學(xué)問(wèn)題研究，短時(shí)傅里葉變換（STFT）基于傅里葉變換，將信號分為多個(gè)短時(shí)窗口，然后對每個(gè)窗口內的信號進(jìn)行傅里葉變換。通過(guò)在不同時(shí)間位置上應用傅里葉變換，可以得到信號在時(shí)間和頻率上的局部特征。其頻譜是通過(guò)滑動(dòng)時(shí)窗來(lái)計算的，故而時(shí)頻分辨率會(huì )受到 Heisenberg 測不準原理的限制，即利用短窗口時(shí)，時(shí)間分辨率高，頻率分辨率較低；而利用長(cháng)窗口時(shí)，頻率分辨率較高，時(shí)間分辨率較低。一旦 STFT 確定了窗函數，則與之相應的時(shí)頻分辨率也確定。因此可以看出，STFT 是一種依賴(lài)于窗函數選擇的單一分辨率的分析方法，STFT提供信號在時(shí)間和頻率上的局部信息，時(shí)域和頻域分辨率之間存在折衷。

        而調制問(wèn)題一般表現為局部特征明顯，STFT主要用于信號的整體特征研究，因此不太適合進(jìn)行調制分析。小波變換使用小波基函數對信號進(jìn)行分解，得到不同尺度和頻率的成分。通過(guò)調整小波基函數的尺度和平移參數，可以實(shí)現對信號的多尺度分析。小波變換優(yōu)于傅里葉變換的一點(diǎn)在于它可以顯示信號的局部特征，具有較好的局部化特性，可以在時(shí)頻域上實(shí)現較好的分辨率，因此在進(jìn)行調制音分析時(shí)建議采用基于小波包變換的時(shí)頻分析。

(a)基于STFT的時(shí)頻分析 

(b) 基于小波包的時(shí)頻分析

圖1 某零部件聲學(xué)信號時(shí)頻圖

調制頻率分析

        通常調制音在基于小波包的時(shí)頻圖中會(huì )呈現“塊狀"特征，因此先基于小波包的時(shí)頻分析，找到調制音的頻帶，然后基于高級濾波回放技術(shù)進(jìn)行該頻帶聲音回放，確認為現場(chǎng)感知的調制音（如波浪音、沙沙音、噠噠聲等），最后進(jìn)行調制譜分析，即選擇調制音“塊狀"頻帶，在此頻帶內進(jìn)行調制譜分析（Modulation spectrum），找到引起調制音問(wèn)題的調制頻率。

（a）**產(chǎn)品小波包時(shí)頻圖

（b）**產(chǎn)品小波包時(shí)頻圖

圖2零部件調制音現象的“塊狀"特征示例

（a）**產(chǎn)品調制譜圖

（b）**產(chǎn)品調制譜圖

圖3零部件調制譜分析示例

        如圖2（b）中450-500Hz之間存在“塊狀"特征，以450-500Hz為分析帶寬進(jìn)行調制譜分析得到圖3(b)中的調制譜曲線(xiàn)，由調制譜曲線(xiàn)可以得到調制深度最大的調制頻率為117.2Hz，也就是說(shuō)導致該產(chǎn)品在450-500Hz帶寬內存在調制的調制頻率為117.2Hz，因此下一步需要進(jìn)行源分析，找到117.2Hz的來(lái)源。

激勵源確認

        前期可以先理論分析（初步分析，理論轉速與實(shí)際轉速可能存在差異），基于轉速、齒數等進(jìn)行激勵頻率計算，一般建議分析到20倍頻。

        圖4為圖3(b)激勵源激勵特性結果，由圖3(b)中的調制譜曲線(xiàn)可知調制頻率為117.2Hz，與電機基頻吻合，由此可以初步判斷調制現象產(chǎn)生的源頭為電機。

圖4某零部件激勵源激勵特性表

路徑分析

        NVH路徑一般為空氣路徑和結構路徑，以圖4產(chǎn)品為例，空氣路徑為激勵源（電機和螺桿）本體空氣聲輻射，結構路徑為激勵源（電機和螺桿）引起產(chǎn)品結構振動(dòng)對外產(chǎn)生的聲輻射。

        針對激勵源本體的空氣路徑可以進(jìn)行單體聲輻射測試以明確本體是否存在明顯的調制音問(wèn)題；

        就目前工程而言，大部分是由于結構路徑導致，因此本文重點(diǎn)從結構路徑角度進(jìn)行調制音放大原因分析。

        a. 首先測試產(chǎn)品激勵源安裝點(diǎn)處的加速度，獲取安裝點(diǎn)的振動(dòng)激勵譜；

        b. 進(jìn)行聲學(xué)成像測試或者互相關(guān)分析，鎖定調制音大概來(lái)源區域；

        c. 基于鎖定的區域進(jìn)行局部模態(tài)測試，確認固有頻率；

        d. 分析調制音主要結構區域的固有頻率與激勵源激勵頻率是否耦合，發(fā)生局部共振進(jìn)而放大調制音（目前工程上大部分由于此原因導致）。 

圖5 某產(chǎn)品的安裝點(diǎn)處振動(dòng)激勵頻譜  

圖6 某產(chǎn)品的調制音聲學(xué)成像

圖7 某產(chǎn)品局部FRF曲線(xiàn)

        對圖6基于聲學(xué)成像得到的調制音來(lái)源區域進(jìn)行局部模態(tài)測試，得到該區域的局部模態(tài)參數，由圖5和圖7可知，該局部區域在1547Hz處存在固有頻率與激勵頻率（1547Hz）吻合，發(fā)生局部共振，進(jìn)而把調制音放大，導致人耳更容易感知。

調制音改善建議

        1）假設調制音由激勵源本體空氣路徑導致（透射出來(lái)），建議直接更換低噪音激勵源（小電機、螺桿等），這是由于調制音一般是中低頻聲音，傳統的吸音隔音手段對中低頻效果不佳，另外如果激勵源本體出現軸系不對中、磨損嚴重等情況也會(huì )出現碰撞音，噠噠音等，且優(yōu)化的方法有限，因此建議直接從源頭更換；

        2）由結構路徑產(chǎn)生的調制音主要是結構局部共振引起，一般在不改變激勵源轉速的前提下，建議對局部位置進(jìn)行加強，在前期設計階段，假設激勵源選型和轉速已確定，建議先按照理論計算激勵源激勵頻率，一般需要計算到20倍頻，然后基于CAE仿真計算結構在20倍頻內的所有模態(tài)，若在某一頻率處激勵頻率與固有頻率接近，建議對此區域進(jìn)行剛度加強。

小結

        本文結合實(shí)際工程案例簡(jiǎn)述了調制音分析流程、產(chǎn)生的原因和優(yōu)化建議，就目前碰到的案例，大部分是由于結構局部區域與激勵頻率發(fā)生共振引起調制音被放大，導致人耳更容易感知，后期可以往此方向進(jìn)行調制音分析與規避。

關(guān)于廣電計量

        廣電計量搭建了一站式NVH技術(shù)研究平臺，為各行業(yè)客戶(hù)提供標準及非標的NVH測試、評價(jià)與分析服務(wù)；針對N（噪音超標，異響問(wèn)題等）、V（振動(dòng)過(guò)大或者振動(dòng)斷裂問(wèn)題等）和H（聲音不好聽(tīng)等聲品質(zhì)問(wèn)題），提供專(zhuān)業(yè)的技術(shù)分析及解決方案；針對行業(yè)內存在的NVH共性問(wèn)題，為客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的基礎課題研究，如聲品質(zhì)主客觀(guān)統一評價(jià)研究、高里程NVH性能研究等；為客戶(hù)定制開(kāi)發(fā)NVH檢測及分析設備，基于振動(dòng)與聲學(xué)信號的故障監測與診斷系統等。目前，廣電計量已為汽車(chē)、船舶、軌道交通、航空、電力等國家戰略性行業(yè)提供綜合的NVH技術(shù)服務(wù)，協(xié)助客戶(hù)提升產(chǎn)品NVH品質(zhì)。