引言

        在實際工程中，越來越多的汽車零部件（帶小電機、螺桿等）會出現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象，如波浪音、沙沙音、噠噠聲等，會給人不悅的感覺，本文結(jié)合實際工程案例，討論零部件出現(xiàn)調(diào)制音問題的主要原因和分析方法，并從后期整改端和前期設(shè)計端給予一定的經(jīng)驗分享。

調(diào)制音問題分析 

        一般NVH問題可以簡化為“源-路徑-接受者"模型，針對調(diào)制音問題分析，我們采用逆向思維“接受者-源-路徑"。首先針對“接受者"即實際產(chǎn)品的調(diào)制問題進行測試分析，研究調(diào)制音產(chǎn)生的頻帶以及導(dǎo)致調(diào)制現(xiàn)象產(chǎn)生的調(diào)制頻率。

調(diào)制頻帶分析

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

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

(a)基于STFT的時頻分析 

(b) 基于小波包的時頻分析

圖1 某零部件聲學(xué)信號時頻圖

調(diào)制頻率分析

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

（a）**產(chǎn)品小波包時頻圖

（b）**產(chǎn)品小波包時頻圖

圖2零部件調(diào)制音現(xiàn)象的“塊狀"特征示例

（a）**產(chǎn)品調(diào)制譜圖

（b）**產(chǎn)品調(diào)制譜圖

圖3零部件調(diào)制譜分析示例

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

激勵源確認(rèn)

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

        圖4為圖3(b)激勵源激勵特性結(jié)果，由圖3(b)中的調(diào)制譜曲線可知調(diào)制頻率為117.2Hz，與電機基頻吻合，由此可以初步判斷調(diào)制現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)路徑為激勵源（電機和螺桿）引起產(chǎn)品結(jié)構(gòu)振動對外產(chǎn)生的聲輻射。

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

        就目前工程而言，大部分是由于結(jié)構(gòu)路徑導(dǎo)致，因此本文重點從結(jié)構(gòu)路徑角度進行調(diào)制音放大原因分析。

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

        b. 進行聲學(xué)成像測試或者互相關(guān)分析，鎖定調(diào)制音大概來源區(qū)域；

        c. 基于鎖定的區(qū)域進行局部模態(tài)測試，確認(rèn)固有頻率；

        d. 分析調(diào)制音主要結(jié)構(gòu)區(qū)域的固有頻率與激勵源激勵頻率是否耦合，發(fā)生局部共振進而放大調(diào)制音（目前工程上大部分由于此原因?qū)е拢?nbsp;

圖5 某產(chǎn)品的安裝點處振動激勵頻譜  

圖6 某產(chǎn)品的調(diào)制音聲學(xué)成像

圖7 某產(chǎn)品局部FRF曲線

        對圖6基于聲學(xué)成像得到的調(diào)制音來源區(qū)域進行局部模態(tài)測試，得到該區(qū)域的局部模態(tài)參數(shù)，由圖5和圖7可知，該局部區(qū)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，進而把調(diào)制音放大，導(dǎo)致人耳更容易感知。

調(diào)制音改善建議

        1）假設(shè)調(diào)制音由激勵源本體空氣路徑導(dǎo)致（透射出來），建議直接更換低噪音激勵源（小電機、螺桿等），這是由于調(diào)制音一般是中低頻聲音，傳統(tǒng)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(xiàn)軸系不對中、磨損嚴(yán)重等情況也會出現(xiàn)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(jié)構(gòu)路徑產(chǎn)生的調(diào)制音主要是結(jié)構(gòu)局部共振引起，一般在不改變激勵源轉(zhuǎn)速的前提下，建議對局部位置進行加強，在前期設(shè)計階段，假設(shè)激勵源選型和轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)在20倍頻內(nèi)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(qū)域進行剛度加強。

小結(jié)

        本文結(jié)合實際工程案例簡述了調(diào)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(jié)構(gòu)局部區(qū)域與激勵頻率發(fā)生共振引起調(diào)制音被放大，導(dǎo)致人耳更容易感知，后期可以往此方向進行調(diào)制音分析與規(guī)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)客戶提供標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)的NVH測試、評價與分析服務(wù)；針對N（噪音超標(biāo)，異響問題等）、V（振動過大或者振動斷裂問題等）和H（聲音不好聽等聲品質(zhì)問題），提供專業(yè)的技術(shù)分析及解決方案；針對行業(yè)內(nèi)存在的NVH共性問題，為客戶提供專業(yè)的基礎(chǔ)課題研究，如聲品質(zhì)主客觀統(tǒng)一評價研究、高里程NVH性能研究等；為客戶定制開發(fā)NVH檢測及分析設(shè)備，基于振動與聲學(xué)信號的故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)等。目前，廣電計量已為汽車、船舶、軌道交通、航空、電力等國家戰(zhàn)略性行業(yè)提供綜合的NVH技術(shù)服務(wù)，協(xié)助客戶提升產(chǎn)品NVH品質(zhì)。