微型中低頻點聲源 Simcenter Qsources Q-IND2
2024-11-13
一、體積聲源/Qsource
憑借40多年來在振動噪聲技術上的豐富經驗，西門子Simcenter工程咨詢團隊打造了Simcenter Qsources硬件家族，為用戶提供了創新型激勵設備。Simcenter Qsources家族涵蓋了各種高級激勵硬件，主要分為結構激勵設備（激振器）和聲學激勵設備（體積聲源），可實現硬件與Simcenter Testlab軟件的無縫結合。這種獨特的組合使得產品在效率、數據精度和客戶預期等方面遠遠高出目前市場的標準。
Simcenter Qsources家族中的激振器主要有4個型號，他們的激勵頻率和激勵能量的示意圖如下，頻率覆蓋從10Hz到10KHz的激勵，最小的激振器Q-HSH體積大小跟一枚硬幣相當。
Simcenter Qsources 激振器
Simcenter Qsources家族中的體積聲源主要也有4個型號，他們的激勵頻率和激勵能量的示意圖如下，頻率范圍同樣覆蓋從10Hz到10KHz的激勵，最小的體積聲源Q-IND2略大于一枚硬幣。
Simcenter Qsources 體積聲源
二、低頻微型點聲源（Q-IND2）
Simcenter Qsources中低頻微型點聲源（Q-IND2）是由Simcenter工程咨詢服務團隊所開發，可以在狹小的空間內執行高度可重復的中低頻聲激勵。中低頻微型點聲源能夠在最小的空間內實現最大的空氣位移，同時內部傳感器實時提供與體積位移成正比的電壓反饋信號，使得用戶能夠精準的進行聲學FRF測試。
Q-IND2有多種安裝方式，即可以使用聲源自帶的公制螺紋進行固定，也可以使用彈性繩進行懸掛，從而實現與測試對象的動態解耦。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進行聲激勵，對系統的影響更小。Q-IND2的激勵頻率十分廣泛，從50Hz至2000Hz，再結合Q-MHF中高頻體積聲源，可以實現50Hz至10000Hz范圍內的頻響函數測試。Q-IND2內置保護電路，當過載時會自動降壓或者切斷電路，使用者不必擔心過載帶來的意外損壞。
Simcenter Qsources中低頻微型點聲源 Q-IND2
三、安裝連接
聲源的驅動都是需要功放和激勵信號的，西門子Simcenter Scadas Mobile and Recorder系列數采前端都是標配兩個輸出通道，通過Simcenter Testlab軟件可以控制數采前端的輸出通道發出多種類型的信號，例如隨機、觸發隨機、周期隨機、偽隨機、周期快掃、掃描正弦、步進正弦等，能滿足復雜結構和系統的激勵需求。
如下圖所示，數采輸出通道發出的激勵信號經過功放放大輸出給體積聲源，體積聲源同時將感受到的體積位移（表征發聲能量）信號反饋給數采的輸入通道，作為參考通道，計算各響應通道和參考通道之間的頻響函數（傳遞函數）。真正表征發聲物體聲能量載荷的單位應該是體積加速度，它跟結構載荷牛頓對應，所以還需要在Simcenter Testlab軟件將體積位移信號在頻域進行兩次微分得到體積加速度。
Simcenter Qsources中低頻微型點聲源連接示意圖
四、工程運用
1、利用結構互易性原理進行內飾車身FRF測試
在車內進行聲激勵，獲取車身上硬點（車身與懸架或者動力總成的連接位置）的振動響應，由此獲得內飾車身的傳遞函數，此傳遞函數跟在車身硬點上進行結構激勵，獲取車內聲壓響應所得到的傳遞函數滿足互易性，所以頻響函數曲線不管是從單位上還是量級上都是一致的。
下圖中藍色曲線是利用激振器激勵車身硬點獲取的20至2000H以內的車內噪聲所得到的頻響函數曲線，紅色曲線是利用中低頻微型點聲源激勵車內空氣獲取的20至2000H以內的車身硬點加速度所得到的頻響函數曲線，可以看到兩種方法獲取的頻響函數高度一致。利用此互易性方法獲取頻響函數不僅可以提高測試效率，同時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。
利用結構互易性進行內飾車身FRF測試
2、利用聲學傳遞函數測試進行聲腔模態測試
在車內布置多個麥克風和多個聲源，測試聲源到麥克風位置的聲學傳遞函數ATF，這往往是一個比較龐大的頻響函數矩陣，例如下圖中12*108的頻響函數矩陣，最后再利用Simcenter Testlab中的MLMM模態分析算法就可以得到準確的聲腔模態結果了。此實驗要注意兩個細節，第一個是聲源的激勵位置要盡量多，不一定要同時激勵，但是激勵位置的數量一定要夠。第二個是激勵的位置要盡量布置在聲腔空間的邊緣對稱位置。
下圖所示的案例中在車內從前往后共尋找了12個位置進行激勵，利用18個麥克風進行分組測試，總共獲取到車內12*108條頻響函數，測試過程中數據一致性得到有效的控制。結果顯示第一階模態為聲腔前后模態，模態的節線（聲壓不變的位置連起來的線，接近標準大氣壓力）在中間位置。第二階模態依然為前后模態，有兩條節線，分別分布在聲腔前部和后部位置。第三階模態為左右模態，節線為聲腔左右方向的中間位置。第四階模態為上下模態，節線為聲腔上下方向的中間位置。
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