微型中低频点声源 Simcenter Qsources Q-IND2
2024-11-13
一、体积声源/Qsource
凭借40多年来在振动噪声技术上的丰富经验，西门子Simcenter工程咨询团队打造了Simcenter Qsources硬件家族，为用户提供了创新型激励设备。Simcenter Qsources家族涵盖了各种高级激励硬件，主要分为结构激励设备（激振器）和声学激励设备（体积声源），可实现硬件与Simcenter Testlab软件的无缝结合。这种独特的组合使得产品在效率、数据精度和客户预期等方面远远高出目前市场的标准。
Simcenter Qsources家族中的激振器主要有4个型号，他们的激励频率和激励能量的示意图如下，频率覆盖从10Hz到10KHz的激励，最小的激振器Q-HSH体积大小跟一枚硬币相当。
Simcenter Qsources 激振器
Simcenter Qsources家族中的体积声源主要也有4个型号，他们的激励频率和激励能量的示意图如下，频率范围同样覆盖从10Hz到10KHz的激励，最小的体积声源Q-IND2略大于一枚硬币。
Simcenter Qsources 体积声源
二、低频微型点声源（Q-IND2）
Simcenter Qsources中低频微型点声源（Q-IND2）是由Simcenter工程咨询服务团队所开发，可以在狭小的空间内执行高度可重复的中低频声激励。中低频微型点声源能够在最小的空间内实现最大的空气位移，同时内部传感器实时提供与体积位移成正比的电压反馈信号，使得用户能够精准的进行声学FRF测试。
Q-IND2有多种安装方式，即可以使用声源自带的公制螺纹进行固定，也可以使用弹性绳进行悬挂，从而实现与测试对象的动态解耦。Q-IND2的几何尺寸比Q-MED声源小5倍以上，允许在更小的声腔内进行声激励，对系统的影响更小。Q-IND2的激励频率十分广泛，从50Hz至2000Hz，再结合Q-MHF中高频体积声源，可以实现50Hz至10000Hz范围内的频响函数测试。Q-IND2内置保护电路，当过载时会自动降压或者切断电路，使用者不必担心过载带来的意外损坏。
Simcenter Qsources中低频微型点声源 Q-IND2
三、安装连接
声源的驱动都是需要功放和激励信号的，西门子Simcenter Scadas Mobile and Recorder系列数采前端都是标配两个输出通道，通过Simcenter Testlab软件可以控制数采前端的输出通道发出多种类型的信号，例如随机、触发随机、周期随机、伪随机、周期快扫、扫描正弦、步进正弦等，能满足复杂结构和系统的激励需求。
如下图所示，数采输出通道发出的激励信号经过功放放大输出给体积声源，体积声源同时将感受到的体积位移（表征发声能量）信号反馈给数采的输入通道，作为参考通道，计算各响应通道和参考通道之间的频响函数（传递函数）。真正表征发声物体声能量载荷的单位应该是体积加速度，它跟结构载荷牛顿对应，所以还需要在Simcenter Testlab软件将体积位移信号在频域进行两次微分得到体积加速度。
Simcenter Qsources中低频微型点声源连接示意图
四、工程运用
1、利用结构互易性原理进行内饰车身FRF测试
在车内进行声激励，获取车身上硬点（车身与悬架或者动力总成的连接位置）的振动响应，由此获得内饰车身的传递函数，此传递函数跟在车身硬点上进行结构激励，获取车内声压响应所得到的传递函数满足互易性，所以频响函数曲线不管是从单位上还是量级上都是一致的。
下图中蓝色曲线是利用激振器激励车身硬点获取的20至2000H以内的车内噪声所得到的频响函数曲线，红色曲线是利用中低频微型点声源激励车内空气获取的20至2000H以内的车身硬点加速度所得到的频响函数曲线，可以看到两种方法获取的频响函数高度一致。利用此互易性方法获取频响函数不仅可以提高测试效率，同时还能够获取很多力锤或者激振器无法安装位置的频响函数。
利用结构互易性进行内饰车身FRF测试
2、利用声学传递函数测试进行声腔模态测试
在车内布置多个麦克风和多个声源，测试声源到麦克风位置的声学传递函数ATF，这往往是一个比较庞大的频响函数矩阵，例如下图中12*108的频响函数矩阵，最后再利用Simcenter Testlab中的MLMM模态分析算法就可以得到准确的声腔模态结果了。此实验要注意两个细节，第一个是声源的激励位置要尽量多，不一定要同时激励，但是激励位置的数量一定要够。第二个是激励的位置要尽量布置在声腔空间的边缘对称位置。
下图所示的案例中在车内从前往后共寻找了12个位置进行激励，利用18个麦克风进行分组测试，总共获取到车内12*108条频响函数，测试过程中数据一致性得到有效的控制。结果显示第一阶模态为声腔前后模态，模态的节线（声压不变的位置连起来的线，接近标准大气压力）在中间位置。第二阶模态依然为前后模态，有两条节线，分别分布在声腔前部和后部位置。第三阶模态为左右模态，节线为声腔左右方向的中间位置。第四阶模态为上下模态，节线为声腔上下方向的中间位置。
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