汽车车身噪声控制与振动分析

车身声腔可以看成是一个被板包围的封闭空间。图3-27为一个封闭空间，内部C点有一个体积声源V_C，封闭空间的壁板S是弹性体，振动并辐射声音。O是坐标原点，空中其他点都是以它为参考点。空间内某一点（A点）的声音贡献来自体积声源和壁板振动辐射声源。A点的声压为

式中，p_v和p_s分别是体积声源和壁板声源对A点的辐射声压。

空间内的声源可以看成是一个点声源，它直接对接收点辐射声音，由式（3-10），对它包含的小体积声源积分，得到接收点（A）的声压为

图3-27 封闭空间内的体积声源 和壁板振动声源

式中，r_C是声源点（C）到原点（O）的

距离，Q_C是C点的体积声源，G（r₀，r_C，ω）是C点与A点之间的格林函数。封闭空间S壁面的振动而产生的声辐射可以用亥姆霍兹（Helmholtz）积分

求得

式中，G（r₀，r，ω）是壁面上B点的体积声源对A点的声压之间的格林函数，表达为

式中，Q_B（r，ω）是B点的体积声源；p_A（r₀，ω）是A点的声压。

在测试格林函数时，通常是将体积声源放置在接收点（如驾驶人耳朵处），而测量封闭空间表面（如车身板）的声压。根据互逆原理，可以得到格林函数的另外一种表达式，为

式中，Q_A（r₀，ω）是A点的体积声源；p_B（r，ω）是B点的声压。

对式（3-37）求导，得到

声速在n方向的导数与声速之间的关系为

由于速度是矢量，B点的声压与速度的关系可以表达为(www.xing528.com)

将式（3-38）式（3-40）代入式（3-35），得到

考虑到封闭空间内部声源和壁板振动辐射声源，在空间A点的声压为

在分析车身板贡献源时，通常车内不存在体积声源，因此式（3-42）中的第一项消失。由于声源A传递到壁板边缘的速度很低，可以忽略，因此车身板辐射到车内A点的声压为

假设i点是封闭壁板上的一点或一小块，它对A点的辐射声音为

壁板上的很多点或小块都对A点辐射声音，而i点所占的比例为

t_i（ω）表示封闭板上的i小块对车内噪声的贡献量。当把所有的小块贡献量绘制在一起的时候，就可以确定每个小块对车内声辐射的贡献量。根据频率和转速分析，也可以确定特定频率或转速下，每块板对车内声压的贡献。通过板的贡献源分析，找到主要贡献板，然后改进板结构来降低它的声辐射。

进行板结构振动对车内噪声的传递函数分析时，可以将声源放置在板单元，但是这样做的工作量非常大。根据式（3-43）或式（3-44），可以将声源放置在接收点，通过测量板附近的声压得到传递函数。

下面以某车身板为例来说明板结构贡献源分析。首先将车身板分为顶棚、前地板、后地板、前围板、左侧板、右侧板和行李箱盖板七块板。图3-28表示在粗糙路面行驶时，每块板的噪声贡献量和总声压级。从图中得知，顶棚的贡献量最大，而且在75 Hz时，出现了峰值，伴随着轰鸣声。为了精确确定顶棚板具体部位对75Hz轰鸣声的贡献，再将顶棚板分成许多小板，如图3-29所示，进行贡献源分析。图3-30表示75Hz下，顶棚板上各个小板的贡献量，贡献量有正、有负，还有零。

图3-28 车身七块板车内噪声的贡献

图3-29 顶棚板被分割成许多小板

图3-30 顶棚上每块小板对75Hz轰鸣声的贡献

根据板的振动产生的声辐射对总声压的贡献，板被分成三类：正贡献板、负贡献板和中性板。如果一块板引起的声压与总声压同相，并且贡献量大，则这块板就被称为正贡献板，即总声压随着这块板的振动增加而加大。如果一块板引起的声压与总声压反相，并且贡献量大，则这块板就被称为负贡献板，即总声压随着板的振动增加而减小。如果一块板引起的声压对总声压的贡献量很小，则这块板就被称为中性贡献板。因此，板振动大并不意味着对车内噪声贡献大。车内噪声是每块板声辐射贡献的矢量和。只有找到正贡献板并对其进行处理，才能起到降低噪声的作用。在这个例子中，从图3-30可以看到，前顶棚中部的几块板是75Hz轰鸣声的主要贡献部位。为了消除这个轰鸣声，就必须修改这部分的结构设计。