汽车排气阶次噪声和气流噪声分析

以上分析中获取了加窗小波函数，将其对时变噪声信号进行时域相关比对，即可获取各阶次的时域波动信号。

由加窗小波函数表示的时域滤波系统如图 2.11所示。图中，p（t）是指采集的汽车尾管辐射噪声信号，而pε（t）是指经过时域滤波系统以后的各阶次的时域波动信号。对于时域滤波系统，系统输出信号应该是加窗小波函数与输入信号之间的卷积，见式（2.19）。

按式（2.20）进行比对计算即可获取各阶次的时域波动信号。

图2.11　加窗小波函数的时域滤波系统

本书中对某型号1.5 L四缸发动机的汽车采集尾管辐射噪声。传声器安装在距尾管口 500 mm，与尾管轴线成45°夹角的位置。采集工况为二挡全加速踏板加速工况。采集的原始噪声信号ps（t）以及平滑后的转速n′（t）如图 2.12所示。

图2.12　原始尾管噪声信号及平滑转速信号

由图2.12（a）可以看出，尾管辐射噪声中存在较多低频能量，波形起伏较大，可能是由于车身和支架的低频振动引入的干扰信号，因而先对原始信号进行高通滤波，滤除低频干扰信号。高通输出信号的滤波表达式见式（2.21）。

式（2.21）中，hL（t）是理想低通冲激响应函数，其表达式见式（2.22）。

式中　FL——低通截止频率，一般噪声信号取15 Hz即可。

滤波后的尾管辐射噪声信号 p（t）见图2.13。图2.13（a）为滤波前的信号，图2.13（b）为滤波后的信号，可以明显看出高通滤波器滤除了原始信号中的低频波动成分。

图2.13　尾管辐射噪声高通滤波前后信号

对滤波后的尾管辐射噪声信号p（t）进行短时傅里叶变换，见式（2.23）。(www.xing528.com)

式中　Pr（f，τ）——相关频谱函数，可以绘制成三维色谱图，如图2.14所示。

从图2.14中可以看出，尾管辐射噪声信号的阶次能量主要集中在二、四、六阶，即四缸机的点火频率及其倍频。图中黑色实线是根据转速信号计算的四阶中心频率，刚好与阶次线吻合。

图2.14　尾管辐射噪声信号色谱图

再按照式（2.20）中的相关内积计算可获得各阶次成分的时域波动信号，如图2.15所示。

图2.15　尾管辐射噪声各阶次成分时域波动信号

图2.15（a）是二阶时域波动信号与原尾管辐射噪声信号的对比图，图 2-15（b）是四阶时域波动信号，图 2.15（c）图是六阶时域波动信号。从各阶次时域波形中，可以清楚看出各阶次在各个时段的噪声波动大小。

将各阶次成分的时域波动信号按式（2.23）式进行短时傅里叶变换，可得到各阶次的相关频谱函数，然后分别绘制成色谱图，如图2.16所示。

图2.16　各阶次噪声信号的色谱图

图2.16中，（b）、（c）和（d）分别显示了二阶、四阶以及六阶时域波动信号的色谱图，图中只有干净的单根阶次谱信号，其他的无关噪声信号全部得到滤除，而且没有出现频率泄漏以及阶次混叠的现象。图2.16（a）为原尾管噪声信号的色谱图，将（b）、（c）、（d）三幅图与之对比可以看出，单根阶次线在谱图中位置及大小分布与（a）图中相应的谱线基本相同。图2.16充分说明本章构建的标准加窗小波函数可以准确提取时变排气尾管噪声中的各阶次噪声成分。