[發明專利]一種考慮人耳聽覺特性的內燃機輻射噪聲仿真評價方法

在審

• 申請號: 201711259941.7
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108021750A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 楊征葳;馮慧華;田靜宜;朱乘軍;牟小龍;匡宇宵;李杰貴
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

1.一種考慮人耳聽覺特性的內燃機輻射噪聲仿真評價方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、利用CAD軟件建立內燃機的三維實體模型并進行裝配，然后將整機模型導入有限元軟件中劃分有限元網格；接著在振動聲學仿真軟件中對有限元模型施加激勵，定義邊界條件，利用自動匹配層AML技術進行輻射聲場計算，分析內燃機各部件的聲功率級貢獻量，通過所關注場點的噪聲信號有效值功率譜計算各頻率分量的聲壓級，為噪聲評價提供數據；

步驟二、根據響度計算模型，通過數值計算軟件，對步驟一仿真得到的噪聲聲壓級頻譜進行處理，計算出關注頻段內的特征響度曲線；

步驟三，根據步驟二得到的特征響度曲線在不同頻段的幅值大小和變化特點，結合整機結構模態、動態響應、輻射聲功率級等的分析結果，制定根據人耳聽覺特性降低內燃機輻射噪聲的內燃機振聲優化方案；

步驟四，根據步驟三的優化方案對內燃機進行降噪改進，并重復步驟一至步驟三，直至內燃機輻射噪聲評價結果滿足預設降噪要求。

2.如權利要求1所述的一種考慮人耳聽覺特性的內燃機輻射噪聲仿真評價方法，其特征在于：步驟一所述的CAD軟件優選Pro/E軟件、CATIA軟件或UG軟件；

步驟一所述的有限元軟件選Hypermesh軟件、ANSYS軟件或Patran軟件；

步驟一所述的振動聲學仿真軟件選Virtual.lab軟件或Actran軟件。

3.如權利要求1或2所述的一種考慮人耳聽覺特性的內燃機輻射噪聲仿真評價方法，其特征在于：步驟二所述的數值計算軟件選MATLAB軟件或Python軟件；

步驟二所述的響度計算模型包括斯蒂文森模型、茨維克模型或摩爾模型，優選茨維克模型或摩爾模型。

4.如權利要求3所述的一種考慮人耳聽覺特性的內燃機輻射噪聲仿真評價方法，其特征在于：當選用茨維克模型時，步驟二具體實現方法如下：

根據茨維克(ISO 532B)響度模型，在數值計算軟件中依次實現以下步驟：

步驟1-2.1：對得到的噪聲聲壓級頻譜進行1/3倍頻程濾波，依照等響曲線分別修正第1至6,7至9,10至11頻帶的聲壓級，然后分別合并，修改后的1/3倍頻帶為特征頻帶；

步驟1-2.2：在各特征頻帶聲壓級中加入人耳傳聲因數，若聲場為混響場，需再根據混響場與自由場的傳聲特性差異進行激勵級修正；

步驟1-2.3：在各特征頻帶中加入臨界頻帶補償系數，根據茨維克模型的主響度計算公式(如式(1))，求得各特征頻帶的主響度，其中，LTQ為安靜狀況下聽閾對應的激勵，LE為被計算聲音對應的激勵。取N′0＝0.08時，s＝0.5，k＝0.23；N′0＝0.0635時，s＝0.25，k＝0.25；

N ′ = N 0 ′ · 10 0.1 k · L T Q · [ ( 1 - s + s · 10 0.1 ( L E - L T Q ) ) k - 1 ] ( S o n e / B a r k ) ... ... ( 1 ) ]]>

步驟1-2.4：由特征頻帶的主響度值，判斷是否被掩蔽，若被掩蔽則加入斜坡響度，斜坡響度的斜率由主響度和特征頻帶數決定，最后得到所關注頻段內的特征響度曲線。

5.如權利要求3所述的一種考慮人耳聽覺特性的內燃機輻射噪聲仿真評價方法，其特征在于：為了進一步提高響度計算模型的精度，選用摩爾模型，步驟二具體實現方法如下：

根據摩爾(ANSI S3.4-2007)響度模型，在數值計算軟件中依次實現以下步驟：

步驟2-2.1：根據聲場是自由場或混響場，將噪聲信號各有效頻率成分的聲壓級分別通過自由場外耳，或混響場外耳傳遞函數，然后通過中耳傳遞函數，以上函數值均為分貝值；

步驟2-2.2：將到達耳蝸的各頻率聲壓級值轉化為有效值功率，由式(2)計算相應頻率處的輸入激勵級。其中ERBLo表示某一頻率成分的輸入激勵級，ERBo表示由該頻率成分決定的求和帶寬，其值由式(3)確定，fo表示該頻率成分的頻率值。Pi2表示第i個包含在這一ERB(Equivalent Rectangular Bandwidth)頻帶內且為有效頻率成分的有效值功率，P0＝2×10-5(Pa)為參考聲壓。Wi為第i個頻率成分的權重函數，其值由式(4)確定，其中pi＝4×fi/ERBo，gi＝|fi-fo|/fo；

ERBL o = 10 · log 10 ( Σ f o - ERB o / 2 f o + ERB o / 2 W i P i 2 P 0 2 ) ... ... ( 2 ) ]]>

ERBo＝24.673(0.004368fo+1)……(3)

W i = ( 1 + p i g i ) e ( - p i g i ) · · · · · · ( 4 ) ]]>

f c = 10 erb c / 21.366 - 1 0.004368 ... ... ( 5 ) ]]>

W j = ( 1 + p j g j ) e ( - p j g j ) ... ... ( 6 ) ]]>

步驟2-2.3：在所關注頻段對應的等效矩形頻帶范圍內，以0.1ERB為間隔劃分多個耳蝸濾波器，各濾波器的中心頻率fc可由式(5)得到，其中erbc為ERB數。權重函數Wj決定耳蝸濾波器的形狀，由式(6)確定，pj的計算方法為：

(1)當fj≤fc時，pj＝4fc/ERBc-0.35[(4fc/ERBc)/30]·(ERBLj-51)；

(2)當fj＞fc時，pj＝4fc/ERBc；

gj的計算方法為：

(1)當|fj-fc|/fc≤1時,gj＝|fj-fc|/fc；

(2)當1＜|fj-fc|/fc≤4時，gj＝1；

(3)當|fj-fc|/fc＞4時，gj＝4；

其中，ERBc為耳蝸濾波器中心頻率對應的等效矩形帶寬，fj為ERBc范圍內的有效頻率成分，ERBLj為頻率j處對應的輸入激勵級；

步驟2-2.4：將上面得到的耳蝸濾波器作用于所關注頻段內各頻率對應的有效值功率，由式(7)計算耳蝸濾波器的輸出激勵；

E c = Σ f c - ERB c / 2 f c + ERB c / 2 W j P j 2 P 0 2 E 0 ... ... ( 7 ) ]]>

其中，Ec為濾波器的輸出激勵，P0＝2×10-5(Pa)為參考聲壓，為頻率j處的有效值功率，E0表示強度為0dB聲壓級的1000Hz純音在中心頻率也為1000Hz的耳蝸濾波器的輸出激勵值；

步驟2-2.5：按激勵的大小分類計算單耳特征響度：

(1)當Ec≤ETHRQ時，

(2)當ETHRQ＜Ec＜1010時，N′＝C[(GEc+A)α-Aα]；

(3)當Ec≥1010時，

其中常數C＝0.046871，ETHRQ為單耳聽閾激勵，在500Hz及以上頻率范圍內，ETHRQ的值為2.36，對應于3.73dB的激勵級值。G表示耳蝸濾波器的增益，與ETHRQ的乘積為常數，A,α的取值與G有關。單耳特征響度乘以2得到雙耳特征響度。