（机械电子工程专业论文）基于小波时频分析的工程机械驾驶室噪声源识别研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：堡矗盘 e t期： 鲨丝：查：望 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：塞盔盔 导师签名： 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 论文研究背景l 1 2 研究现状4 1 3 本文主要研究内容7 第2 章驾驶室噪声产生机理9 2 1 噪声概论9 2 1 1 噪声的客观物理度量9 2 1 2 噪声的评价方法1 1 2 2 振动控制简述1 3 2 3 驾驶室噪声的产生机理和声学特性1 4 2 3 1 驾驶室噪声的产生机理1 4 2 3 2 驾驶室噪声的特点1 6 2 4 本章小结1 6 第3 章驾驶室噪声与振动信号采集1 9 3 1 噪声和振动信号测量原理1 9 3 1 1 噪声的测量原理一1 9 3 1 2 振动的测量原理一2 0 3 2 推土机噪声和振动测试系统2 l 3 3 推土机噪声和振动测试实验2 2 3 3 1 噪声测试位置规划2 2 3 3 2 振动测试位置规划2 3 3 4 推土机噪声源初步分析2 5 3 4 1 新车的驾驶室内外噪声分析一2 6 3 4 2 完成可靠性试验后的样车驾驶室噪声2 6 3 4 3 驾驶室隔声改进措施2 8 3 5 本章小结2 9 第4 章驾驶室噪声与振动信号小波分析3l 4 1 小波基础理论31 4 1 1 从傅里叶变换n d , 波变换3 1 4 1 2 小波变换的定义3 2 4 1 3 连续小波变换3 3 4 1 4 离散小波变换3 3 4 1 5 小波包分析3 4 4 2 驾驶室振动信号分析流程3 6 4 2 1 信号预处理3 6 4 2 2 特征向量和相关系数3 7 4 2 3 小波基的选择3 8 山东大学硕士学位论文 4 3 驾驶室振动信号分析4 0 4 3 1 驾驶室噪声与结构件振动4 0 4 3 2 驾驶室噪声与减振系统4 7 4 4 实验验证4 8 4 4 1 驾驶室内结构件振动影响验证4 8 4 4 2 驾驶室减振系统振动影响验证4 9 4 5 驾驶室噪声主要影响因素的确定51 4 6 本章小结5 2 总结与展望5 3 参考文献5 5 致谢6 1 c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) l a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) l l l c h a p t e r1i t r o d u c t i o n l 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d - l 1 2p r e s e n tr e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n t 4 1 3m a i nr e s e a r c hc o n t e n t s ， c h a p t e r2c a bn o i s eg e n e r a t i o nm e c h a n i s m 9 2 1i n t r o d u c t i o no fn o i s e 9 2 1 1o b j e c t i v ep h y s i c a lm e a s u r eo f t h en o i s e 9 2 1 2e v a l u a t i o nm e t h o do f t h en o i s e 1l 2 2v i b r a t i o nc o n g o lb r i e f l yr e v i e w 1 3 2 3g e n e r a t i o nm e c h a n i s ma n da c o u s t i cc h a r a c t e r i s t i c so f c a bn o i s e 1 4 2 3 1c a bn o i s eg e n e r a t i o nm e c h a n i s m 1 4 2 3 2c a bn o i s ec h a r a c t e r i s t i c s 16 2 4s u m m a r y l 0 c h a p t e r3c a bn o i s es i g n a la n dv i b r a t i o ns i g n a lc o l l e c t i o n 19 3 1p r i n c i p l eo f n o i s es i g n a la n dv i b r a t i o ns i g n a lm e a s u r e m e n t 1 9 3 1 1p r i n c i p l eo f n o i s es i g n a lm e a s u r e m e n t 1 y 3 1 2p r i n c i p l eo f v i b r a t i o ns i g n a lm e a s u r e m e n t 2 u 3 2b u l l d o z e rn o i s ea n dv i b r a t i o nt e s ts y s t e m 2 l 3 3b u l l d o z e rn o i s ea n dv i b r a t i o ne x p e r i m e n t j 2 ，2 3 3 1n o i s et e s tl o c a t i o ns c h e m e z z 3 3 2v i b r a t i o nt e s tl o c a t i o ns c h e m e 2 3 3 4p r e l i m i n a r ya n a l y s i so f b u l l d o z e rn o i s es o u r c e 2 5 3 4 1a n a l y s i so f b u l l d o z e rp r o t o t y p ec a b i ni n s i d ea n do u t s i d en o i s e 2 6 3 4 2c a bn o i s eo f b u l l d o z e rp r o t o t y p ea f t e rr e l i a b i l i t yt e s t 2 6 3 4 3i m p r o v e m e n tf o rc a bs o u n di n s u l a t i o np e r f o r m a n c e 2 8 3 5s u m m a r y z y c h a p t e r4w a v e l e ta n a l y s i so fc a bn o i s ea n d v i b r a t i o ns i g n a l 3l 4 1v 沌v e l e tf u n d a m e n t a lt h e o r y 3l 4 1 1f o u r i e rt r a n s f o r mt ow a v e l e tt r a n s f o r m 3l 4 1 2d e f i n i t i o no f w a v e l e tt r a n s f o r m j 2 4 1 3c o n t i n u o u sw a v e l e tt r a n s f o r m j j 4 1 4d i s c r e t ew a v e l e t 仃a n s f o r m j j 4 1 5a n a l y s i so fw a v e l e tp a c k e t 3 4 4 2w a v e l e ta n a l y s i sp r o c e s so f c a bv i b r a t i o ns i g n a l 3 6 4 2 1s i g n a lp r e p r o c e s s i n g 4 2 2e i g e n v e c t o ra n dc o r r e l a t i o n 4 2 3c h o i c eo f w a v e l e tf u n c t i o n 3 6 3 7 3 8 4 3d a t aa n a l y s i so f c a bv i b r a t i o ns i g n a l 4 u 4 3 1v i b r a t i o ns i g n a la n a l y s i so fc a bi n t e r i o rs t r u c t u r e 4 0 4 3 2v i b r a t i o ns i g n a la n a l y s i so fc a bd a m p i n gs y s t e m 4 7 4 4e x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o n 4 芍 4 4 1v e r i f i c a t i o no f c a bi n t e r i o rs t r u c t u r ev i b r a t i o ne f f e c t s 4 8 4 4 2v e r i f i c a t i o no f c a bd a m p i n gs y s t e mv i b r a t i o ne f f e c t s 4 9 i i i l i j 东大学硕士学位论文 4 5c o n f i r mo f i n f l u e n c ef a c t o ro f t h ec a bn o i s e 5 l 4 6s u m m a r y 5 2 c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 5 3 r e f e r e n c e s 5 1 ； a c k n o w l e d g m e n t s 6 1 i v 摘要 摘要 现今，噪声己成为影响人们生产和生活的一大污染，因此对噪声控制的研究 也越来越受到关注。噪声源识别技术是对噪声实现有效控制和深入研究的前提， 在噪声控制总体工作中起着非常重要的作用。国内外对噪声源识别方法的研究取 得了许多有理论价值和工程价值的成果，值得我们借鉴。随着国内制造业水平和 环保要求的提高，国内工程机械噪声限值新国标的实施给整个行业带来了新的压 力。工程机械驾驶室噪声是多种噪声的复合叠加，声源众多。只有了解主要噪声 源的位置和特性，才能进一步制定有效的噪声控制措施，从而达到降低驾驶室噪 声的目的。 本文以某型号推土机驾驶室为例研究该类型工程机械驾驶室内噪声源的识 别。首先对该推土机进行了多工况、多点的振动和噪声源测试，通过对推土机驾 驶室空气噪声以及驾驶室内固体声的分析，确定影响司机耳旁噪声的主要噪声源、 振动源，为推土机低噪声技术改造提供理论和实验依据。系统分析了驾驶室外噪 声，发现噪声水平较高处出现在发动机和冷却风扇附近。小波变换在时频域都具 有良好的局部性，能有效地从信号中提取信息，小波包分析提供了比小波分析更 精细的方法，基于上述优点本文将小波包变换用于驾驶室内振动信号的分析。对 测取的振动信号，利用小波包进行三层分解重构，以信号的能量分布构造信号的 特征向量。依据特征向量得到各信号之间的相关系数，相关系数的大小反映了噪 声信号和振动信号的相关程度，体现了振动对耳旁噪声影响的程度。以此为主要 研究方法，由耳旁噪声和振动信号的相关系数逐步确定主要噪声源。以分析结果 为依据，采取相应的隔声、隔振等改进措施。分析不同阶段和最终改进阶段的测 试结果，得到如下结论：驾驶室耳旁噪声主要是发动机的振动能量通过机械结构 的振动及驾驶室底板覆盖件振动等途径进入驾驶室，进而由振动产生噪声；本文 利用小波分析工具对驾驶室噪声源进行识别的方法简洁、高效。 关键词驾驶室内噪声；噪声源识别；小波分析；特征向量；相关系数 a b s t r a c t a b s t r a c t n o i s eh a sb e c o m eam a j o rp o l l u t i o nw h i c hs e r i o u s l ya f f e c t sp e o p l e sp r o d u c t i o n a n dl i v i n gn o w a d a y s t h e r e f o r e ，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni sp a i dt ot h es t u d yo fn o i s e c o n t r 0 1 t h en o i s es o u r c ei d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi st h ep r e m i s eo fa c h i e v i n ge f f e c t i v e c o n t r o la n di n d e p t hs t u d yo nn o i s ec o n t r o l ，a n dp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h e o v e r a l lw o r ko fn o i s ec o n t r 0 1 a b o u tn o i s es o u r c ei d e n t i f i c a t i o nr e s e a r c h ，m a n yv a l u e d a c h i e v e m e n t sh a v e b e e no b t a i n e di nw o r l d ，w h i c hw ec a nl e a mf r o m w i t ht h e i m p r o v i n go fm a n u f a c t u r i n gl e v e l a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n r e q u i r e m e n t s ，t h e i m p l e m e n t a t i o no fn e w n a t i o n a ls t a n d a r d so nn o i s el i m i t sh a sb r o u g h tan e wp r e s s u r et o t h ee n t i r ed o m e s t i cc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yi n d u s t r y c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yc a bn o i s e i sac o m p l e xs u p e r p o s i t i o no fav a r i e t yo fn o i s es o u r c e s t h e r e f o r e ，t h el o c a t i o na n d c h a r a c t e r i s t i c so ft h em a i nn o i s es o u r c e ss h o u l db ee f f e c t i v ed i s t i n g u i s h e d ，n o i s ec o n t r o l m e a s u r e sw i l lb ef u r t h e rm a d e ，s ot h a tt h ep u r p o s eo fr e d u c i n gc a b n o i s ec a nb e a c h i e v e d t h i sp a p e rt a k e sac e r t a i nb u l l d o z e rc a ba sa ne x a m p l e ，t oi n d e n t i f yt h en o i s e s o u r c e so ft h ec a bn o i s e f i r s t ，m u l t i p l ew o r k i n gc a s e sa n dm u l t i p l ep o i n tt e s t so f v i b r a t i o na n dn o i s es o u r c e sa r ec a r r i e do u to nt h eb u l l d o z e r t h r o u g ht h ea n a l y s i so f s t r u c t u r e b o r n en o i s ea n da i r - b o r n en o i s ei nt h eb u l l d o z e rc a b ，t h em a i nn o i s es o u r c e s a n dv i b r a t i o ns o u r c e sa f f e c t i n gt h ec a bn o i s ea r ed e t e r m i n e d i tc a np r o v i d et h e o r e t i c a l a n de x p e r i m e n t a lb a s i sf o rt h eb u l l d o z e rl o wn o i s et e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n t h r o u g h t h es y s t e m a t i ca n a l y s i so ft h en o i s eo u t s i d et h ec a b ，h i g h e rn o i s el e v e l sa p p e a r e da tt h e v i c i n i t yo ft h ee n g i n ea n dc o o l i n gf a n w a v e l e tt r a n s f o r mi sag o o dr e s e a r c ht o o lf o rs i g n a ll o c a la n a l y s i si nb o t ht i m e d o m a i na n df r e q u e n c yd o m a i n ，a n dc a ne f f e c t i v e l ye x t r a c tf e a t u r ei n f o r m a t i o nf r o m s i g n a l w a v e l e tp a c k e ta n a l y s i sp r o v i d e sam o r es o p h i s t i c a t e dm e t h o dt h a nw a v e l e t a n a l y s i s s oi nt h i sp a p e rw a v e l e tp a c k e tt r a n s f o r mi se m p l o y e dt oa n a l y z et h ev i b r a t i o n s i g n a l sf r o mm u l t i p l ep o i n t s t h em e t h o di st oo b t a i nt h ee i g e n v e c t o ro fs i g n a le n e r g y b yu s i n gt h es o l u t i o no ft h r e eg r a d e so ft h ew a v e l e tp a c k e t s ，a n dt h es e v e r a ls i g n a l s c o r r e l a t i v i t yw i t ht h e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so ft h e s i g n a le n e r g yd i s t r i b u t i o ni s o b t a i n e d t h em a g n i t u d eo ft h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sr e f l e c t st h ed e g r e eo fc o r r e l a t i o n b e t w e e nn o i s es i g n a l sa n dv i b r a t i o ns i g n a l s ，e m b o d i e st h ei n f l u e n c el e v e lo ft h e i i i l i j 东大学硕士学位论文 v i b r a t i o no nc a bn o i s e t a k i n gt h i sb a s i cr e s e a r c ht o o l ，t h em a i nn o i s es o u r c e sa r e g r a d u a l l yi d e n t i f i e db yt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sb e t w e e nn o i s ea n dv i b r a t i o ns i g n a l s o nt h eb a s i so fa l la b o v ea n a l y s i sr e s u l t s ，s o m ei m p r o v e m e n tm e a s u r e sa ss o u n d i n s u l a t i o na n dv i b r a t i o ni s o l a t i o na r ea d o p t e d b ya n a l y z i n gt h et e s tr e s u l t so fe a c h d i f f e r e n ts t a g ea n dt h ef i n a li m p r o v e m e n ts t a g e ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r ed r a w n ： t h ec a bn o i s ei sm a i n l yg e n e r a t e db yt h ee n g i n ev i b r a t i o n ，w h i c he n t e r si n t ot h ec a b t h r o u g ht h ev i b r a t i o no ft h em e c h a n i c a ls t r u c t u r ea n dt h ec a bf l o o rc o v e r i n g ；t h em e t h o d o fu s i n gw a v e l e ta n a l y s i st o o l st oi n d e n t i f yt h ec a bn o i s es o u r c e si se f f i c i e n ta n d e f f e c t i v e k e y w o r d sc a bn o i s e ；n o i s es o u r c ei d e n t i f i c a t i o n ；w a v e l e ta n a l y s i s ；e i g e n v e c t o r ； c o r r e l a t i o n i v 第1 章绪论 第1 章绪论 噪声污染已成为当今世界继空气污染和水污染之后的第三大污染，严重影响 着人类生产和生活的各个方面。随着环保观念的深入人心，工程机械产品的噪声 控制已成为社会用户群的首要关注对象，并成为评价工程机械产品质量的重要因 素之一。噪声控制日益受到人们的关注，从而出现了相应的工程机械噪声的强制 性标准，工程机械产品噪声水平也成为评价产品质量的一项强制性指标。 环保意识的增强和对产品质量要求的提高促使人们对工程机械产品噪声控制 水平的要求也越来越高。噪声源识别技术是对噪声实现有效控制和深入研究的前 提，在噪声控制总体工作中起着非常重要的作用。噪声、振动和舒适性三者密切 相关，而降低噪声，减小振动，提高乘坐舒适性正是我国工程机械产品发展的方 向。 1 1 论文研究背景 噪声对人们的学习、工作、生活等社会活动有严重影响，一般情况下，长期 处于高噪声环境中的人，健康水平会逐渐下降，疾病发病率相对增高 1 。2 1 。工程机 械驾驶员主要负责工程建筑施工机械的驾驶和操作，处于密闭的驾驶室内，长期 工作在高噪声污染环境中，极易导致健康受损而诱发疾病。听力损伤是噪声对人 体最直接的危害，长期在强噪声环境下工作的人，由于听觉疲劳无法及时得到恢 复，内耳器官会发生器质性病变，形成噪声性耳聋。欧洲夜晚噪声指导方针曾 指出长期处于声音高于9 0 分贝的环境中可能引起某种程度的听力丧失。长期处于 不同噪声级环境中，耳聋发病率的统计情况如表1 1 所示。 表1 1 工作4 0 年后噪声性耳聋发病率( ) 噪声级d b ( a )国际统计美国统计 8 00 o 8 51 0 8 9 02 11 8 9 52 92 8 1 0 04 14 0 山东大学硕士学位论文 由表1 1 可见，当噪声级在9 0 d b ( a ) 以上时，耳聋发病率会明显增加。噪声不 仅会影响神经系统，导致失眠、精神恍惚等现象，还会引起听力下降、血压升高 和免疫力下降等问题。与在低噪声环境下工作的人相比，长期工作在高噪声环境 下的人的动脉硬化、高血压、冠心病等疾病发病率要高2 - - - 3 倍。 噪声容易使人的注意力分散出现差错，且随着噪声级的升高差错率会不断上 升。噪声还容易使人疲劳而降低工作效率，据统计，在噪声的影响下劳动生产率 会降低1 0 5 0 。此外，噪声还经常掩蔽车辆行驶信号、报警信号等安全信号， 导致各种安全事故的发生。实验研究发现，特强噪声可能对仪器设备造成一定程 度的损伤，严重时会损坏仪器设备使其失效。 一些国家高度重视对工程机械噪声污染的限制，并把它放在和诸如尾气排放 之类的标准同等重要的地位。日本和欧美市场对工程机械产品的噪声要求非常严 格。日本先后建立了低噪声型和超低噪声型工程机械的认证制度，欧盟国家禁止 超过e u ( 欧洲联盟了噪声标准的工程机械的销售，同时还要求详细记录机械周围 及驾驶员耳旁的噪声值，以便控制工程机械的噪声。 由于生产技术和制造水平的限制，我国工程机械噪声限值的标准一直比较宽 泛。我国关于工程机械噪声最早的标准是工程机械噪声限值j b 3 7 7 4 1 8 4 由机 械工业部在1 9 8 4 年颁布，1 9 9 0 年国家环保局颁布了标准建筑施工场界噪声限值 g b l 2 5 2 3 9 0 t 3 1 。直到1 9 9 6 年噪声标准才进行了修订，参照i s o d i s 6 3 9 3 6 3 9 6 ：1 9 9 5 标准颁布了国家标准工程机械噪声限值g b l 6 7 1 0 1 1 9 9 6 4 1 ，该标准规定的限 值比j b 3 7 7 4 1 8 4 有所放宽。行业标准应该为了适应行业的发展而不断进行修订， 于是2 0 1 0 年我国对工程机械噪声限值g b l 6 7 1 0 1 1 9 9 6 及噪声试验方法 g b l 6 7 1 0 2 , - g b l 6 7 1 0 5 1 9 9 6 等标准进行了修订，新标准于2 0 1 2 年1 月1 日开始实 施。新标准最明显的改变就是将名称由工程机械噪声限值g b l 6 7 1 0 1 1 9 9 6 改 为土方机械噪声限值g b l 6 7 1 0 2 0 1 0 5 1 ，这是为了与国际土方机械噪声试验方 法标准保持一致。 制定噪声限值标准既要考虑到环境保护和司机听力保护的需要，也要以国内 工程机械产品的生产技术现状为依据。噪声限值标准是我国的强制性标准，新修 订的标准里规定的限值是现阶段我国工程机械产品噪声的最低标准。本文关注的 对象是工程机械驾驶室内噪声，因此更加关心标准中对司机位置处噪声的限值。 2 第1 章绪论 对于司机位置处的噪声，新修订的标准规定了两个阶段实施的时间表和递减的噪 声限值( 表1 - 2 ) ，噪声限值与旧标准相比有了大幅度降低，平均减小了6 d b ( a ) 。 表1 - 2 司机位置处噪声限值 适用机器类型 发射声功率级限值, d b ( a ) i 阶段i i 阶段 ( 2 0 1 2 - 0 1 0 1 实施)( 2 0 1 5 0 1 0 1 实施) 履带式挖掘机8 38 0 轮胎式装载机、轮胎式推土 机、铲运机、轮胎式吊管机、 轮胎式挖掘机、压路机( 非 8 98 6 振动、非振荡) 、轮胎式挖掘 装载机 平地机 8 88 5 轮胎式回填压实机9 18 8 履带式推土机、履带式装载 机、履带挖掘装载机、挖沟 9 59 2 机、履带吊管机 压路机( 振动、振荡) 9 08 7 自卸车 8 58 2 注：轮胎装载机噪声限值包括滑移转向装载机噪声限值 噪声限值标准对于控制噪声污染、保障居民生活质量和保护操作者身体健康 有着重要作用，因此全球各个国家都非常重视。国际土方机械标准i s 0 2 0 4 7 4 1 ： 2 0 0 8 土方机械安全第l 部分：一般要求规定司机位置噪声不宜超过8 5 d b ( a ) ， 早在2 0 0 0 年9 月美国矿业安全与健康管理局( m s h a ) 就规定了司机位置噪声不 得超过8 5 d b ( a ) ，还有欧盟机械指令2 0 0 6 4 2 e c 6 】和欧洲标准e n 4 7 4 1 ：2 0 0 8 要求 司机位置噪声低于8 0 d b ( a ) 。我国工程机械的噪声控制工作一直相对薄弱，受其制 约，我国工程机械在国际市场的竞争中也一直处于劣势，上述这些标准的规定均 低于我国现行强制噪声标准，相差可达7 1 2 d b ( a ) 。 环境保护是关乎整个人类生存的大事，各种关于环境保护的法律法规逐渐完 善且日益严格。我国作为制造和使用工程机械的大国，制定严格的噪声限值标准 不仪是顺应社会发展的需要，更是推动我国由工程机械制造大国向工程机械强国 转变的动力。标准的日益成熟对我国工程机械行业的影响不仅体现在眼前的直接 效果，更多的是体现在对整个行业长远发展的影响上。新标准的颁布和实施将对 3 l f j 东大学硕士学位论文 我国整个工程机械行业产生较大的压力，由于我国对工程机械噪声的研究起步较 晚又受到制造技术水平的限制，仅i 阶段的实施，行业内就有近5 0 的机型需要 投入大量的科技和生产力量才能实现【7 j 。 噪声源识别技术是对噪声实现有效控制和深入研究的前提，在噪声控制总体 工作中起着非常重要的作用。噪声源识别是指在同时有许多噪声源或包含许多振 动发生部件的复杂声源情况下，为了确定各个声源或振动部件声辐射的性能，区 分噪声源并根据其对生产的作用加以分等而进行的测量与分析【引。噪声源识别的任 务是：弄清主要噪声源在何处、是哪个部件、它们对总噪声的贡献，以分清主次、 排列次序；了解主要噪声源的频率成分、辐射特性和产生机理。工程机械驾驶室 噪声是多种噪声的复合叠加，声源众多，只有了解主要噪声源的位置和特性，才 能进一步研究有效的噪声控制措施，从而达到降低驾驶室噪声的目的。正确识别 噪声源不仅可以采取针对性的措施减振降噪，更重要的是可以在产品设计阶段就 加以控制，降低产品造价，提高了产品制造的经济性。现代社会对工程机械的要 求已不再是简单的作业效率和可靠性等指标，特别是国内工程机械产品对欧美出 口量的增长，社会用户群对工程机械产品的舒适性和振动噪声控制有了更加严格 的要求。这就要求工程机械生产企业重视产品噪声及相关降噪新技术的研究，采 用低噪声发动机、低噪声驾驶室及其他新技术来加速产品技术进步。 1 2 研究现状 国外研究噪声起步较早，上世纪八十年代美国工程力学研究所在车内噪声特 性预测方面的工作为车内噪声预测分析打下了良好的基础。对于工程机械噪声的 研究日本也十分重视，在主要传动件噪声控制研究的基础之上，对不同结构产生 的空气流噪声进行了深入分析，并在新一代挖掘机等工程机械中使用了其研究成 果。国内在车辆噪声和工程机械噪声研究方面与国外相比起步较晚，近年来，工 程机械降噪己成为整个机械制造行业和许多科研部门急需解决的重要课题。 噪声源识别是噪声研究的重要内容之一。识别噪声源有多种方法，要根据现 场条件和实际对象选择适当合理的方法，也可几种方法配合应用。由于计算机技 术和数字信号处理技术的飞速发展，噪声测试技术发展迅速，在近几十年内许多 新的仪器设备和识别方法不断出现，噪声源识别技术有了很大的进步。 4 第1 章绪论 传统的噪声源识别方法有主观评价法、分部运行法、近场声压法、表面振动 速度( 加速度) 法等；利用现代信号处理技术进行噪声源识别的方法有频域分析 法、时域分析法、小波分析、噪声源的层次诊断法、相干分析、声强法、自回归 谱法、倒频谱法等；利用现代图象识别技术进行振动噪声测量的有声全息技术、 波束形成法、电图像干涉测量法等。 早期识别噪声源所采用的分部运转法可分隔各声源并分析它们的声学特性， 识别精度较高且直观性好。但该方法费时费事且不具有经济性，通常要求在消声 室或混响室中进行以排除其他声源的干扰，因此在一定程度上限制了它的进一步 发展和应用。现代信号处理技术发展迅速，使得相干分析法、声强分析法、谱分 析法以及声全息技术等许多新的声源识别技术也迅速发展起来，引起了人们的关 注【9 d 2 1 。如基于功率谱分解( p s d ) 的噪声源谱分析技术，方便直观，在旋转机械 的噪声源分析中应用较普遍【”】，但是由于各传感器频响函数的影响很大，使主噪 声源不能被准确地识别出利1 4 】，而且无法有效分析非稳态噪声源信号。相干 1 5 _ 1 6 1 或互相关分析【n 1 8 】是一种比较有效的声源识别方法，但必须假设各噪声源之间不 相干，且严重依赖于点声源假设。为避免其它噪声源干扰，近场传声器与声源表 面很近，而将声源视为点声源通常存在误差，对于分布声源更是如此【1 3 】。相较而 言，声强分析是一种更有效的噪声源识别方法，特别是用于声源定位，容易实现【1 9 】， 因此，在汽车等制造行业中得到广泛应用。但是，声强分析法在现场测定声源声 功率时，极易受外来干扰噪声的影响。另外，声强分析法要求布置的测点足够多， 且对测量场所的要求也较高，通常必须在半消声室中进行。近年来，声全息技术 及其在噪声源识别中的应用研究取得了不少成果【2 0 1 ，但是目前该方法只限于在声 学实验室中使用，且该方法要求进行信号采集时各通道必须严格并行采集，这在 某种程度上使该方法的普及和应用受到了限制。 频域分析的基础是傅里叶变换，但是傅里叶变换的局限性在于只适用于稳态 信号分析【2 。除了伪w i g n e r - v i l l e 分布( p w v d ) 、径向高斯核分布( r g k d ) 等， 短时傅里叶变换( s t f t ) 也是时频分析方法的一种。利用短时傅里叶变换分析信 号不能适应信号频率高低对窗函数的不同要求，不利于分析时变信号。小波变换 在时域和频域都具有足够的分辨率，因此在许多领域得到了广泛应用。 小波分析理论是1 9 8 4 年m o r l e t 和g r o s s m a n 在研究地震信号的奇异性时提出 5 山东大学硕士学位论文 的【2 2 】。m e y e r 于1 9 8 5 年提出了一种光滑函数y ( f ) ，该函数具有一定的衰减性，并 且它的二进伸缩和平移 ，。( f ) = 2 - j 2 y ( 2 t - k ) ；j ，七z 构成了r ( r ) 的规范正 交基【2 3 1 。在此之后，b a t t l e 和l e m a r i e 又分别独立提出了具有指数衰减性的小波函 数的概念【2 4 。2 6 】。m a l l a t 于1 9 8 7 年在小波变换的概念中引入了多尺度分析的思想， 把s t r o m b e r g 、m e y e r 、