基于Raynoise软件计算的全消声室自由声场半径

黄月芹，秦军旭，李宏庚，黄元毅

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

0 引言

随着人们环保意识的逐步增强，政府噪声限值的严格要求，在汽车、电器等相关行业中NVH性能已经成为评价产品设计、制造水平的一个综合性指标[1]。尤其是汽车行业，有统计资料显示，在国外，整车约有三分之一的故障问题是和车辆NVH的问题相关联的。NVH性能测试与分析是NVH试验技术研究的主要内容，是对产品设计及制造工艺进行优化设计和改进的重要依据。声学试验室为声学试验提供了一个良好的声学环境，对NVH开发具有重要的意义。本文主要重点研究应用Raynoise进行消声室的声场设计。

1 声学自由场

为了获得准确的声源的特性，应该把声源放在一个没有干扰的理想空间中，这个空间无限延伸，也就是说声传播的各个方向无干扰，声波直线传播没有反射声，也无其他声波的干扰，但是实际上消声室空间有限，通过在消声室各个面铺设强吸声材料，吸收入射声波，形成局部无反射的空间，该空间即所谓的自由场空间。由于点声源的声波是以球形波的形式传播，在传播过程中球形波的任何反射都将破坏该自由场，所谓的自由场半径指的是在此半径内没有任何的反射存在。自由场半径是用于衡量自由场空间大小的指标[2]。

2 消声室自由声场鉴定理论

一般消声室性能是通过将测试声源发射的声压的空间衰减，与理想的自由声场中声压随声源距离的平方反比定律的衰减相比较进行评价的[3]。在国内某合资汽车企业全消声室建设项目中要求该全消声室截止频率为50 Hz，使用仿真计算的声压值，与理想的自由声场声压进行评价。

消声室自由声场的仿真计算应用基于射线声学法的软件——Raynoise计算的。Raynoise噪声计算原理采用射线声学（Ray）方法，射线声学能精确地模拟声学传播的物理行为，包括物理界面的镜面反射和满反射，墙体吸收和空气吸收，遮蔽物衍射，以及墙体透射。声源的指向性参量可以通过参量文件进行精确设定[4]。声源可以是点声源、线声源、面声源以及板声源，声源输入需要声功率。射线声学将声音的传播类比成光束，从声音出发出许多声束，声束遇到墙壁后会反射和散射，每经过一次反射，声音有一定的衰减，经过多次反射后，声音能力消耗殆尽。

首先对全消声室根据实际尺寸进行建模，再依据金属尖劈吸声性能数据（该项目采用金属尖劈作为吸声材料），确保在仿真中最大程度地与实际消声室的边界条件接近。

在仿真中假定在消声室中心放置点声源，点声源设置为在1/3倍频带的中心频率的宽频信号，从点声源的球面中心到房间的两个墙面与天花板的直线路径上每0.1 m等距布置一个声压接受点（保证每条路径上至少有10个点）。测点路径如图1所示。在本消声室项目中，布置3条路径，OA、OB和OC.测点的布置从离测试声源中心0.5 m开始，到2.2 m处为止。四个点的坐标为：A：（4.45，0，5.9）；B：（8.9，3.45，5.9）；C：（0，0，5.9）；O：（4.45，3.45，2.59）。

图1 测点路径示意图

从上述的声压接收点位置得到的声压级，在每个测量方向上基于声压在自由场衰减值的估计，由下面公式确定：

式中：Lw为点声源声功率值，单位为dB；ri为每个声压接受点到中心的距离；k为修正系数，自由场k=11，半自由场k=8.

所有接受点位置上声压级与自由声场衰减值的偏差由下面公式确定：

式中：Lpi为接受点位置上的声压值。

如果得到的偏差不超过下表给出的值，则该位置满足自由声场要求，如果偏差超过以下值，则不满足自由声场要求。1/3倍频带中心频率自由场偏差值如表1所示。

表1 1/3倍频带中心频率自由场偏差值

3 仿真结果

本项目中采用声场模拟的方式仿真消声室中声场传播[5]。根据上述的仿真参数设置，得到50 Hz点声源在全消声室内的三个中心截面声压分布图，如下图2、图3所示。

图2 50Hz声压分布图

图3 63Hz声压分布图

4 自由声场鉴定结果分析

通过仿真计算得到的声压值，与第二节中自由声场衰减声压值，得到以下表2～表8及曲线（见图4～5）。

表2 接受点沿线上满足允差的最长距离

表3 50Hz时OA沿线接收点数据表

表4 50Hz时OB沿线接收点数据表

表5 50Hz时OC沿线接收点数据表

表6 63Hz时OA沿线接收点数据表

（续下表）

（接上表）

接收点距离中心位置/m 自由声场衰减值/dB 仿真计算值/dB ΔLp值/dB 1.5 71.1 70.5 -0.6 1.6 70.6 69.9 -0.7 1.7 70.1 69.4 -0.7 1.8 69.7 68.9 -0.8 1.9 69.3 68.4 -0.8 2.0 68.9 68.0 -0.9 2.1 68.5 67.6 -1.0 2.2 68.2 67.2 -1.0 2.3 67.9 66.8 -1.1 2.4 67.6 66.4 -1.2 2.5 67.3 66.0 -1.3 2.6 67.1 65.7 -1.4

表7 63Hz时OB沿线接收点数据表

表8 63Hz时OC沿线接收点数据表

（续下表）

（接上表）

接收点距离中心位置/m 自由声场衰减值/dB 仿真计算值/dB ΔLp值/dB 1.9 69.3 68.4 -0.9 2.0 68.9 68.0 -1.0 2.1 68.6 67.6 -1.0 2.2 68.3 67.2 -1.1 2.3 68.0 66.8 -1.2 2.4 67.7 66.4 -1.3 2.5 67.5 66.0 -1.4

图4 50Hz自由场计算值

（续下图）

（接上图）

图5 63Hz自由场计算值

5 结束语

根据上述计算结果得知，本项目的全消声室满足截止频率50 Hz时自由场半径≥1.8 m，63 Hz时自由场半径≥2.2 m，自由声场偏差＜±1.5 dB.