IPEmotion的 NVH噪声测试模块——坎贝尔图

德国IPETRONIK的IPEmotion软件除了可以对之前介绍的热管理试验及热管理台架试验、电性能试验、道路试验等各种进行基本的温度、模拟量、数字信号的采集分析外，无论专业版、开发版还是分析版均支持噪声分析模块，该模块支持噪声数据离线后处理，包括Campbell图操作、总体层级分析以及阶次滤波器。所以该软件在汽车NVH试验中的噪声测试已得到广泛应用。

本文将对噪声分析元件使用做出介绍。

• Campbell：坎贝尔操作基于FFT操作，通过添加附加的滤波加权函数在分析工作界面内的Campbell显示元件中显示数据。

• 总体层级分析与Campbell操作设置相同，运用总体层级分析能够确定对声级影响最大的频率范围，从而调查声源，操作结果以X-Y图显示。

• 阶次滤波器支持与Campbell操作几乎相同的配置设置。主要区别在于阶次滤波器不支持任何重叠配置。

FFT设置：

• 分辨率：分辨率与用于计算FFT的采样数有关。根据选定的分辨率，计算相应的频率和块持续时间：块持续时间=分辨率/采样率，频率分辨率=采样率/分辨率。增加FFT分辨率时，提高了序列的精确度，但同时降低了时基的精度。

• 参考通道：标准配置中，所有FFT都是相对于时间基础计算。在噪声分析中，更合理的是针对测量声音和振动频率相关的另一个通道。发动机转速(RPM)通道是研究声学影响的一个常用通道。

• 窗函数：FFT分析中为了减少或消除频谱能量泄露及栅栏效应采用不同的截取函数对信号进行截短，即使用窗函数。泄露与窗函数频谱的两侧旁瓣有关。

• 步长定义：Overlap：重叠函数，数据文件中包含的所有数据进行计算FFT。根据因子(%)可以定义FFT计算的重叠部分，即FFT计算中包含前一个数据块的数据量。Absolute：定义FFT计算的绝对步长，默认值通过公式计算得到：(Max-Min)/500。

Weighting设置：

权重设置对于Campbell分析十分重要。IPEmotion中定义了相关缩放模式及推荐的参考值。通过加权函数，可以根据人的听觉来补偿不同的声压级。参考值取决于应用，选择或添加与源通道单位匹配的权重因子即可。

• 缩放模式：线性缩放/dB无权重/dB A加权/dB B加权/dB C加权/dB D加权(A加权模拟人耳对40方纯音的响应；B加权模拟人耳对70方纯音的响应；C加权模拟人耳对100方纯音的响应；D加权主要用于飞机噪声的评价)

• dB参考权重因子：Sound pressure(2E-05 Pa)/Acceleration(1E-06 m/s²)/Force(1E-06 N)/Pressure pulsation(1E-06 Pa)/Sound power(1E-12 W)/Sound particle velocity(5E-08 m/s)

• 权重类型：RMS(均方根)/Peak value(峰值)/Peak to Peak value(峰峰值)

采样率：1kHz

步骤一：对源数据进行重采样

数据按采样率4kHz，线性插值模式进行重采样。该步骤视实际测试情况而定。

步骤二：添加坎贝尔操作（基于时间）

FFT参数设置：

分辨率：16384；

参考通道：基于时间；

窗函数：Hanning（如果测试信号有多个频率分量，频谱表现十分复杂，且测试的目的更多关注频率点而非能量的大小，需要选择汉宁窗，如果被测信号是随机或未知的，也可以选择汉宁窗）

Weighting参数设置：

缩放模式：dB B加权（B加权模拟人耳对70方纯音的响应）；

dB参考权重因子：Acceleration(1E-06 m/s²)与源通道单位匹配即可；

权重类型：RMS（均方根）

步骤三：分析工作界面添加坎贝尔显示元件

根据坎贝尔图，可以得出，基于时间，振动台在振动频率为60Hz-200Hz之间产生的噪声为主要噪声来源。

步骤一：添加总体层级分析操作

该运算设置与坎贝尔运算设置基本相同，以下只列出特殊设置步骤。

a.FFT设置中参考通道需要选择发动机转速通道(rpm)

b.频率域设置（该设置有助于确定对于声级影响最大的频率范围内的噪声声源）

c.分析工作界面添加X-Y显示元件

根据总体层级分析图，可看出在三个不同转速范围内，60Hz至250Hz范围内有强烈影响，其中1340rpm、1700rpm~1800rpm和2420rpm影响最大，同样，在60Hz或更小范围内的低频区域对整体声音水平的影响很小。