声腔的建模与传涵对标

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来源：误入CAE的程序员

作者:朱淑强

“声腔的建模与仿真对提高整车仿真精度至关重要。本文安利一篇韩国现代汽车和西门子合作研究的一篇关于声腔建模与对标的案例。通过基于声腔的模态频率、振型和传涵对标，来修正声腔建模方法，最终提高整车NVH仿真精度。”

01 概述

关于声腔建模的精度的意义就不说了，案例中首先抛出一个公式。乘员舱内的声压P可以使用以下公式来理论计算：

求得了驾驶员人耳出的声压，即得到实际的噪声大小。这里以轰鸣音为例来说明这个公式。式中：

F——动力总成传递到车身接附点的实际激励

VTF——接附点到所有与声腔耦合结构板件的振动传递函数

Area——流固耦合表面的单位面积大小，我的理解这就是指结构的激励耦合到声腔上去的一个系数

ATF——英语为Acoustic transfer function，开始我以为是类似于NTF，但其实不是，我的理解应该是在耦合板件位置处加载一个单位声压激励，人耳出得到的声压响应，即p/Q，翻译为声腔传递函数。

那么F*VTF就是所有流固耦合板件的实际激励大小，乘以流固耦合传递到声腔上去的一个系数Area，得到所有耦合板件出的声压激励大小，再乘以ATF，就能得到人耳出的声压实际响应。

所以，要想得到精确的人耳位置实际声压大小，就需要有精确的ATF——声腔传递函数，而该函数，即只与声腔的模态、振型有关，换句话说，也只与声腔的建模方法，声腔的材料属性赋值有关。那么，如何得到精确的声腔建模方法，案例中以一款三厢车seden为对象，通过以下3步进行：

第一步，采用体积声源，利用多点激励，采用实验的方法获取声腔的模态频率和振型结果，同时采集28条的ATF曲线，作为对标用实验参照；

第二步，分别对频率、振型和ATF进行仿真与实验对标。在利用ATF对标中，案例中引入了一个HIF（Hynudai Index of FRF）作为曲线对标好坏的评价指数，该指数处于0和1之间，距离1越近，与实验对标的越好。应该是现代汽车独有创造的评价方法，具体算法还未知，暂且翻译为“现代汽车传涵置信度”吧。

最后一步，通过分析评判对标的结果，修改声腔建模方法和属性赋值，得到更精确的仿真结果。

02 通过实验得到声腔的模态频率和振型

声腔的模态实验测试方法，当然需要耗费大量的实验资源，但有如此之多，我还是没有想到的。

首先，采用了12个西门子的体积声源，作为声压的激励。具体一起的规格和布点位置如下图：

有激励，当然也要有响应。实验中使用了将近500个麦克，来接受声压响应，这些麦克呈阵列排布，500个，真壮观。

同时，为了进行ATF的对标，实验中还获取了从主驾人耳和副驾人耳处到耦合板件位置处的ATF传递函数。

最后，通过一些处理手段和方法，得到的声腔模态结果和振型如下：

03 声腔模态、振型和ATF与实验对标

仿真中，采用常规建模方法，利用MSC.Nastran求得声腔的仿真结果，得到的模态频率和振型对标结果如下：

整体上来讲，仿真与实验的对标情况均大体类似，但也有一些不好的地方。从频率上来看，行李舱模态、纵向一阶、纵向二阶和垂向一阶模态频率值均与实验由差距，需要进行修正。

在振型对比上，采用MAC（modal assurance criteria）模态置信因子来评价振型的相似性。MAC结果上来看，小于100Hz的MAC均接近于1，说明100Hz下的仿真模态振型与实验几乎一模一样，但大于100Hz模态的MAC均小于0.7，尤其是在整车噪声分析中的垂向模态，也小于0.7，着就意味着这阶模态的整体精度不高。

下面分析一下ATF的对标结果。传统的FRAC——频响置信因子，对两条传涵的相似度已经不能提供合适的评价了，所以案例中引入了一个名为HIF（Hynudai Index of FRF）来评价仿真和实验的相似度。同MAC一样，HIF区间范围为0-1，越接近1，两条传涵的相似度越高。

上图为本案例中仿真与实验ATF对标的结果。可以看出，大体的走势相同，但局部的峰和谷还是没有对上，尤其是在100Hz后，对标的不太理想。28条曲线的的HIF值为0.71，这是一个对标前的一般数值。