[发明专利]一种基于小波变换的非平稳排气噪声信号阶次定量提取方法

摘要

一种基于小波变换的非平稳排气噪声信号阶次定量提取方法，包括：1)通过转速脉冲信号计算转速曲线，并获得对应的时间序列；2)采用三次样条曲线对转速曲线进行平滑处理，获得光滑的转速曲线；3)建立用于相关变换计算的标准加窗小波函数；4)采用加窗小波函数对非平稳排气噪声信号进行时域相关变换，获取各阶次的时域波动信号；5)对时域阶次波动信号进行声压级变换，获取各阶次声压级曲线。本发明可克服频谱泄漏、阶次混叠等问题；简化阶次提取的过程；实现更加精准的声品质分析；各阶次分量的时域波动信号可进行自由组合，同时可转换为阶次声压级，从而为排气噪声品质的研究以及不同结构消声效果定量对比分析奠定基础。

主权项

一种基于小波变换的非平稳排气噪声信号阶次定量提取方法，其特征是包括以下步骤：步骤(1)：通过转速测量仪获得的发动机转速脉冲信号，设转速脉冲信号中出现的第i个脉冲在信号序列中的序号为sn(i)，第i个脉冲和第i+1个脉冲之间的时间间隔ΔT为：ΔT(i)＝[sn(i+1)‑sn(i)]/fs   (1)式(1)中，fs为采样频率；发动机的瞬时转速的计算公式如下：n′(t)=601z·ΔT---(2)]]>式(2)中，n'(t)为发动机转速，z为每转脉冲数；联立式(1)和式(2)计算出发动机转速曲线，发动机转速曲线上各点所对应的时间序列，由式tn＝sn(i)/fs求得；步骤(2)：采用三次样条曲线对发动机转速曲线进行平滑处理，获得光滑的发动机转速曲线n(t)；步骤(3)：通过带通滤波器构建基小波函数：实偶理想带通滤波器的频域传递函数表达式如式(3)所示：HB(f)=1(|f|∈[FL,FH])0(else)---(3)]]>理想带通频域传递函数的时域冲击响应函数表达用辛克函数来实现，如式(4)所示：hB(t)＝2FLH sinc(2FLHt)‑2FLL sinc(2FLLt)   (4)其中，FLH为理想带通滤波器上限截止频率，FLL为理想带通滤波器下限截止频率，由带通滤波器的中心频率及带宽两个参数来决定，其数学描述可用式(5)表示：FLH=fc(τ)+12wp(τ)FLL=fc(τ)-12wp(τ)---(5)]]>其中wp(τ)为带通滤波器的带宽，而fc(τ)为阶次中心频率，τ为相关比对时间系统；各阶次中心频率由步骤(2)的发动机转速曲线n(t)计算得出，如式(6)所示：fc(τ)=ϵn(τ)60,(ϵ=1,2,3,...)---(6)]]>式(6)中，ε是阶次数；联立式(4)、(5)、(6)三个公式，得到的理想带通冲激响应函数的时域表达式，如式(7)所示：h~Bϵ(t,τ)=2cos[2πϵn(τ)t/30]sin[πwp(τ)t]πt---(7)]]>步骤(4)：采用余弦窗函数对基小波函数进行截取，使其具备时域有限性；窗函数如式(8)所示：其中Wβ(t)是余弦窗函数；β是窗提升率；Tw是截取的窗宽；窗函数截取后的加窗小波函数表达式如式(9)所示：h~wBϵ(t,τ)=Wβ(t)h~Bϵ(t,τ)---(9)]]>步骤(5)通过实车测试获取加速工况下排气辐射噪声，并与获取的加窗小波函数进行时域相关变换，即可获取各阶次的时域波动信号，如式(10)所示。pϵ(τ)=∫τ-Tw/2τ+Tw/2p(t)h~wBϵ(t-τ,τ)dt---(10)]]>步骤(6)为便于阶次信号的定量对比分析，对时域阶次波动信号进行声压级变换；非平稳噪声信号的有效声压计算公式如式(11)所示：pe2(τ)=1Tp∫τ-Tp/2τ+Tp/2p~2(t)dt---(11)]]>式中pe(τ)是时变信号的有效声压，是时变波动信号，Tp代表选取的平均时间周期；声压级变换公式如式(12)所示：Ls(τ)＝10log10(pe2(τ)/p02)   (12)式中Ls(τ)代表时变声压信号的声压级，p0代表参考声压；获取的各阶次声压级曲线，为不同排气消声结构的阶次消声效果进行定量对比分析，从而有效指导消声结构的改进。