基于速度传递函数传函的噪声源分离方法研究

    为了有效躲避声纳探测和水中兵器攻击，舰船声隐身性能受到世界各军事强国的重视，而提高声隐身性能首先需要开展噪声源分离工作，以分清各噪声源的主次，定量探寻出影响声隐身性能的主要障碍，为下一步噪声振动控制指明方向［1 －4］。

    目前应用在舰船噪声源分离领域的方法主要有分部运转法、时历分析法、相干/偏相干分析法、频率比较法等传统方法，以及近几年发展起来的基于工作状态输入/输出谱分析的 OPA( operate path analysis) 法、VSA( virtual source analysis) 法［5 －6］。上述各种方法在分离相互独立噪声源时效果显著，但将其用于相干源分离将无法确保分离结果的正确性［6］，而现代舰船是一种设备密集、声源众多的大型复杂结构，沿不同路径传递的噪声源之间具有很强的相干性，例如沿设备支撑路径和非支撑路径传递的噪声源之间相干系数往往接近于 1。目前解决此类噪声源分离较为有效的方法是近年来在汽车噪声源研究领域发展起来的传递路径分析方法( Transfer Path Analysis，TPA)［7 －8］。

    TPA 法是一种基于频响函数的噪声源分离方法，它需要确定噪声源处的激励力。当噪声源数目较多时，不论采用复刚度法还是采用导纳矩阵求逆法，激励力的确定将异常繁琐且难以保证精度［9 －11］，这势必造成噪声源分离效率的低下，而激励力的估算误差也将直接影响分离结果的准确度。为此我们提出一种基于速度传函的噪声源分离方法( 以下简称 VTF 法) ，该方法去除了繁琐的激励力确定环节，可大幅提高分离效率。本文先从理论上推导两种方法的内在联系，并指出其在工程应用中的注意事项，并通过实验验证相关结论的正确性。

    1 TPA 法与 VTF 法的基本原理

    TPA 方法的基本原理是: 工作状态下评估点处的振动速度等于其与各噪声源之间频响函数和工作状态下各噪声源处激励力乘积的叠加［11］，即:

    式中: r( ω) 为评估点在工作状态下的速度 ( m/s) ;为评估点与噪声源之间的频响函数 ( m/s/N) ;fwi( ω) 为工作状态下第 i 噪声源处的激励力 ( N) 。

    则第 i 个噪声源对评估点的贡献量为 ，通过计算不同噪声源的贡献，即可实现噪声源定量排序与分离。

    本文所提的 VTF 方法认为工作状态下的响应点处振动速度可用其与各噪声源之间速度传函和工作状态下各噪声源处振动速度乘积的叠加表示，即:

    式中: r( ω) 为评估点在工作状态下的速度 ( m/s) ;为评估点与噪声源之间的速度传函; vwi( ω) 为工作状态下第 i 噪声源处速度 ( m/s) 。