TPA分析的几个关键名词解释

为了帮助读者更加深入地理解TPA分析，有必要对一些关键名词进行解释说明，充分理解这些名词是TPA分析的基础。

1参考
我们经常讲单参考TPA或多参考TPA，那么对于“参考”这个名词，该怎么理解？可能大多数读者都将参考理解成振动噪声的“激励源”，认为单参考TPA就是指模型中只有一个激励源，多参考TPA就是指多个激励源。这在一定程度上是错误的！

即使模型中包含多个激励源，只要所有的激励源都是相关的，也就是说不相关的激励源只有1个，那么，这属于单参考TPA。如果模型中包含多个激励源，各个激励源之间部分相关，或者完全不相关，那么，这属于多参考TPA的范畴。因此，参考一定程度上可以认为是TPA模型中不相关的激励源个数。

但更确切地说，参考是指为了确定不相关的激励源的个数，用作相位参考的信号的个数。对于单参考TPA模型，如动力总成TPA，通常取发动机顶部的单向加速度信号用作参考，只需要一个参考信号，就可以确定各个激励源之间的相位关系。多参考TPA模型中，如路噪TPA，通常需要选择多个信号（如驾驶室内部多个声压目标点信号）作为参考，以确定实际不相关的激励源的数量。

2主/被动侧（或子系统）
按悬置动刚度法进行载荷识别时，或者评价悬置的隔振效果时，传感器需要同时安装在主/被动侧，我们把悬置上发动机一侧称为主动侧，把车身的一侧称为被动侧，悬置起到了分离主动侧与被动侧的作用。因此，主动侧是指靠近激振源的这一侧，被动侧是车身这一侧。如排气系统作为激励源，那么吊耳上靠近排气的这一侧是主动侧，车身这一侧是被动侧。在这，我要把主/被动侧扩充一下到主动子系统、被动子系统。

在“源-路径-接受者”模型中，我们假设振动或噪声源可从物理上与模型中的其他系统分离，如发动机作为激励源，可认为通过悬置与车身相分离，因此，整个模型系统可分解成两部分：包含所有激励源的主动子系统和包含传递路径与接受者的被动子系统。

主动子系统如图1所示的黑色部分，包含发动机这个振动噪声源，这个激励源产生两类声音：空气声（淡绿色表示）和结构声（橙色表示）。通常振动源通过激励主动子系统与被动子系统的一些连接点作用到被动子系统上，这些载荷通常是力载荷。这些作用点是被动子系统上的点，如悬置与车身的连接点，悬架与车身连接点等，但悬置通常认为是主动子系统的一部分。噪声源可以认为是振动的表面产生噪声，如阀盖、油底壳或者各种进排气口。



图1 “源-路径-接受者”模型

被动子系统包含除了主动子系统之外的系统，如传递路径和接受者。在汽车中，被动子系统包含整个车身和底盘系统，因此，乘员舱也是被动子系统的一部分。

3空气声与结构声
空气声与结构声的区别在于传递路径的不同，空气声是指声源发出的声音直接向外辐射，在空气中（路径）进行传播，最后到达接受者的位置。结构声是指振源激励结构振动，通过结构振动引起接受者附近的结构振动，振动的结构再向外辐射噪声到达接受者的位置。如敲鼓声则属于空气声，影片中人耳贴近地面听马蹄声则属于结构声。

如图2a所示，汽车发动机作为声源或/和振动源，首先振动通过悬置引起车身地板和车顶棚振动，这些振动位置辐射的噪声直接到达接受者位置，则该声音属于结构声。另一方面，发动机作为声源，直接向空气中辐射噪声，这些噪声通过一些孔洞传递到接受者位置，则这类声音属于空气声，如图2b所示。



（a） 结构声传递示意



（b） 空气声传递示意

图2 空气声与结构声

针对汽车而言，空气声声源主要有发动机、变速器辐射的噪声，发动机附机辐射的噪声，例如水泵、发电机、风扇，进排气噪声，路噪和风噪等。空气声穿透车身吸隔声材料到达车内，或通过空洞和缝隙到达车内。
结构声的主要源有动力系统、路面激励悬架敲打车身，风噪激励起结构局部振动。结构声主要通过发动机悬置，与前壁板连接的管路、拉索，传动轴，排气系统吊耳等到达车内。如局部板结构被激励起来后，会对车内辐射噪声，会与声腔模态耦合共振，声腔模态会与噪声源的某些频率共振。

4传递路径
传递路径定义为激励源与接受者之间的传递途径。路径起始于一个结构声的激励源称为结构路径，起始于一个空气声的激励源称为空气路径。但通常，在TPA分析中，定义路径时仅仅是被动子系统的一个点，如悬置与车身的连接点。实际上，定义的这个点仅仅是路径的输入点（或起始点），这些点是主动子系统与被动子系统的连接点。主动子系统通过激励这些点，引起目标点的响应，因此，这些点是路径的输入点，TPA模型定义时仅定义这些输入点作为路径。主/被动子系统的结构连接点是结构路径的输入点，每个声源的声学中心是一个空气路径的输入点。所以，在定义TPA模型时，当把各个路径的输入点作为路径来看待。

5目标点
在“源-路径-接受者”模型中，最后一个是接受者，如乘员舱的驾驶员或乘客或振动敏感的设备正在经受振动噪声。在接受者附近位置测量这些振动噪声响应的位置称为目标点位置，简称目标点。目标点通常使用这些位置：乘员耳旁噪声、方向盘12点方向的振动、地板脚踏处的振动、座椅导轨振动、仪表盘振动和后视镜振动等。

6指示点
在使用逆矩阵法进行载荷识别时，为了求解方程的需要，须在路径附近布置额外的传感器用来测量响应，以便补充方程，我们把这些额外的测量位置称为额外的指示点。但通常指示点包括路径点和额外的指示点。如果用作补充方程的额外指示点太多，会增加测量时间；太少又会导致载荷识别结果不精确，根据经验，通常额外的指示点1倍于路径数，那么，总的指示点数是路径数的2倍。

在布置额外的指示点时，既不能太靠近路径点，又不能太远离路径点。这是因为太靠近路径点将不能提供额外的信息，而太远离路径点，其他的路径会对这个测点造成影响。同时也不能布置在一些薄弱的位置，因为这些位置将存在局部共振。

7条件数
这个概念同样来自于逆矩阵法，在对频响函数矩阵进行求逆时，用到的基本方法是奇异值分解（SVD）。条件数定义是最大的奇异值与最小的奇异值之比。条件数太大，说明原始的频响函数中包含有噪声，这些噪声在求逆之后将会变得很大，影响结果精度。因此，需要改善条件数，以获得较高的精度。比方可以去掉一些差质量的频响函数，但这时你需要在信息损失与改善条件数之间进行权衡。通常认为条件数小于100是可接受的。

8贡献量
TPA分析的最终目的就是所谓的贡献量分析，最终按照各个路径贡献量的大小进行排序，如图3所示，以确定各个路径的重要性。因此，贡献量是指在当前的载荷的作用下，各个路径在目标点处产生的响应的大小。由于响应等于频响函数乘以载荷，因此，在求得路径到目标点的频响函数和路径处的载荷之后，就可以进行贡献量分析了。



图3 贡献量排序

9主分量
在使用两个或两个以上的激振器进行模态试验时，需要通过主分量分析确定各个激振器之间的相关性。因此，主分量是指系统中主要的线性无关的分量。在多参考TPA中需要进行主分量分析，以确定所有的工况数据中有多少个主要的线性无关的分量，也就是所谓的主分量。然后对每个主分量进行单参考TPA分析，最后才叠加回去得到多参考TPA分析的结果。因此，可以认为每个主分量对应一个线性无关的“虚拟”激励源，用单参考TPA来分析这个虚拟的激励源。因此，主分量是指解耦的线性无关的分量。