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齿轮噪声解调分析新方法及其音质主观评价体系的研究

朱革  
【摘要】: 噪声污染问题是当今社会特别关注的重大环境问题。有关噪声的分析与控制关系到环境保护,关系到生活质量与身心健康,关系到工业产品的竞争力,关系到国防与尖端产品的质量、寿命、可靠性与精度,以至关系到对人类心理生理奥秘的探索,因此,各国都投入了大量的人力、物力和财力来进行研究。 我们知道,解决噪声和振动问题的根本在于对声源的研究,所以关键问题在于研究机器运转时的发声机理,诊断出设备中主要的易于解决的声源,然后进行控制。目前虽然关于噪声问题的研究者众多,也已取得大量研究成果,但大家都是从降低噪声分贝数的角度考虑的,主要反映的是对人耳听力的损伤以及对正常听闻的影响,而未能准确反映噪声对人的心理、生理产生何种程度的影响。但在目前越来越强调生活质量的社会里,人们对声质量的要求越来越高,在许多场合声音质量比声音的强弱更为重要,这就要求我们要找到一种基于人耳听觉特性的反映声质量的所谓主观评价指标和体系,以便为最终的声质量控制提供更具体的评判依据。 本项研究由国家教育部重点研究项目:“噪声全息可视化测量分析系统的研究”,重庆市教委科技项目:“变速箱噪声和谐化测控新方法的研究”的支持。作者作了大量的理论研究和相应的实验研究工作。研究的对象是齿轮噪声。研究路线是:齿轮噪声产生机理及特性→故障诊断(识别主声源)→降噪→人耳听觉特性→声质量评价模型。 本文的主要研究内容如下: (1)分析齿轮噪声的产生机理及其特有的调制特性,为后面的故障诊断和主观评价打下基础。 (2)对现有解调分析的局限性进行分析,并提出相应的解决或优化方法。 (3)在对解调分析的局限性进行充分研究分析后,首次提出了一种新的优化解调算法模型——能量算子优化解调算法。通过实验与已有的经典算法——希尔伯特解调技术从精度、灵敏度、抗干扰度、复杂度等多方面进行了对比研究。 (4)在分析音乐和谐机理——“两音的频率比愈是简单的整数关系则两音愈具有和谐的关系”的基础上,创造性地提出了“多级齿轮传动尽量平均分配传动比”的和谐化观点;同时通过实验提出了齿轮传动中应尽量避免齿轮轴转频4Hz的和谐化观点,为齿轮传动的设计提供了指导性的参考。 (5)从生理声学和心理声学的角度研究了人耳对声音的传递机理和感觉机理,首次提出了基于人耳感觉特性的声音质量主观评价模型:尖锐度指标——基 WP=5 于1/3倍频程的能量重心法,并通过主观评价实验——“成对比较法”对模型进行了验证。为声音评价标准从客观标度转变到主观感觉作出了探索性的研究,为以后的产品声质量设计打下基础。 (6)研制了多功能实验台,开发了信号分析软件,用新的解调方法对齿轮故障进行诊断。并将多种工况下噪声的实际感觉和声质量主观评价模型的计算结果进行对比研究。 总之,本文在理论研究的基础上,通过大量的仿真和实际实验,验证了能量算子优化解调算法理论和基于1/3倍频程的能量重心法理论。为目前的机械噪声研究从单纯的降噪过渡到更高级的声音质量控制迈出了重要的一步。


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