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文檔簡介
主要內(nèi)容23NVH理論基礎(chǔ)NVH測試及評價415NVH發(fā)展趨勢國內(nèi)現(xiàn)狀工業(yè)背景1ppt課件工業(yè)背景——接軌國際,“減振降噪”蓄勢待發(fā)
NVH(Noise、Vibration、Harshness)技術(shù)已經(jīng)在航空、航天、汽車等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,但在工程機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用還比較少。隨著工程機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展,NVH已經(jīng)成為評價工程機(jī)械品質(zhì)的最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。國際上各大工程機(jī)械廠商如Cat,JohnDeere,Komatsu,Kubota,Doosan等對NVH進(jìn)行了深入的研究。國內(nèi)對NVH的研究基本處于剛開始的階段。噪聲、振動與舒適性三者密切相關(guān)。既要減小振動,降低噪聲,又要提高乘坐舒適性。
與節(jié)能、再制造、混合動力和不斷更新的排放標(biāo)準(zhǔn)相比,減振降噪似乎算不上行業(yè)熱衷的詞匯。然而,減振降噪研究的技術(shù)含量和重要程度并不亞于其它任何一項研究。2012年1月1日,GB16710-2010《土方機(jī)械噪聲限值》正式實施。
2ppt課件國內(nèi)現(xiàn)狀徐工山推廈工柳工三一加速國際化——工程機(jī)械減振降噪進(jìn)行時山重建機(jī)3ppt課件振動基礎(chǔ)——概念振動:簡單的說,是一種往復(fù)類型的運(yùn)動,是自然界及工程上一種普遍存在的運(yùn)動方式。振動的嚴(yán)格定義:機(jī)械或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在其平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動,并隨時間變化的運(yùn)動。機(jī)械振動:指機(jī)械系統(tǒng)的振動。振動??
機(jī)械振動4ppt課件振動基礎(chǔ)——振動舉例心臟的搏動、耳膜和聲帶的振動等汽車、火車、飛機(jī)及機(jī)械設(shè)備的振動各種動力機(jī)械的振動控制系統(tǒng)中的自激振動家用電器、鐘表的振動聲、光、電、磁的波動等大海波濤橋梁和建筑物在陣風(fēng)或地震激勵下的振動5ppt課件振動基礎(chǔ)——振動的有害面影響精密儀器設(shè)備的功能;降低機(jī)械加工的精密度和光潔度;加劇構(gòu)件的疲勞損壞和磨損;振動甚至使結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形而破壞;機(jī)翼的顫振,機(jī)輪的擺振和航空發(fā)動機(jī)的異常振動,曾多次造成飛行事故;車船和飛機(jī)的振動惡化了乘載條件;強(qiáng)烈的振動噪聲還可以形成嚴(yán)重的公害。6ppt課件振動基礎(chǔ)——振動災(zāi)害舉例1部隊經(jīng)過橋梁時不能齊步走,為了避免橋因共振而坍塌7ppt課件振動基礎(chǔ)——振動災(zāi)害舉例21940年11月7日美國Tocama
懸索橋風(fēng)毀事故。8ppt課件振動基礎(chǔ)——振動的利用與控制
琴弦振動;
通信、廣播等;振動沉樁、振動拔樁
以及振動搗固等;振動檢測;振動壓路機(jī);振動給料機(jī);振動成型機(jī)振動篩等。9ppt課件振動基礎(chǔ)——往復(fù)作用力產(chǎn)生機(jī)械振動
船將搖動因為波浪對其施加一個往復(fù)的力——某種模式的反復(fù)施加的力。許多振動都因類似于那種引起船搖動的往復(fù)力而起,像這樣的往復(fù)力作用于機(jī)器部件會引起機(jī)械振動。引起機(jī)械振動的往復(fù)力來自那里呢?10ppt課件振動基礎(chǔ)——往復(fù)作用力產(chǎn)生機(jī)械振動偏心旋轉(zhuǎn)不對中旋轉(zhuǎn)內(nèi)力11ppt課件振動基礎(chǔ)——松動加劇機(jī)械振動
機(jī)械零件的松動引起機(jī)械振動。如果零件變得松動,那些原本可以容忍的正常振動可能變得不能約束并且過大。12ppt課件振動基礎(chǔ)——共振引起機(jī)械振動機(jī)器傾向于以某個速率振動。如果一臺機(jī)器被一往復(fù)力推動,且該力的節(jié)奏與機(jī)器的固有振動速率相匹配將會發(fā)生什么呢?13ppt課件振動基礎(chǔ)——振動系統(tǒng)分類振動系統(tǒng)(按自由度劃分)離散系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)(按參量劃分)定則系統(tǒng)常參量系統(tǒng)變參量系統(tǒng)隨機(jī)系統(tǒng)各力是否為線性線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)14ppt課件振動基礎(chǔ)——離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)由集中參數(shù)元件組成?;镜募袇?shù)元件有三種:質(zhì)量、彈簧與阻尼器。
質(zhì)量(包括轉(zhuǎn)動慣量)模型只具有慣性。
彈簧(線性)模型只具有彈性,本身質(zhì)量可忽略不計。
阻尼器(線性)模型既不具有慣性,也不具有彈性,它是耗能元件,在有相對運(yùn)動時產(chǎn)生阻力。連續(xù)系統(tǒng)是由彈性體元件組成。如桿、梁、板、殼。15ppt課件振動基礎(chǔ)——振動系統(tǒng)的自由度數(shù)確定一個振動系統(tǒng)空間位置所需的獨立坐標(biāo)個數(shù),稱為自由度。彈性體可以看作由無數(shù)質(zhì)點組成,各個質(zhì)點之間有著彈性連接,只要滿足連續(xù)性條件,各個質(zhì)點的任何微小位移都是可能的。因此,一個彈性體有無限多個自由度。16ppt課件振動基礎(chǔ)——振動問題分類系統(tǒng)(輸入)激勵(輸出)響應(yīng)第一類:已知激勵和系統(tǒng),求響應(yīng)。稱為響應(yīng)計算(分析)或正問題。
第二類:已知激勵和響應(yīng),求系統(tǒng)。稱為系統(tǒng)識別或參數(shù)識別,又稱為第一類逆問題。
第三類:已知系統(tǒng)和響應(yīng),求激勵。稱為載荷識別(振動環(huán)境預(yù)測),又稱為第二類逆問題。
17ppt課件振動基礎(chǔ)——振動系統(tǒng)描述
求解振動問題的主要目的是要確定在任何給定時刻系統(tǒng)的位移、速度、加速度等。單自由度系統(tǒng)是振動研究中最簡單的一類系統(tǒng),僅用一個坐標(biāo)就可以確定該類系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)。18ppt課件振動基礎(chǔ)——振動系統(tǒng)描述根據(jù)牛頓第二定律:單自由度系統(tǒng)振動方程的一般形式:19ppt課件振動基礎(chǔ)——無阻尼單自由度自由振動無阻尼單自由度系統(tǒng)自由振動:求解:其中:20ppt課件振動基礎(chǔ)——無阻尼單自由度自由振動簡諧振動:周期振動:21ppt課件振動基礎(chǔ)——無阻尼單自由度自由振動簡諧振動:22ppt課件振動基礎(chǔ)——無阻尼單自由度自由振動振動方向相同的簡諧振動合成:兩個同頻率簡諧振動的合成兩個不同頻率簡諧振動的合成兩個頻率十分接近的簡諧振動合成
23ppt課件振動基礎(chǔ)——無阻尼單自由度自由振動振動方向相互垂直的簡諧振動合成:
同頻率兩個簡諧振動在同一平面內(nèi)沿相互垂方向直合成后的運(yùn)動軌跡一般為橢圓,頻率不同時合成后的運(yùn)動軌跡較為復(fù)雜。當(dāng)頻率之間存在一定比例關(guān)系時,合成后的運(yùn)動軌跡呈現(xiàn)出穩(wěn)定的有規(guī)律的結(jié)果。借助于雙線示波器我們可以觀察到這些有趣的圖形,這些圖形被稱為李薩育圖。24ppt課件振動基礎(chǔ)——有阻尼單自由度自由振動有阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動:阻尼比:過阻尼(ζ>1):25ppt課件振動基礎(chǔ)——有阻尼單自由度自由振動臨界阻尼(ζ=1):欠阻尼(0<ζ<1):26ppt課件振動基礎(chǔ)——單自由度系統(tǒng)的受迫振動受簡諧力作用的單自由度系統(tǒng)的振動:27ppt課件振動基礎(chǔ)——單自由度系統(tǒng)的受迫振動頻率比:共振頻率比:28ppt課件振動基礎(chǔ)——振動的隔離力傳遞率:29ppt課件振動基礎(chǔ)——振動的隔離振動的隔離:30ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念
波動是振動在介質(zhì)中的傳播。1.波動產(chǎn)生的原因:介質(zhì)中各個質(zhì)點間相互力學(xué)作用:拉壓應(yīng)力或剪切應(yīng)力。2.波動函數(shù)可通過質(zhì)點受力分析導(dǎo)出波動函數(shù):其中:x——某質(zhì)點距振源的距離
c——聲速一、波動31ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念二、聲波種類按振動方向分類
(1)縱波:介質(zhì)的振動方向與波的傳播方向一致。振動方向傳播方向力學(xué)原理:靠介質(zhì)的拉或壓應(yīng)力傳播振動存在介質(zhì):固體、液體、氣體均可傳播縱波32ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念(2)橫波:介質(zhì)的振動方向與波的傳播方向垂直
力學(xué)原理:靠介質(zhì)中的剪切應(yīng)力傳播振動。存在介質(zhì):固體
注:空氣中只存在縱波。
振動方向傳播方向33ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念2.按波振面分類(1)概念
波振面:所有振動相位相同的點構(gòu)成的面(客觀存在)聲線:沿傳播方向與波振面垂直或正交的一系列直線(假想線)聲源波振面聲線34ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念(2)聲波按波振面分類球面波:波振面為球面,點聲源產(chǎn)生;柱面波:波振面為柱面,線聲源產(chǎn)生;平面波:波振面為平面,平面聲源產(chǎn)生;注:當(dāng)距離聲源足夠遠(yuǎn)時,所有聲波均可視為平面波。35ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念三、聲音的頻率、波長、振幅1.頻率f:單位Hz(1/秒)
人耳可聽頻率范圍:20~20000Hz
次聲波:低于20Hz
超聲波:高于20000Hz2.波長λ:人耳可聽波長范圍:0.17mm~17m3.振幅ξ0:介質(zhì)質(zhì)點振動時離開平衡位置的最大距離
痛閾振幅:1.7×10-3cm
聽閾振幅:1.7×10-9cm
分子直徑:10-8cm
人耳能分辨小于分子直徑的振動,及其靈敏。36ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念四、聲壓(*)1.聲壓定義p:聲波擾動引起介質(zhì)壓強(qiáng)的變化量。
p=p聲-p靜其中:p聲——聲音存在時介質(zhì)壓強(qiáng)
p靜——無聲音時介質(zhì)壓強(qiáng)聲壓單位:帕(Pa)
說明:聲壓易于測量,人耳感受的也是聲壓,所以聲學(xué)中一般用聲壓p替代振幅ξ來描述聲音的強(qiáng)弱。37ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念2.用聲壓表示的波動函數(shù)3.有效聲壓pe
人耳不能感覺聲壓的瞬時起伏,只能感受聲壓的有效值,即聲壓對時間的均方值。說明:聲學(xué)所談聲壓一般是指有效聲壓。38ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念4.人耳對聲壓的感受范圍聽閾聲壓:2×10-5Pa
痛閾聲壓:20Pa
說明:
(1)人耳感受聲壓范圍很大:最大最小相差106(百萬)倍;(2)大氣壓為105Pa,可聽聲壓為大氣壓的1/50億~1/5000,說明聲音引起的氣壓變化非常小。39ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念五、聲能密度1.聲能密度定義
聲場中單位體積介質(zhì)中聲能,用D表示,單位為J/m3。2.平均聲能密度
聲場中每一位置的聲能密度隨時間變化,取一個周期內(nèi)的平均值為平均聲能密度。3.聲能密度計算公式40ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念六、聲強(qiáng)1.聲強(qiáng)定義
單位時間通過垂直于聲波傳播方向的單位面積的聲能在一個振動周期內(nèi)的平均值,用I表示。單位面積聲能傳播方向聲強(qiáng)I
聲強(qiáng)是矢量,單位為W/m2。41ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念
2.聲強(qiáng)與聲能密度及聲壓關(guān)系聲強(qiáng)與有效聲壓的平方成正比人耳所能感受到的最小聲強(qiáng)為:10-12W/m2.42ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念單位時間穿過某一平面或曲面總聲能量。七、聲功率43ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——基本概念
穿過波振面的聲功率可直接用面積乘以聲強(qiáng)。指向均勻點聲源功率:聲強(qiáng)均勻的平面波功率:44ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級為什么引入聲級?
人耳所能感受到的最小的聲壓2×10-5Pa,痛閾聲壓20Pa,相差上百萬倍,變化范圍大,直接用聲壓或聲強(qiáng)表示不方便;此外人耳感受到的聲音的強(qiáng)度并不與聲壓或聲強(qiáng)成正比,而是近似于對數(shù)關(guān)系,為此引入一個成倍比關(guān)系的對比兩——“聲級”表示聲音的相對強(qiáng)弱。45ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級一、聲壓級聲壓級定義:其中:pe0——參考聲壓,2×10-5Pa,是人耳所能聽到的1000Hz最小聲壓。又有:聲壓級單位:分貝(dB——decibel)46ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級說明:a.人耳正常聽力范圍:0~120dBb.人耳對聲音強(qiáng)弱的分辨能力為0.5dB.即當(dāng)聲壓增加0.06倍后,人耳才能分辨其差別。47ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級二、聲強(qiáng)級1.聲強(qiáng)級定義:其中:I0為參考聲強(qiáng)級,10-12W/m2,人耳能聽到的最小的聲強(qiáng)。2.聲強(qiáng)級與聲壓級關(guān)系:在38.9℃,空氣ρc=400Pas/m,ΔL=048ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級三、聲功率級1.聲功率級定義W——聲源功率或穿過某一界面的總功率W0——參考功率,10-12W49ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級三、聲功率級(續(xù))2.聲功率級與聲強(qiáng)級的關(guān)系對于指向性均勻的點聲源:說明:距離聲源每增加一倍,聲強(qiáng)級衰減6dB.
這一結(jié)論是否適合指向不均勻的點聲源?50ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級四、聲級加法兩個70dB的聲音疊加后是多少分貝?1.兩個聲級的疊加(公式法)51ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級例題1:車間一臺機(jī)器噪聲為100dB,另一臺機(jī)器噪聲為85dB,求兩臺機(jī)器同時開機(jī)時噪聲分貝數(shù)?解:例題2:車間兩臺機(jī)器噪聲為85dB,求兩臺機(jī)器同時開機(jī)時噪聲分貝數(shù)?解:52ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——聲級ΔLp012345678ΔL′p3.02.52.11.81.51.21.00.80.6ΔLp91011121314151617ΔL′p0.50.40.30.30.20.20.10.10.0852.兩個聲級的疊加(查表法)(續(xù))53ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程一、頻譜
1.頻譜定義
聲音依照頻率的聲強(qiáng)(或聲級)分布稱為頻譜。包含兩各方面的信息:聲音所含頻率;相應(yīng)各個頻率的能量或聲強(qiáng)。
2.頻譜圖
以頻率為橫坐標(biāo),以聲強(qiáng)(級)為縱坐標(biāo)所表示的頻譜。54ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程
p(聲壓)X(距離)
p(聲壓)X(距離)
p(聲壓)X(距離)f(Hz)LI(dB)LI(dB)f(Hz)LI(dB)f(Hz)各種聲音頻譜55ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程二、頻程(頻帶)1.頻程(頻帶)定義
絕大多數(shù)聲音含多個頻率或是連續(xù)譜,無論從理論分析還是實際測量來講,把每個頻率的聲音的聲強(qiáng)都加以考查不方便,也不現(xiàn)實,為此,把連續(xù)頻率分成頻段,每一個頻段稱作頻程或頻帶。有了頻程或頻帶之后,不再考查每個頻率的聲強(qiáng)或聲級,而是把整個頻程內(nèi)所有頻率聲波的綜合聲強(qiáng)或聲級作為考查研究對象。
56ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程2.頻程劃分方法
a.等寬頻程:Δf=f上限-f下限=常量
用于聲音的窄帶精細(xì)分析,使用較少。
b.倍頻程(倍頻帶):二、頻程(頻帶)倍頻程分類:1/1倍頻程;
1/2倍頻程;
1/3倍頻程57ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程二、頻程(頻帶)(續(xù))3.
1/1倍頻程
1/1倍頻程簡稱倍頻程,頻程劃分時上下限頻率比值為21/1
。每個頻程(頻帶),用一個中心頻率來代表該頻程:注:通過1/1倍頻程劃分方法,將可聽頻率范圍(20~20000Hz)劃分為10個頻程(頻帶)。上下限與中心頻率關(guān)系:58ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程倍頻程劃分說明:
倍頻程的劃分方案除了確定頻程上下限頻率倍數(shù)關(guān)系外,還要確定第一步頻程下限頻率或者第一個頻程的中心頻率。而實際劃分倍頻程時,為了方便和便于記憶,一般是保證中心頻率為整數(shù),如500,1000,2000Hz,在此基礎(chǔ)上反推各個頻程的上下限便可以了。59ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程1/1倍頻程劃分方案f下限
(Hz)中心頻率f0(Hz)f上限(Hz)f下限(Hz)中心頻率f0(Hz)f上限(Hz)22.331.544.57071000141444.5638914142000282889125177282840005656177250354565680001131235450070711312160002262460ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程二、頻程(頻帶)(續(xù))4.
1/2倍頻程
上下限頻率比為21/2:中心頻率:上下限與中心頻率關(guān)系:注:1/2倍頻程不是把一個1/1倍頻程分為兩個倍頻程而來的,因此,兩種倍頻程的上下限不重合。但1/2倍頻程的中心頻率要么與1/1倍頻程中心頻率重合,要么與其頻程上下限重合。61ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程1/1倍頻程1/2倍頻程f下限中心頻率f0f上限f下限中心頻率f0f上限22.331.544.526.531.537.437.4455344.563895363757590105891251771051251491511802101772503542102502972973554213545007074215005965967108411/2倍頻程劃分方案62ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程
上下限頻率比為21/3
:二、頻程(頻帶)(續(xù))5.
1/3倍頻程中心頻率:上下限與中心頻率關(guān)系:注:1/3倍頻程相當(dāng)于將每一個1/1倍頻程劃分為三個倍頻程,因此二者的上下限重合,當(dāng)然中心頻率也重合。63ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程1/1倍頻程1/3倍頻程f下限中心頻率f0f上限f下限中心頻率f0f上限22.331.544.5(44)22.3(22.4)2528(28.2)28(28.2)31.535.36(35.5)35.64(35.5)4044.9(44.7)44.5(44)6389(88)44.6(44.7)5056.1(56.2)56.1(56.2)6370.7(70.8)71.3(70.8)8089.8(89.1)89(88)12517789.1100112111(112)125140(141)142.5(141)160179.6(178)177250354(355)178200224223(224)250280(282)281(282)315353(355)64ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程各種倍頻程之間中心頻率及頻程上下限關(guān)系中心頻率f01/1倍頻程中心頻率f0中心頻率f01/2倍頻程1/3倍頻程250Hz500Hz1kHz2kHz65ppt課件聲學(xué)基礎(chǔ)——頻譜與頻程三、倍頻程頻譜圖66ppt課件NVH測試振動噪聲測試儀器67ppt課件NVH測試——信號采集從傳感器中輸出的電信號是隨時間連續(xù)變化的,這樣的信號稱為模擬信號。計算機(jī)只能對離散的數(shù)值進(jìn)行處理,因此必須將這種連續(xù)信號用一系列離散的數(shù)值點來代替,將其輸入到計算機(jī)內(nèi),此時模擬信號就轉(zhuǎn)變?yōu)榱藬?shù)字信號。對這一過程的實現(xiàn)就稱為信號采集或簡稱采樣,也稱為模-數(shù)轉(zhuǎn)換。68ppt課件NVH測試——時域和頻域任何實際的波形均可視為由若干個正弦波所合成,每一正弦分量各有其一定的頻率和幅值。從頻域研究這些波形比時域考察更為有用一些,因為它可以更好地揭示信號的所有成分。69ppt課件NVH測試——快速傅里葉變換(FFT)正弦函數(shù)的傅里葉變換,在正負(fù)頻域分別成偶對稱和奇對稱。在多數(shù)情況下,只需計及正頻域的部分。70ppt課件NVH測試——頻率范圍N個抽樣的時間記錄T,稱為數(shù)據(jù)塊尺寸或采樣周期。FFT能檢測的最低頻率等于此時間長度T的倒數(shù),即1/T。譜線之間的頻率間隔也等于1/T,譜的最高頻率等于(1/T)*(N/2)=(1/2)*(N/T)。FFT分析的頻率范圍,取決于抽樣點數(shù)N和數(shù)據(jù)塊尺寸T。要想獲得高頻特性,就需要高速的采樣頻率。
71ppt課件NVH測試——頻率混淆采樣定理:數(shù)字信號能復(fù)現(xiàn)模擬信號所需的最低采樣頻率必須大于或等于模擬信號中最高頻率的2倍,即fs≥2fN
。
試驗中,一般應(yīng)保證采樣頻率滿足:
fs>2.5~5fN
72ppt課件NVH測試——泄漏與加窗如果一正弦波在采樣時不是整周期采樣,其結(jié)果由于邊緣的不連續(xù)性,使得能量從本來的譜線處顯著地泄漏至相鄰頻域。泄漏是伴隨數(shù)字信號處理最嚴(yán)重的問題之一。73ppt課件NVH測試——泄漏與加窗要想消除或減輕信號截斷和周期化帶來的不連續(xù)問題,有兩種方法:一是保證采樣周期同步于信號整周期;二是保證在采樣周期的起點和終點處,信號的幅值均為零。后一種方法通過“加窗”來實現(xiàn),相當(dāng)于對信號作幅值調(diào)制。加不同的窗函數(shù)導(dǎo)致能量的不同分配。窗的選在依賴于輸
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