車(chē)輛關(guān)門(mén)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法的研究

藺磊，顧彥，藺玉輝，閆兵

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展， NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能開(kāi)發(fā)已不僅僅局限于降低產(chǎn)品的噪聲和振動(dòng)，而是應(yīng)該進(jìn)一步提高車(chē)輛品質(zhì)，使其能夠滿足客戶的心理需求。其中，作為車(chē)輛NVH特性的第一印象，關(guān)門(mén)聲品質(zhì)就有著非常重要的意義，直接影響著客戶對(duì)整車(chē)品質(zhì)的評(píng)價(jià)。所以，國(guó)內(nèi)外許多汽車(chē)廠商都投入了大量的成本來(lái)提高汽車(chē)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)[1-3]。

目前，在關(guān)門(mén)聲客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)方面，一般采用峰值響度和峰值尖銳度，但是對(duì)于振顫、異響等現(xiàn)象仍要基于時(shí)頻圖進(jìn)行分析判斷，還沒(méi)有相應(yīng)的量化模型[4]。本文在尖銳度隨時(shí)間變化曲線的基礎(chǔ)上，提出了以尖銳度溢值代替峰值尖銳度作為關(guān)門(mén)聲的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，認(rèn)為其能更好地反映時(shí)頻圖的信息，并通過(guò)12個(gè)車(chē)輛關(guān)門(mén)聲的客觀測(cè)量分析和主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)加以分析驗(yàn)證。

1 關(guān)門(mén)聲的傳統(tǒng)客觀評(píng)價(jià)方法

1.1 關(guān)門(mén)聲的采樣

為避免背景噪聲的影響，車(chē)輛關(guān)門(mén)聲的采樣應(yīng)在半消聲室內(nèi)進(jìn)行。關(guān)門(mén)聲采樣過(guò)程中，測(cè)試設(shè)備的安放位置應(yīng)模擬人體所處的感受位置。車(chē)外測(cè)點(diǎn)通常選取距離車(chē)身1 m、高度1.6 m的位置，車(chē)內(nèi)則選取駕駛員或副駕駛的位置。關(guān)門(mén)速度一般采用等關(guān)門(mén)速度或等關(guān)門(mén)力度進(jìn)行控制?？紤]到車(chē)輛型號(hào)、車(chē)門(mén)重量、密封條等差異，實(shí)際關(guān)門(mén)力的差異會(huì)非常大，所以本文建議采用等關(guān)門(mén)速度對(duì)不同車(chē)輛的關(guān)門(mén)聲進(jìn)行對(duì)比分析。

此外，由于人體會(huì)改變聲場(chǎng)特性，從而影響到人耳對(duì)聲源的感知，所以需要使用仿真頭來(lái)模擬人耳的聽(tīng)覺(jué)效果進(jìn)行錄音。這樣，在聲信號(hào)重放和客觀分析時(shí)，才能獲得很好的逼真度和立體聲效果[5]。

1.2 峰值響度、峰值尖銳度

目前，研究關(guān)門(mén)聲品質(zhì)，常用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)有聲壓級(jí)、峰值響度和峰值尖銳度等。其中，響度和尖銳度是用以反映人對(duì)聲音感知的心理聲學(xué)參數(shù)，能夠更好地反映人對(duì)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的偏好性。

響度是衡量聲音強(qiáng)度的心理聲學(xué)參數(shù)，單位為Sones，計(jì)算方法可參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 532B。本文中采用的計(jì)算方法為Head Artemis軟件中的Filter / ISO 532B計(jì)算方法。

尖銳度是評(píng)價(jià)聲音信號(hào)中高頻成分主觀感受的心理聲學(xué)參數(shù)，單位為Acum。目前尖銳度仍沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算方法，但一般都是基于特征頻帶響度進(jìn)行積分。本文采用的計(jì)算方法為Aures所提出的計(jì)算方法。

經(jīng)研究表明，主觀評(píng)價(jià)好的車(chē)輛關(guān)門(mén)聲有著共同的客觀特征，各客觀評(píng)價(jià)參數(shù)（響度、尖銳度）數(shù)值均較小。

1.3 時(shí)頻圖

除了采用峰值響度和峰值尖銳度對(duì)關(guān)門(mén)聲進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)外，通常還需要采用時(shí)頻圖對(duì)振顫、異響等現(xiàn)象進(jìn)行分析，相應(yīng)的分析方法有傅立葉變換或小波分析等。

Hamilton等人根據(jù)研究提出，主觀評(píng)價(jià)好的關(guān)門(mén)聲，其時(shí)頻圖應(yīng)包含以下特征[6]：（1）初始沖擊的時(shí)間應(yīng)保持在一定時(shí)間范圍內(nèi)，約0.1 s左右。（2）聲信號(hào)中的高頻成分應(yīng)較少。（3）低頻段的聲信號(hào)應(yīng)持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，約0.4 ～0.5 s左右。Blommer等人在分析視頻圖的基礎(chǔ)上，提出可以通過(guò)分析響度隨時(shí)間的曲線，對(duì)車(chē)門(mén)關(guān)門(mén)聲多次沖擊現(xiàn)象加以分析[7]。

盡管基于時(shí)頻圖，可以對(duì)鳴鈴、異響等現(xiàn)象加以分析判斷，但由于沒(méi)有相應(yīng)的量化模型，所以在車(chē)門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化等應(yīng)用中存在著許多不足。所以建立相應(yīng)的分析模型，對(duì)車(chē)輛關(guān)門(mén)聲等瞬態(tài)沖擊噪聲的聲品質(zhì)研究具有重要意義。

表1 調(diào)查對(duì)象

2 尖銳度溢值

2.1 調(diào)查對(duì)象

為研究車(chē)輛關(guān)門(mén)聲客觀測(cè)試數(shù)據(jù)與主觀評(píng)價(jià)之間的關(guān)系，本文選取了市場(chǎng)上較為常見(jiàn)的不同車(chē)系、不同品牌的多款車(chē)型，見(jiàn)表1。

采樣試驗(yàn)在半消聲室內(nèi)（背景噪聲低于1 Sone）進(jìn)行，關(guān)門(mén)速度均為1.2 m/s，使用的設(shè)備為Head HMS III仿真頭。為簡(jiǎn)化樣本數(shù)量，本文僅對(duì)各車(chē)型左前門(mén)(駕駛員位置)的車(chē)外關(guān)門(mén)聲進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。圖1和圖2分別為通過(guò)分析所得的各車(chē)輛關(guān)門(mén)聲的峰值響度和峰值尖銳度。從圖中可以看出，雖然各車(chē)輛在價(jià)格、級(jí)別和車(chē)型之間差異很大，但峰值響度和峰值尖銳度之間差異并不大，不超過(guò)30%。

2.2 尖銳度隨時(shí)間的衰減曲線

尖銳度隨時(shí)間的衰減曲線可以反映出時(shí)頻圖中對(duì)應(yīng)的各種信息。若低頻成分衰減較快，主觀感覺(jué)關(guān)門(mén)聲不夠厚實(shí)，尖銳度會(huì)較快地上升至背景噪聲的水平。若存在鳴鈴和異響等現(xiàn)象，由于某些頻率的聲音未能單調(diào)衰減，尖銳度隨時(shí)間的衰減過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)和短暫上升的現(xiàn)象。所以尖銳度隨時(shí)間的衰減曲線比峰值尖銳度更能夠反映關(guān)門(mén)聲各方面的特點(diǎn)。

圖3為某車(chē)門(mén)尖銳度隨時(shí)間的變化曲線。關(guān)門(mén)開(kāi)始前，此時(shí)背景噪聲非常低，但反映聲信號(hào)頻率成分分布的尖銳度數(shù)值卻較高，約1.5 Acum左右。初始沖擊時(shí)，尖銳度上升至峰值；在衰減過(guò)程中，由于高頻成分衰減快，低頻成分衰減慢，尖銳度逐步降低。隨著關(guān)門(mén)聲信號(hào)進(jìn)一步降低，尖銳度逐步又上升至背景噪聲的水平。

2.3 參考曲線的提出與溢值的計(jì)算

基于以上分析，本文提出了尖銳度隨時(shí)間的參考曲線，方法如下。

（1）將響度為5 Sone做為關(guān)門(mén)聲的起始時(shí)間，并列出各車(chē)型尖銳度隨時(shí)間的衰減曲線，如圖4所示。

（2）去除波動(dòng)較大的衰減曲線 (尖銳度隨時(shí)間衰減的曲線存在鼓包的車(chē)型，其主觀評(píng)價(jià)均較差；而主觀評(píng)價(jià)較好的車(chē)型，其尖銳度隨時(shí)間衰減的曲線特點(diǎn)比較一致。這一點(diǎn)在下文的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證)。

（3）將較好的車(chē)輛關(guān)門(mén)聲衰減曲線均值或擬合曲線做為參考曲線。

（4）將各曲線與參考曲線相比較（僅計(jì)算參考曲線以上的積分面積），得出各車(chē)型關(guān)門(mén)聲的尖銳度溢值。

3 客觀測(cè)試數(shù)據(jù)與偏好性之間的關(guān)系

3.1 主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

理想的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)應(yīng)該是讓評(píng)價(jià)人員在特定的環(huán)境中對(duì)真實(shí)的關(guān)門(mén)聲做評(píng)價(jià)，但由于條件限制，本文的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)是讓評(píng)價(jià)人員在試驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)聲信號(hào)回放設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用的回放設(shè)備為Head PEQ V和HD600耳機(jī)。通過(guò)回放設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以避開(kāi)視覺(jué)和觸覺(jué)的影響，且可以對(duì)各信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，試驗(yàn)重復(fù)性好，但聲信號(hào)回放時(shí)可能存在一定程度的失真[8]。

共有17人參與了主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，均為熟悉評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)方法的工程師，無(wú)聽(tīng)力障礙。評(píng)價(jià)過(guò)程中，評(píng)價(jià)人員不被告知相應(yīng)的車(chē)輛信息，以避免品牌信息的干擾。評(píng)分方法采用以評(píng)分法和語(yǔ)義微分法為基礎(chǔ)的等間隔直接單尺度評(píng)分法。為了驗(yàn)證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，同一組評(píng)價(jià)人員采用同樣的試驗(yàn)方法進(jìn)行了兩次相互獨(dú)立的重復(fù)性試驗(yàn)。

主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)后，根據(jù)重測(cè)信度和評(píng)分者信度剔除了5名評(píng)價(jià)者的數(shù)據(jù)。誤判數(shù)據(jù)剔除后，重測(cè)信度超過(guò)了0.75，評(píng)分者信度超過(guò)了0.8，屬于可接受的信度范圍，可以認(rèn)為本主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)是合理可靠的。

3.2 客觀數(shù)據(jù)與偏好性

圖5和圖6分別給出了峰值響度和峰值尖銳度與偏好性之間的相關(guān)性。從圖中可以看出，峰值響度和偏好性的相關(guān)性較高。而峰值尖銳度和偏好性之間卻沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，根據(jù)孟子厚等人的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)認(rèn)為優(yōu)異的關(guān)門(mén)聲應(yīng)該厚實(shí)低沉，所以僅通過(guò)峰值尖銳度不能夠反映出關(guān)門(mén)聲厚實(shí)低沉等特點(diǎn)，即尖銳度不僅要在碰撞初始階段數(shù)值較小，還要在衰減過(guò)程中能夠單調(diào)下降，并持續(xù)一段時(shí)間。

故可以借助上面討論的尖銳度溢值作為衡量關(guān)門(mén)聲的客觀評(píng)價(jià)量，并分析其與偏好性之間的相關(guān)性，如圖7所示。

由圖7可以看出，尖銳度溢值與關(guān)門(mén)聲偏好性的相關(guān)性達(dá)0.81，明顯高于峰值響度和峰值尖銳度與關(guān)門(mén)聲偏好性之間的相關(guān)性，且由于尖銳度溢值包含峰值尖銳度信息，所以尖銳度溢值可以代替峰值尖銳度，能夠更好地做作為評(píng)價(jià)車(chē)輛關(guān)門(mén)聲的客觀評(píng)價(jià)量。

此外，雖然尖銳度溢值與主觀評(píng)價(jià)偏好性的相關(guān)性較好，但在主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，通過(guò)評(píng)分者前后評(píng)分的一致性和評(píng)分者之間的一致性發(fā)現(xiàn)，評(píng)分者的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)存在一定的波動(dòng)，個(gè)體之間的差異也較大。所以在實(shí)際應(yīng)用中，建議將響度和尖銳度溢值均設(shè)定成一定的推薦范圍，用以對(duì)關(guān)門(mén)聲進(jìn)行評(píng)級(jí)，而不是在回歸模型的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單地根據(jù)分值來(lái)衡量車(chē)輛關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的好壞。

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析車(chē)輛關(guān)門(mén)時(shí)尖銳度隨時(shí)間的衰減曲線，提出了以尖銳度溢值代替峰值尖銳度做為衡量關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)參數(shù)。通過(guò)車(chē)輛關(guān)門(mén)聲的客觀測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，尖銳度溢值能夠更好地反映關(guān)門(mén)聲時(shí)頻圖中信號(hào)變化的信息，與主觀偏好性之間的相關(guān)性較高，可以在關(guān)門(mén)聲客觀評(píng)價(jià)中代替尖銳度。

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