變速器聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法研究

張教超， 強(qiáng)登科，莫詩婕

(陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司,陜西西安 710119)

0 引言

隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)商用車的要求已不僅僅是皮實(shí)耐用，對(duì)舒適性的要求也在不斷提高。而過去十幾年，隨著汽車NVH技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、風(fēng)噪、路面噪聲得到了良好的控制，從而使得變速器的噪聲在車內(nèi)噪聲中逐步凸顯出來。

目前，針對(duì)變速器噪聲性能，主要采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)來評(píng)價(jià)，但是在變速器聲壓級(jí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且無異響的條件下，變速器依然會(huì)發(fā)出讓人不舒服的聲音。A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)僅僅是一個(gè)客觀物理量，而客戶在評(píng)價(jià)變速器噪聲時(shí)往往是從主觀感受來進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此單純使用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)來評(píng)價(jià)變速器噪聲水平已不夠全面、可靠。因而需要結(jié)合人的主觀感受來對(duì)變速器噪聲性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，即進(jìn)行變速器聲品質(zhì)評(píng)價(jià)。

針對(duì)聲品質(zhì)的研究，國內(nèi)主要集中在車內(nèi)噪聲、車門關(guān)門聲等領(lǐng)域[1-3]，對(duì)變速器聲品質(zhì)的研究很少，且主要集中在乘用車領(lǐng)域，如吳小珊[4]針對(duì)某乘用變速器噪聲進(jìn)行了室內(nèi)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法研究，施全等人[5]針對(duì)某乘用變速器嘯叫聲品質(zhì)進(jìn)行了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)與權(quán)重分析。針對(duì)商用車變速器聲品質(zhì)，目前國內(nèi)還未見有相關(guān)研究。

本文作者針對(duì)某商用變速器臺(tái)架加載噪聲，進(jìn)行聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法研究，包括變速器聲品質(zhì)客觀參量測(cè)試計(jì)算、聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)、聲品質(zhì)客觀參量與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的相關(guān)性分析，最終通過多元線性回歸建立聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參量的數(shù)學(xué)模型。

1 變速器加載噪聲測(cè)試

1.1 測(cè)試工況

文中對(duì)1臺(tái)某6擋商用變速器進(jìn)行加載噪聲測(cè)試，測(cè)試工況如表1所示。

表1 加載噪聲測(cè)試工況

1.2 傳感器布置

在被測(cè)變速器的左側(cè)布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)到變速器外廓的距離為1 m，測(cè)點(diǎn)的高度應(yīng)與變速器輸入軸軸心線等高，如圖1所示。

圖1 傳聲器布置

1.3 聲品質(zhì)客觀參量計(jì)算

試驗(yàn)采用LMS多通道數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析。為減小主觀評(píng)價(jià)的工作量，對(duì)采集到的噪聲信號(hào)進(jìn)行等間隔截取，最終每個(gè)擋位得到10個(gè)聲音樣本，每個(gè)聲音樣本時(shí)長為5 s。

采用LMS Test.lab軟件對(duì)每個(gè)聲音樣本的聲品質(zhì)客觀參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，包括響度、尖銳度、粗糙度、抖動(dòng)度、峭度、AI(語言清晰度)、SIL(語言干擾度)、音調(diào)度。計(jì)算結(jié)果如表2所示，由于篇幅有限僅呈現(xiàn)部分計(jì)算結(jié)果。

表2 1擋聲品質(zhì)客觀參量計(jì)算結(jié)果

2 聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)

2.1 變速器聲品質(zhì)定性評(píng)價(jià)

圖2和圖3分別為變速器某擋位加載噪聲隨轉(zhuǎn)速變化曲線和Colormap圖。從聲品質(zhì)的角度分析，變速器噪聲純音和窄帶噪聲特征突出，且其從低頻到高頻覆蓋很寬的頻率范圍，純音和窄帶噪聲會(huì)增加人的主觀煩惱度程度。轉(zhuǎn)速的變化會(huì)導(dǎo)致聲壓級(jí)產(chǎn)生明顯的波動(dòng)，同時(shí)頻譜結(jié)構(gòu)以及頻率成分會(huì)發(fā)生變化，部分頻率成分位于人耳敏感位置處。聲壓級(jí)的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致人耳感知到響度發(fā)生變化;頻譜結(jié)構(gòu)及頻率成分的變化會(huì)引起音色及音調(diào)的變化;聲壓級(jí)的波動(dòng)和頻率成分的變化會(huì)引起人耳穩(wěn)定感的變化。這些因素的變化使得聲音的辨識(shí)度加強(qiáng)。整體上，變速器加載噪聲具有多維度聲學(xué)特征。

圖2 加載噪聲曲線

圖3 加載噪聲Colormap圖

2.2 聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法主要有排序法、成對(duì)比較法、等級(jí)評(píng)分法和語義細(xì)分法等[6]。綜合考慮主觀評(píng)價(jià)精度及工作量，文中選擇語義細(xì)分法進(jìn)行變速器聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，同時(shí)為提高主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性與可靠性，借鑒了毛東興和張寶龍[7]提出的參考語義細(xì)分法。

首先通過專家咨詢法從大量描述聲音特征的形容詞中，挑選出12個(gè)可用于描述變速器加載噪聲特征的詞語，建立起變速器聲品質(zhì)評(píng)價(jià)語義空間，如表3所示。文中最終選擇綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)“舒適-不舒適”作為變速器聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，共劃分為11個(gè)等級(jí)，如表4所示。

表3 變速器聲品質(zhì)評(píng)價(jià)語義空間

表4 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分

2.3 噪聲樣本預(yù)處理

通過專家咨詢法從1臺(tái)變速器所有聲音樣本中選擇了兩個(gè)主觀感受最差和最好的聲音樣本作為參考聲音樣本，評(píng)分分別為0和10。每個(gè)擋位截取的所有聲音樣本組成1個(gè)單獨(dú)的音頻文件，其組成方法如圖4所示，首先將兩個(gè)參考聲音樣本放在音頻文件的起始位置，參考聲音聽完后，會(huì)有一聲“?！碧崾疽簦僖来螌?duì)應(yīng)擋位的各聲音樣本按時(shí)間先后排列，每個(gè)聲音樣本聽1次，1個(gè)聲音樣本聽完后有5 s打分時(shí)間。

圖4 聽音流程

2.4 變速器聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

文中共選擇了24名評(píng)價(jià)主體進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，在試驗(yàn)前進(jìn)行了變速器噪聲特征及主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)流程的培訓(xùn)。由于條件限制，主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)在安靜的辦公室進(jìn)行。

文中采用Spearman相關(guān)分析來檢驗(yàn)24名評(píng)價(jià)者評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性[1]，計(jì)算結(jié)果如表5所示，其中3號(hào)、11號(hào)、17號(hào)評(píng)價(jià)主體的一致性較差，將其評(píng)價(jià)結(jié)果剔除。計(jì)算剩下21個(gè)評(píng)價(jià)者評(píng)價(jià)結(jié)果的平均值作為每個(gè)聲音樣本的最終主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，如表6所示。

表5 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致性

表6 聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

3 主觀評(píng)價(jià)與客觀參量相關(guān)性分析

文中采用Pearson相關(guān)系數(shù)[6]計(jì)算主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參量的相關(guān)性。變速器聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參量的Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表7所示。從表7可以看出尖銳度、響度、A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的相關(guān)性較好。主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與尖銳度、響度、A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)的散點(diǎn)圖如圖5—6所示。其中對(duì)主觀舒適度影響最大的為尖銳度，反映了變速器臺(tái)架噪聲的高頻成分占比較大，嘯叫明顯，聲音主觀感受主要表現(xiàn)為尖銳、刺耳。

表7 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參數(shù)相關(guān)系數(shù)

圖5 尖銳度散點(diǎn)圖

圖6 響度散點(diǎn)圖

4 多元線性回歸

由相關(guān)分析可以看出尖銳度S、響度N與主觀舒適度SQ相關(guān)性較高，因此采用此兩個(gè)客觀參量作為變量，主觀舒適度作為因變量，建立多元線性回歸方程：

SQ=23.371 6-9.125 4S-0.022 5N

(1)

回歸模型擬合檢驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 多元線性回歸檢驗(yàn)

由表8可以看出，多元線性回歸方程相關(guān)系數(shù)為0.93，同時(shí)

f=81.1>F0.05(3,96)=2.70

(2)

因此，建立的線性回歸模型是顯著的[8]，具有較好的有效性。后續(xù)可通過測(cè)量變速器聲品質(zhì)客觀參數(shù)，運(yùn)用建立的數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。

5 結(jié)論

文中針對(duì)某商用變速器加載噪聲聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)論：

(1)變速器加載噪聲聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)主要受到尖銳度、響度影響，其中影響最大的為尖銳度。

(2)尖銳度對(duì)主觀評(píng)價(jià)影響最大，表明所測(cè)商用變速器其加載噪聲高頻成分突出，嘯叫明顯，要改善變速器聲品質(zhì)，必須要降低尖銳度水平。

(3)建立了變速器聲品質(zhì)主觀舒適度與客觀參量尖銳度、響度的多元線性回歸模型，后續(xù)可通過測(cè)試客觀參量，運(yùn)用建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。