汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)多維度評(píng)價(jià)方法研究

張紅川，周向陽(yáng)，李博學(xué)，羅萌萌

1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司，河北保定 071000;2.河北省汽車技術(shù)創(chuàng)新中心，河北保定 071000

0 引言

汽車聲品質(zhì)是NVH研究的重要組成部分，已廣泛引起聲學(xué)工程師的注意，國(guó)內(nèi)外知名車企已將其列為汽車設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。關(guān)門(mén)聲品質(zhì)作為顧客對(duì)汽車了解的第一印象，能夠向顧客傳遞一系列復(fù)雜的如安全、舒適、豪華和可靠等信息，從而直接影響其對(duì)汽車檔次的初步定位。因此，關(guān)門(mén)聲品質(zhì)具有重大的研究意義，國(guó)內(nèi)外眾多車企已投入大量人力物力研發(fā)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)。李凱等分析關(guān)門(mén)聲產(chǎn)生的機(jī)制，對(duì)所采集振動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)分析得出關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的噪聲是由門(mén)鎖芯相互撞擊、密封條的拍擊和空腔共振產(chǎn)生的。Zhang等研究發(fā)現(xiàn)，鎖扣設(shè)計(jì)和密封條設(shè)計(jì)是影響關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的關(guān)鍵部件。Hoechstetter等研究發(fā)現(xiàn)尖銳度持續(xù)時(shí)間與沖擊聲音品質(zhì)強(qiáng)相關(guān)。

目前汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法有兩種：主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)通過(guò)以往研究成果以及市場(chǎng)用戶需求調(diào)研，來(lái)獲取描述目標(biāo)聲音主觀感知特性的相關(guān)指標(biāo);常用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)有聲壓級(jí)、響度、尖銳度和小波頻譜分析等，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)。文中從多維度對(duì)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，并對(duì)主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。

1 汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)

1.1 維度識(shí)別

目前，汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)研究成果顯示，主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)有昂貴的、有力的、鳴鈴聲、二次沖擊聲、咔嗒聲、音響渾厚度、轟鳴感、金屬感和關(guān)門(mén)舒適感等?；诂F(xiàn)有研究成果，并結(jié)合市場(chǎng)用戶需求調(diào)研結(jié)果，最終確定汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)維度為響亮度、厚重感、金屬感、精致感、緊湊感和關(guān)門(mén)舒適感。其中，響亮度指主觀上感受到的關(guān)門(mén)瞬間聲音的大小，厚重感指低頻能量強(qiáng)弱及持續(xù)時(shí)間，金屬感指高頻金屬音，精致感指中高頻音色與低頻音色的調(diào)和關(guān)系，緊湊感指關(guān)門(mén)完成首次撞擊后無(wú)其他多余尾音，關(guān)門(mén)舒適感指關(guān)閉車門(mén)時(shí)用力大小及舒適程度。

1.2 主觀評(píng)價(jià)

由NVH專家團(tuán)隊(duì)20人組成評(píng)價(jià)小組(其中男16人女4人，年齡集中在25～40歲，從事NVH工作3～15年)，選取不同品牌不同價(jià)位SUV樣車10輛，采用10分制評(píng)分規(guī)則，從響亮度、厚重感、金屬感、精致感、緊湊感和關(guān)門(mén)舒適感6個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用SPSS 22.0軟件，對(duì)評(píng)價(jià)人員之間的Spearman系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)各評(píng)價(jià)者與其他所有評(píng)價(jià)者的相關(guān)系數(shù)取算術(shù)平均值，詳見(jiàn)表1。

表1 各評(píng)價(jià)者與其他所有評(píng)價(jià)者之間的平均相關(guān)系數(shù)

從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，一般認(rèn)為各評(píng)價(jià)者與其他所有評(píng)價(jià)者的相關(guān)系數(shù)的平均值低于0.7就意味著線性相關(guān)程度較弱，為了提高線性相關(guān)程度，剔除表1中平均相關(guān)系數(shù)低于0.8的人員。對(duì)于響亮度的評(píng)價(jià)，剔除評(píng)價(jià)人員F、N；對(duì)于厚重感的評(píng)價(jià)，剔除評(píng)價(jià)人員F、H；對(duì)于金屬感評(píng)價(jià)，剔除評(píng)價(jià)人員K、N和R；對(duì)于精致感的評(píng)價(jià)，剔除評(píng)價(jià)人員B、L、P和S；對(duì)于緊湊感的評(píng)價(jià)，剔除評(píng)價(jià)人員G；對(duì)于關(guān)門(mén)舒適感的評(píng)價(jià)剔除評(píng)價(jià)人員K。

經(jīng)上述相關(guān)性檢驗(yàn)后，響亮度保留了18個(gè)人的評(píng)價(jià)結(jié)果，厚重感保留了18個(gè)人的評(píng)價(jià)結(jié)果，金屬感保留17個(gè)人的評(píng)價(jià)結(jié)果，精致感保留了16個(gè)人的評(píng)價(jià)結(jié)果，緊湊感保留了19個(gè)人的評(píng)價(jià)結(jié)果，關(guān)門(mén)舒適感保留了19個(gè)人的評(píng)價(jià)結(jié)果。將保留的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均，得到10輛樣車6個(gè)維度的評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖1所示。

圖1 10輛車6個(gè)維度的評(píng)價(jià)結(jié)果

2 汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)

2.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1.1 聲壓級(jí)和響度

聲壓級(jí)和響度是反映人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱感受的客觀參數(shù)，其中響度考慮人耳對(duì)聲音頻譜的掩蔽效應(yīng)，屬于心理聲學(xué)參數(shù)。

聲壓級(jí)計(jì)算公式為：

(1)

式中:為聲壓級(jí)；

為實(shí)際聲壓；

為基準(zhǔn)聲壓。

響度計(jì)算公式為：

(2)

(3)

式中：為安靜狀況下聽(tīng)閾對(duì)應(yīng)的激勵(lì);

為參考聲強(qiáng)對(duì)應(yīng)的激勵(lì);

為被計(jì)算聲音對(duì)應(yīng)的激勵(lì)。

2.1.2 尖銳度

尖銳度是描述高頻段聲音成分在總體聲音中所占比例的物理量，對(duì)聲音的舒適度影響較大，反映了聲音信號(hào)的刺耳程度，屬于心理聲學(xué)參數(shù)。

尖銳度計(jì)算公式為：

(4)

式中：為加權(quán)系數(shù)，=011；

′()為Aures加權(quán)函數(shù)，′()=e0171；

為心理聲學(xué)的臨界頻帶尺度(Bark)。

2.1.3 小波頻譜

小波頻譜分析如圖2所示。從時(shí)間軸上看，可以看到聲音衰減的特征，如碰撞次數(shù)、碰撞強(qiáng)度、震顫等，一般要求低頻成分持續(xù)時(shí)間0.5 s左右，高頻成分衰減快、能量盡可能小且一次撞擊完后無(wú)多余噪聲;從頻率軸上看，可以看到各個(gè)頻率下聲音的強(qiáng)弱，以及它們與各個(gè)模態(tài)特征之間的聯(lián)系。一般來(lái)說(shuō)車門(mén)結(jié)構(gòu)主要貢獻(xiàn)30～50 Hz低頻成分；車身板輻射聲主要貢獻(xiàn)成分50～200 Hz；車門(mén)和B/C柱的碰撞是密封條與鈑金之間的碰撞，以及車門(mén)與防撞塊之間的碰撞，主要貢獻(xiàn)中低頻成分；門(mén)鎖碰撞主要貢獻(xiàn)高頻成分。

圖2 小波頻譜分析

2.1.4 特征響度曲線

響度是隨著臨界頻帶變化的，這種變化的特征曲線就是特征響度。特征響度曲線能體現(xiàn)聲音能量在頻率上的分布，并將其量化，有助于判定關(guān)門(mén)聲類型。不同車型關(guān)門(mén)聲品質(zhì)數(shù)據(jù)可以通過(guò)特征響度曲線直接進(jìn)行對(duì)比，特征響度曲線一致性較好的車型，其主觀評(píng)價(jià)也相似。特征響度曲線如圖3所示。

圖3 特征響度曲線

2.1.5 尖銳度曲線

關(guān)門(mén)聲尖銳度曲線如圖4所示。關(guān)門(mén)瞬間時(shí)，尖銳度上升至峰值；關(guān)門(mén)聲在減小過(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)聲進(jìn)一步降低，尖銳度又逐步上升。尖銳度峰值越大，關(guān)門(mén)聲高頻占比越高，鎖聲也越明顯；以尖銳度峰值開(kāi)始，如果尖銳度隨時(shí)間衰減的曲線上谷值越多，一般關(guān)門(mén)聲聽(tīng)起來(lái)越松散；尖銳度峰值與谷值時(shí)間間隔0.3 s左右，尖銳度峰值在2～2.5 acum、谷值在0.5 acum左右，尖銳度曲線在谷值之后能較平穩(wěn)地傳遞0.1～0.2 s，一般關(guān)門(mén)聲低頻能量所占比例會(huì)較高，且低頻能量持續(xù)時(shí)間為0.4～0.5 s。

圖4 關(guān)門(mén)聲尖銳度曲線

2.2 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算

10輛樣車客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表2。其中，指20～50 Hz頻段能量，指20～100 Hz頻段能量，指20～200 Hz頻段能量，指100～500 Hz頻段能量，指500～5 000 Hz頻段能量，指5 000～10 000 Hz頻段能量，指與的比值。

表2 10輛樣車客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

3 主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)相關(guān)性分析

3.1 響亮度相關(guān)性分析

圖5和圖6分別給出了響亮度評(píng)分與聲壓級(jí)、響度的相關(guān)性分析。由圖可以看出,響亮度評(píng)分與響度相關(guān)性在0.9以上，而響亮度評(píng)分與聲壓級(jí)相關(guān)性不足0.8，說(shuō)明響度比聲壓級(jí)更適合作為評(píng)價(jià)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)響亮程度的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖5 響亮度評(píng)分與聲壓級(jí)的相關(guān)性分析

圖6 響亮度評(píng)分與響度的相關(guān)性分析

3.2 厚重感相關(guān)性分析

圖7給出了厚重感評(píng)分與20～50 Hz頻段能量、20～100 Hz頻段能量和20～200 Hz頻段能量的相關(guān)性分析。由圖可以看出，厚重感評(píng)分與20～100 Hz頻段能量相關(guān)性較好，且呈正相關(guān)性。

圖7 厚重感評(píng)分與低頻能量的相關(guān)性分析

3.3 精致感相關(guān)性分析

圖8給出了精致感評(píng)分與頻段能量、頻段能量和比值的相關(guān)性分析。由圖可以看出，精致感評(píng)分與比值的相關(guān)性較好，且值越小精致感越好。

圖8 精致感評(píng)分與D頻段能量、E頻段能量和比值G的相關(guān)性分析

3.4 金屬感相關(guān)性分析

圖9給出了機(jī)械感評(píng)分與頻段能量、尖銳度和頻段能量的相關(guān)性分析。由圖可以看出，機(jī)械感評(píng)分與頻段能量的相關(guān)性較好，且呈正相關(guān)性。

圖9 機(jī)械感評(píng)分與E頻段能量、尖銳度和F頻段能量的相關(guān)性分析

3.5 關(guān)門(mén)舒適感相關(guān)性分析

圖10和圖11分別給出了關(guān)門(mén)舒適感評(píng)分與關(guān)門(mén)速度、靜態(tài)關(guān)門(mén)力的相關(guān)性分析。由圖可以看出,關(guān)門(mén)舒適感評(píng)分與關(guān)門(mén)速度線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98以上，而與靜態(tài)關(guān)門(mén)力無(wú)明顯相關(guān)性。說(shuō)明關(guān)門(mén)速度可以作為評(píng)價(jià)關(guān)門(mén)舒適感的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，且關(guān)門(mén)力越小越好。

圖10 關(guān)門(mén)舒適感評(píng)分與關(guān)門(mén)速度的相關(guān)性分析

圖11 關(guān)門(mén)舒適感評(píng)分與靜態(tài)關(guān)門(mén)力的相關(guān)性分析

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要從多維度對(duì)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)維度主要有：響亮程度、厚重感、金屬感、精致感、緊湊感和關(guān)門(mén)舒適感。結(jié)合關(guān)門(mén)聲主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果確定關(guān)門(mén)聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)：響亮程度評(píng)價(jià)指標(biāo)為響度，厚重感評(píng)價(jià)指標(biāo)為20～100 Hz頻段能量，金屬感評(píng)價(jià)指標(biāo)為5 000～1 000 Hz頻段能量，精致感評(píng)價(jià)指標(biāo)為比值，關(guān)門(mén)舒適感評(píng)價(jià)指標(biāo)為最小關(guān)門(mén)速度。同時(shí)結(jié)合小波頻譜分析、特征響度曲線分析和尖銳度曲線分析，從多方面對(duì)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。從而為關(guān)門(mén)聲品質(zhì)研發(fā)提供更為全面的主觀評(píng)價(jià)方法，并為開(kāi)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)前期設(shè)計(jì)提供新思路。