整車隔聲主客觀相關(guān)性分析研究

姜 豪 1,2 ,張思文 1,2 ,徐小敏 1,2 ,楊 亮 1,2

(1. 汽車噪聲振動和安全技術(shù)國家重點實驗室,重慶 401120;2. 長安汽車工程研究總院,重慶 401120)

        摘  要:本文采用統(tǒng)計學(xué)分析方法對整車客觀隔聲量與主觀評分的相關(guān)性進(jìn)行了研究。整車隔聲數(shù)據(jù)在混響室內(nèi)進(jìn)行測試,  采用整車隔聲衰減量衡量隔聲水平。20 名工程師采用成對比較法在音質(zhì)評價間對 6 輛商品車的整車隔聲進(jìn)行主觀評價。整車隔聲量與隔聲水平主觀評分的相關(guān)性分析結(jié)果表明,主觀評分與2KHz-4KHz 頻率段的整車隔聲水平相關(guān)性最高,相關(guān)系數(shù)為0.99, 該結(jié)論可用于指導(dǎo)整車隔聲水平的評價、預(yù)測、定標(biāo)與優(yōu)化。

        關(guān)鍵詞:整車隔聲量; 混響室; 主觀評價; 成對比較法; 相關(guān)性分析 

        中圖分類號:TB53        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        整車空氣聲隔聲水平是影響車內(nèi)顧客乘坐舒適性的重要影響因素之一[1] 。當(dāng)顧客開車進(jìn)入高速公路、進(jìn)入隧道或在地下停車場的時候,他們經(jīng)常抱怨整車隔聲水平較差的問題。因此,在整車NVH開發(fā)過程中,整車隔聲水平開發(fā)顯得至關(guān)重要。

        整車隔聲水平的主觀評價更加貼近用戶主觀感受,因此,主觀評價技術(shù)在整車NVH開發(fā)過程中十分重要。工程師采用綜合主觀評價方法,可在特定道路或特定工況下對車輛隔聲水平進(jìn)行評價。基于該方法,一些學(xué)者[2,3,4,5,6,7]對聲品質(zhì)的主觀評價和心理聲學(xué)指標(biāo)的客觀預(yù)測進(jìn)行了研究。 但是,該評價方法受噪聲源影響較大,不能區(qū)分空氣聲與結(jié)構(gòu)聲。

        目前較少研究對整車隔聲的客觀測試數(shù)據(jù)和主觀評分進(jìn)行相關(guān)性分析,NVH 開發(fā)人員無法從客觀測試數(shù)據(jù)估計得出主觀評分。

        為解決傳統(tǒng)研究方法的局限性,本文提出了一種基于混響室的整車隔聲測試與主觀評價方法,并對客觀測試數(shù)據(jù)和主觀評分進(jìn)行了相關(guān)性研究。為消除結(jié)構(gòu)聲影響與改善測試數(shù)據(jù)的一致性,車輛在穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行噪聲測試。測試車輛放置于滿足聲場一致性要求的混響室, 進(jìn)行隔聲水平測試,并在音質(zhì)評價間通過回放測試數(shù)據(jù)對隔聲水平進(jìn)行主觀評價, 最后對整車隔聲量與隔聲水平主觀評分進(jìn)行相關(guān)性分析。

1 聲場一致性驗證

        測試車輛放置于混響室, 會影響混響聲場并影響評價結(jié)果。為更好的評價該影響,對混響室內(nèi)無車輛、一輛車和兩輛車三種聲學(xué)環(huán)境進(jìn)行了測試。其中,功率放大器采用B&K 2716型功率放大器,  聲源采用 B&K 4292型球形聲源, 前端采用3050-B-060 B&K數(shù)采前端。各測點位置測試數(shù)據(jù)的三分之一倍頻程聲壓級標(biāo)準(zhǔn)差如圖1所示,并與 ASTME90[8,9]要求的極限值進(jìn)行了比較。

圖 1  車輛數(shù)量對混響聲場的影響

        從該圖可以看出, 混響室車輛數(shù)量對聲場影響較大, 當(dāng)數(shù)量為兩輛及以上時,聲壓級標(biāo)準(zhǔn)差超過了ASTM  E90的標(biāo)準(zhǔn)極限值。因此,該混響室不能同時進(jìn)行兩輛及以上車輛的測試與評價, 不同車輛的整車隔聲水平測 試與評價需依次進(jìn)行。

        為考慮測量誤差與車輛尺寸對混響聲場的影響,在保持聲源強(qiáng)度與車輛停放位置不變的條件下,本文對6輛不同車型的車外聲場進(jìn)行了測試。在不同車輛測試過程中,測點位置保持不變, 6輛車共采集了6組數(shù)據(jù),  每組數(shù)據(jù)采集7次。圖2表示車輛尺寸和測試誤差對三分之一倍頻程聲壓級標(biāo)準(zhǔn)差的影響。從圖中可以看出,  測試誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)差遠(yuǎn)小于極限值,車型尺寸引起的誤差可接受, 表明在混響室對該6輛車依次進(jìn)行整車隔聲水平客觀測試與主觀評價具有可信性。

圖 2  車型尺寸與測試誤差對混響聲場的影響

2 信號采集與數(shù)據(jù)處理

        整車隔聲性能通常以隔聲量來衡量,即采用車外聲壓與車內(nèi)聲壓的差值來表示。為消除結(jié)構(gòu)聲與改善測試 數(shù)據(jù)的一致性,測試車輛靜置于混響室內(nèi)固定位置, 如圖3所示。本文采用B&K 4292型球形聲源產(chǎn)生白噪聲, 車外布置5處噪聲采集點,車內(nèi)布置6處噪聲采集點。

        其中,車內(nèi)測點為主駕駛座椅內(nèi)外耳位置 (FLL、FLR), 副駕駛座椅內(nèi)外耳位置(FRL、FRR),后排乘客座椅外耳位置 (RLL、RRR), 如圖4所示。車外聲壓采用車外5個測點的平均值表示,車內(nèi)聲壓采用車內(nèi)6個測點的平均值表示, 整車隔聲量為車外平均聲壓減車內(nèi)平均聲壓得到, 即           (1) 

其中,為車體外平均聲壓級, 為車體內(nèi)平均聲壓級, 值越大表明整車隔聲水平越好。

圖 3  某車型整車隔聲量測試

圖 4 混響室車體內(nèi)外噪聲測試點分布

3 數(shù)據(jù)回放與主觀評價

        本文將混響室采集的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行回放, 便于工程師對整車隔聲性能進(jìn)行主觀評價。主觀評價有等級評分法和成對比較法等等,每種評價方法各有優(yōu)缺點, 沒有一種評價方法適用于所有情況。本文采用成對比較法進(jìn)行整車隔聲的主觀評價, 該方法具有較強(qiáng)的可操作性,  對缺乏經(jīng)驗的工程師同樣適用。其基本原理如下:假定兩輛車A與B , 若A 車水平優(yōu)于B車,則分?jǐn)?shù)為2 : 0; 若A車與B車水平相當(dāng), 則分?jǐn)?shù)為1 : 1 ; 若A車水平差于B車,則分?jǐn)?shù)為0 : 2 , 如表1所示。本文共收集了20名經(jīng)驗豐富的 NVH 工程師的主觀評價結(jié)果。

表 1 成對比較法的計分規(guī)則

4 相關(guān)性分析

        6 輛車的整車隔聲量通過車內(nèi)外麥克風(fēng)平均聲壓級差值獲得,為便于測試結(jié)果與主觀評分進(jìn)行相關(guān)性分析, 整車隔聲量選取一定頻率段的聲壓級平均值來衡量。不同車輛的整車隔聲量隨三分之一倍頻程的變化如圖 5所示。

        從圖中可以看出,在2KHz頻率以下, 不同車輛的整車隔聲量比較接近, 幾乎隨頻率線性增加, 表明不同車

輛的整車隔聲水平相當(dāng)。然而,不同車輛的整車隔聲水平在 2KHz-4KHz 相差較大。在5KHz以上時, 除了車輛 A,其他車輛的隔聲水平比較接近。

圖 5 不同車輛的整車隔聲量水平

        隔聲曲線的變化可用隔聲原理解釋, 根據(jù)質(zhì)量定律, 200Hz-2KHz的整車隔聲量取決于隔聲部件的面密度, 因此隨頻率線性增加。由于整車玻璃的吻合效應(yīng), 2KHz-4KHz的整車隔聲量存在下掉現(xiàn)象, 然后在4KHz以上隨頻率線性增加。根據(jù)以上的分析結(jié)果, 整車隔聲量分別在200Hz-2KHz、2KHz-4KHz和4KHz-8KHz頻率段范圍內(nèi)進(jìn)行平均處理,結(jié)果如表2所示。

        在工程實際應(yīng)用中,可根據(jù)隔聲定律對該三段頻率段的隔聲量進(jìn)行改善。為了改善2KHz以下的隔聲量,工程師應(yīng)當(dāng)采用更重或則更厚的地毯、前壁板隔音墊和車窗玻璃,與此同時,這些措施會增加整車重量與成本。 為降低整車玻璃的吻合效應(yīng),前風(fēng)擋玻璃與側(cè)窗玻璃可采用隔音PVB玻璃 , 2KHz-4KHz內(nèi)的隔聲量可改善2-5dB[10]。該結(jié)論可從圖5中看出, A與D車的前風(fēng)擋玻璃為隔音PVB玻璃, 故其2KHz-4KHz的隔聲量較其他車型高。

        主觀評分結(jié)果如表3所示,從表中可以看出整車隔聲評分為 A>D>E>F>B>C , 表明A車的隔聲水平最好, C車的隔聲水平最差。主觀評分進(jìn)行歸一化處理,得出主觀評分的歸一化參數(shù),后面數(shù)據(jù)分析均采用歸一化參數(shù)。

表 2 不同頻率段的平均隔聲量 單位: dB

表 3 整車主觀評分

        整車隔聲量與主觀評分指標(biāo)均可反映整車隔聲水平。由于缺乏整車隔聲量與主觀評分的相關(guān)性關(guān)系,當(dāng)車輛無主觀評分結(jié)果時,工程師難以從客觀測試結(jié)果做出主觀評分的正確判斷。為建立該關(guān)系,圖6、 圖7和圖8分析計算了不同頻率段的整車隔聲量與主觀評分的相互關(guān)系, 皮爾森相關(guān)系數(shù)r用于表示不同變量間的相關(guān)程 度。從圖中可以看出,主觀評分主要與 2KHz-4KHz 范圍內(nèi)的隔聲量相關(guān),其次是 4KHz-8KHz,而與 2KHz 以下的隔聲量基本無關(guān)。該結(jié)果表明,整車隔聲的主觀評分主要與 2KHz 以上的隔聲量相關(guān),主要為2K-4KHz 頻率段。

圖 6  主觀評分與200Hz-2KHz整車隔聲量相關(guān)性分析

圖 7  主觀評分與2KHz-4KHz整車隔聲量相關(guān)性分析

圖 8  主觀評分與4KHz-8KHz整車隔聲量相關(guān)性分析

        通過相關(guān)性分析可知, 整車隔聲主觀評分主要取決于2KHz-4KHz 頻率范圍的平均隔聲量 ,其次為 4KHz-8KHz 頻率范圍的平均隔聲量。該結(jié)論可幫助NVH工程師設(shè)定項目開發(fā)過程中整車隔聲目標(biāo)并為整車隔聲水平優(yōu)化提供改善方向。

5 結(jié)論

        本文在混響室內(nèi)對整車隔聲進(jìn)行了客觀測試與主觀評價, 并對客觀測試結(jié)果與主觀評分進(jìn)行了相關(guān)性研究, 結(jié)論如下:

1.首先對混響室聲場進(jìn)行了一致性驗證,分析了不同車輛數(shù)量、車輛尺寸和測試誤差對混響聲場的影響,  結(jié)果表明該混響室內(nèi)僅能同時擺放一輛車,車輛尺寸和測試誤差對聲學(xué)環(huán)境的影響可接受。

2.采用成對比較主觀評價方法對不同車輛的隔聲水平進(jìn)行了評分,結(jié)果表明A車隔聲水平最好, C車隔聲水平最差。

3.整車隔聲量與主觀評分的相關(guān)性分析表明,主觀評分與2kHz-4kHz 的平均隔聲量相關(guān)性最高,相關(guān)系數(shù)

達(dá)0.99 , 故該頻率段的平均隔聲量可用于主觀評分的目標(biāo)設(shè)定。

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