賀巖松，榮坤強，徐中明，楊振冬

(1.重慶大學機械工程學院，重慶 400044;2.重慶建設摩托車股份有限公司 技術中心 ，重慶 400054)

隨著摩托車工業(yè)的發(fā)展及人民生活品質的提高，人們選購摩托車的標準除了優(yōu)良的性能和可靠的質量外，對摩托車的NVH性能要求越來越高，對于摩托車噪聲的要求不再停留在“安靜”的層面，已經(jīng)轉向對聽覺舒適度——聲品質的關注。研究表明:對于家電和車輛等產(chǎn)品，用戶對產(chǎn)品聲品質的關注與對功能的關注已經(jīng)處于相同的地位，并呈現(xiàn)出超越趨勢［1－4］。因此，目前聲品質問題已開始引起國內(nèi)摩托車制造企業(yè)的廣泛關注。

本文針對某摩托車企業(yè)的一款改型摩托車雖然整體噪聲水平完全滿足國家標準要求，但在市場上卻有部分顧客反映其聲品質較差的問題，進行整車噪聲聲源識別及消聲器護板聲強與分析，尋找問題的主要影響因素。通過對護板結構的改進，達到了提高整車聲品質的目的，增強了產(chǎn)品的市場競爭力。

1 消聲器護板聲強試驗與分析

聲強方法是現(xiàn)代聲源識別中應用最廣泛、最可靠的一種方法［5－6］。在對該摩托車進行整車聲強試驗時，發(fā)現(xiàn)在1 000 Hz左右處消聲器貢獻量較大。為檢驗消聲器護板對噪聲輻射的貢獻量，并檢驗是否由消聲器振動引起護板共振，使之產(chǎn)生再生噪聲，特別針對消聲器護板進行了進一步的聲強試驗。試驗時，首先對包含護板的部位劃分網(wǎng)格單元，大小為8 cm×8 cm，然后在試驗工況、環(huán)境相同的條件下分別測取有、無護板時，在發(fā)動機低、中及高速時消聲器部位的聲強。得到對應的聲強譜圖，如圖1～3所示。

圖3 全頻段有、無護板時聲強頻譜圖(5 000 r/min)

從圖1～3可以看出，在各個工況下有護板時的聲強頻譜可以分為3個頻段，分別為低于600 Hz的低頻段、600～1 500 Hz的中頻段及高于1 500 Hz的頻段。而當取下護板時，聲強頻譜能量分段變得不明顯，其中在有護板時中頻段中在1 100 Hz左右處出現(xiàn)的峰值，而在取下護板后的聲強頻譜上則沒有出現(xiàn)，由此推測1 100Hz左右的噪聲與護板有密切關系。

從聲強云圖(圖4、5)上可以清晰地看出護板的影響。

由圖4、5可以看出，在全頻段及600～1 500 Hz頻段，有無護板聲強云圖差別較大，有護板時聲強最大區(qū)域均在消聲器覆蓋件區(qū)域，而取下護板時聲強明顯減弱，對比有、無護板的聲強云圖，說明護板對噪聲輻射產(chǎn)生較大影響。

如果將有、無護板時排氣管部位的聲功率進行比較，可以從總聲能量的變化上分析護板再生噪聲的聲貢獻量大小。有、無護板時測試表面的總聲功率計算結果如表1所示。從表1也可以看出，護板對聲功率的貢獻量較大，拆除護板后聲功率至少降低2 dB(A)。

表1 各個轉速工況下有、無護板時的聲功率比較

綜合以上各個聲強云圖及聲功率比較可以推斷，護板在消聲器的激勵下產(chǎn)生嚴重的二次噪聲，初步分析原因可能是由于護板剛度較小，某些階模態(tài)頻率較低，容易在消聲器的激勵下形成共振，產(chǎn)生二次噪聲，所以有必要對護板進行模態(tài)求解與結構改進。

2 排氣消聲器護板的仿真分析及結構改進

2.1 消聲器護板的約束模態(tài)

通過整車及有無護板的聲強試驗，發(fā)現(xiàn)護板對噪聲的貢獻量較大，特別在1 000 Hz左右較為明顯，且在高速工況時更為突出，推測可能是護板剛度太小，模態(tài)較低，于是對護板進行模態(tài)分析。

護板幾何模型如圖6所示，由于厚度只有0.8 mm，長度與厚度比較大，在 Hypermesh中采用shell單元劃分網(wǎng)格，單元大小為3 mm，按照實際固定位置施加約束，對其進行約束模態(tài)分析。前20階模態(tài)頻率如表2所示。

圖6 護板幾何模型

此護板的前幾階頻率相對較低，在護板的前端、中部等處變形較為嚴重，容易引起共振，產(chǎn)生再生噪聲，有必要對護板進行結構改進，提高固有頻率。

2.2 消聲器護板的結構改進

護板主要起到美觀和防止燙傷的作用。在不影響美觀的前提下，結合模態(tài)振型，考慮通過以下方式增加剛度:① 通過增加背部溝槽深度2 mm，增強護板背部剛度，減少背部的變形;②適當增加護板厚度，由0.8 mm增加到1 mm，增加整體剛度;③增加固定螺釘，由3點固定改成4點固定。護板改進方案如圖7所示，仿真計算結果如表2所示。

圖7 方案1、2結構

從仿真計算結果中看出:方案1為增加溝槽深度，加筋處理后護板的固有頻率幾乎沒有變化，和原護板基本相同，如第1階頻率原護板為128.9 Hz，加筋后為126.4 Hz，不但沒有升高，反而有所下降，分析原因可能是增加的2 mm溝槽深度太小，對整體的剛度提高作用不大，固此方案不易采用;方案2為增加護板厚度0.2 mm，效果較明顯，特別是前幾階頻率提高幅度較大，如第1階由原來的128.9 Hz增加到249.5 Hz，第2階由原來的210.0 Hz提高到370.5 Hz;方案3為增加固定點方案，其效果最好，第1階頻率增加到278.2 Hz，第2階由210 Hz增加到408 Hz，其他各階頻率也均有大幅提高。針對仿真結果，建議采用第3種方案，即通過增加固定點的方式來提高護板的固有頻率，減少噪聲輻射。

表2 護板約束模態(tài)計算結果對比

3 摩托車聲品質的試驗驗證

消費者對摩托車噪聲的主觀評價試驗是驗證改進措施效果的最直接方法，但主觀評價結果與評價主體的心情、心理、生理等因素密切相關，評價的人為因素影響較大，而心理聲學參數(shù)是描述噪聲所造成的主觀感受差異程度的客觀物理量，可以定量地反映聽覺感受的差別，消除個體差異的影響，便于進行定量分析［7－8］，因此本文通過客觀評價參數(shù)對改進方案的效果進行驗證。

3.1 樣本的采集與選取

采用B＆K 4101型雙耳麥克風分別記錄定置工況下摩托車發(fā)動機在 1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 r/min狀態(tài)下駕駛員雙耳處的穩(wěn)態(tài)噪聲樣本，每種工況的記錄時間為15 s，各工況信號均采集2次。

3.2 客觀評價試驗驗證

用于聲品質客觀評價的心理聲學參數(shù)主要有聲壓級、響度、尖銳度、粗糙度、波動度等。試驗使用B＆K的Sound Quality專業(yè)聲品質分析模塊，對試驗的8組共24個聲樣本的主要心理聲學參數(shù)進行計算與分析，結果如圖8～10所示，圖中改進方案1為增加護板厚度方案，改進方案2為增加固定點方案。

圖10 響度統(tǒng)計曲線

從圖8～10中，可以得到:

1)隨著轉速的提高，聲壓級(dB(A))逐漸升高;改進方案 1、2在各個轉速工況下(除2 000 r/min工況外)，聲壓級均小于原狀態(tài)，說明消聲器改進方案對于降低整車噪聲效果明顯;方案2在2 000 r/min時的數(shù)據(jù)異常，可能是由于所選取的信號異常導致。

2)尖銳度隨著轉速的升高而增大，表明高頻成分的多少與轉速成正比;改進方案1、2在4 000 r/min以前的尖銳度均低于原車，說明通過改進消聲器來降低聲品質尖銳度的方法可行。由于大部分人比較討厭高頻聲音，因此在設計產(chǎn)品時，要獲得較高的聲品質就必須設法抑制聲音的高頻成分。

3)響度隨著轉速的升高而緩慢升高，改進方案1、2在各個頻率下均低于原方案，說明通過結構改進來降低響度的方法可行。響度與人對噪聲信號的偏好性評價密切相關，響度越高主觀偏好性越差，因此降低摩托車噪聲的響度值是提高其聲品質評價的最直接方法。

4 結束語

摩托車的聲品質問題越來越受到人們的關注，針對某改型摩托車的聲品質問題，通過消聲器護板的聲強分析與結構改進，得到了在發(fā)動機低、中和高速情況下噪聲信號的多種心理聲學客觀評價參數(shù)，達到了提高整車聲品質的目的。

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