藺磊，顧彥，藺玉輝，閆兵

（上海汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展， NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能開發(fā)已不僅僅局限于降低產(chǎn)品的噪聲和振動，而是應(yīng)該進一步提高車輛品質(zhì)，使其能夠滿足客戶的心理需求。其中，作為車輛NVH特性的第一印象，關(guān)門聲品質(zhì)就有著非常重要的意義，直接影響著客戶對整車品質(zhì)的評價。所以，國內(nèi)外許多汽車廠商都投入了大量的成本來提高汽車關(guān)門聲品質(zhì)[1-3]。

目前，在關(guān)門聲客觀評價指標方面，一般采用峰值響度和峰值尖銳度，但是對于振顫、異響等現(xiàn)象仍要基于時頻圖進行分析判斷，還沒有相應(yīng)的量化模型[4]。本文在尖銳度隨時間變化曲線的基礎(chǔ)上，提出了以尖銳度溢值代替峰值尖銳度作為關(guān)門聲的客觀評價指標，認為其能更好地反映時頻圖的信息，并通過12個車輛關(guān)門聲的客觀測量分析和主觀評價試驗加以分析驗證。

1 關(guān)門聲的傳統(tǒng)客觀評價方法

1.1 關(guān)門聲的采樣

為避免背景噪聲的影響，車輛關(guān)門聲的采樣應(yīng)在半消聲室內(nèi)進行。關(guān)門聲采樣過程中，測試設(shè)備的安放位置應(yīng)模擬人體所處的感受位置。車外測點通常選取距離車身1 m、高度1.6 m的位置，車內(nèi)則選取駕駛員或副駕駛的位置。關(guān)門速度一般采用等關(guān)門速度或等關(guān)門力度進行控制?？紤]到車輛型號、車門重量、密封條等差異，實際關(guān)門力的差異會非常大，所以本文建議采用等關(guān)門速度對不同車輛的關(guān)門聲進行對比分析。

此外，由于人體會改變聲場特性，從而影響到人耳對聲源的感知，所以需要使用仿真頭來模擬人耳的聽覺效果進行錄音。這樣，在聲信號重放和客觀分析時，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)門聲品質(zhì)，常用的客觀評價指標有聲壓級、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聲音感知的心理聲學參數(shù)，能夠更好地反映人對關(guān)門聲品質(zhì)的偏好性。

響度是衡量聲音強度的心理聲學參數(shù)，單位為Sones，計算方法可參考國際標準ISO 532B。本文中采用的計算方法為Head Artemis軟件中的Filter / ISO 532B計算方法。

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

經(jīng)研究表明，主觀評價好的車輛關(guān)門聲有著共同的客觀特征，各客觀評價參數(shù)（響度、尖銳度）數(shù)值均較小。

1.3 時頻圖

除了采用峰值響度和峰值尖銳度對關(guān)門聲進行客觀評價外，通常還需要采用時頻圖對振顫、異響等現(xiàn)象進行分析，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，主觀評價好的關(guān)門聲，其時頻圖應(yīng)包含以下特征[6]：（1）初始沖擊的時間應(yīng)保持在一定時間范圍內(nèi)，約0.1 s左右。（2）聲信號中的高頻成分應(yīng)較少。（3）低頻段的聲信號應(yīng)持續(xù)較長的時間，約0.4 ～0.5 s左右。Blommer等人在分析視頻圖的基礎(chǔ)上，提出可以通過分析響度隨時間的曲線，對車門關(guān)門聲多次沖擊現(xiàn)象加以分析[7]。

盡管基于時頻圖，可以對鳴鈴、異響等現(xiàn)象加以分析判斷，但由于沒有相應(yīng)的量化模型，所以在車門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(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，對車輛關(guān)門聲等瞬態(tài)沖擊噪聲的聲品質(zhì)研究具有重要意義。

表1 調(diào)查對象

2 尖銳度溢值

2.1 調(diào)查對象

為研究車輛關(guān)門聲客觀測試數(shù)據(jù)與主觀評價之間的關(guān)系，本文選取了市場上較為常見的不同車系、不同品牌的多款車型，見表1。

采樣試驗在半消聲室內(nèi)（背景噪聲低于1 Sone）進行，關(guān)門速度均為1.2 m/s，使用的設(shè)備為Head HMS III仿真頭。為簡化樣本數(shù)量，本文僅對各車型左前門(駕駛員位置)的車外關(guān)門聲進行分析評價。圖1和圖2分別為通過分析所得的各車輛關(guān)門聲的峰值響度和峰值尖銳度。從圖中可以看出，雖然各車輛在價格、級別和車型之間差異很大，但峰值響度和峰值尖銳度之間差異并不大，不超過30%。

2.2 尖銳度隨時間的衰減曲線

尖銳度隨時間的衰減曲線可以反映出時頻圖中對應(yīng)的各種信息。若低頻成分衰減較快，主觀感覺關(guān)門聲不夠厚實，尖銳度會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，尖銳度隨時間的衰減過程中會出現(xiàn)波動和短暫上升的現(xiàn)象。所以尖銳度隨時間的衰減曲線比峰值尖銳度更能夠反映關(guān)門聲各方面的特點。

圖3為某車門尖銳度隨時間的變化曲線。關(guān)門開始前，此時背景噪聲非常低，但反映聲信號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，尖銳度上升至峰值；在衰減過程中，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)門聲信號進一步降低，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算

基于以上分析，本文提出了尖銳度隨時間的參考曲線，方法如下。

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

（2）去除波動較大的衰減曲線 (尖銳度隨時間衰減的曲線存在鼓包的車型，其主觀評價均較差；而主觀評價較好的車型，其尖銳度隨時間衰減的曲線特點比較一致。這一點在下文的主觀評價試驗中得到了驗證)。

（3）將較好的車輛關(guān)門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（僅計算參考曲線以上的積分面積），得出各車型關(guān)門聲的尖銳度溢值。

3 客觀測試數(shù)據(jù)與偏好性之間的關(guān)系

3.1 主觀評價試驗

理想的主觀評價試驗應(yīng)該是讓評價人員在特定的環(huán)境中對真實的關(guān)門聲做評價，但由于條件限制，本文的主觀評價試驗是讓評價人員在試驗室內(nèi)通過聲信號回放設(shè)備進行評價，采用的回放設(shè)備為Head PEQ V和HD600耳機。通過回放設(shè)備進行評價，可以避開視覺和觸覺的影響，且可以對各信號進行預(yù)處理，試驗重復(fù)性好，但聲信號回放時可能存在一定程度的失真[8]。

共有17人參與了主觀評價試驗，均為熟悉評價對象和評價方法的工程師，無聽力障礙。評價過程中，評價人員不被告知相應(yīng)的車輛信息，以避免品牌信息的干擾。評分方法采用以評分法和語義微分法為基礎(chǔ)的等間隔直接單尺度評分法。為了驗證試驗的準確性和可重復(fù)性，同一組評價人員采用同樣的試驗方法進行了兩次相互獨立的重復(fù)性試驗。

主觀評價試驗后，根據(jù)重測信度和評分者信度剔除了5名評價者的數(shù)據(jù)。誤判數(shù)據(jù)剔除后，重測信度超過了0.75，評分者信度超過了0.8，屬于可接受的信度范圍，可以認為本主觀評價試驗是合理可靠的。

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有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，根據(jù)孟子厚等人的主觀評價試驗認為優(yōu)異的關(guān)門聲應(yīng)該厚實低沉，所以僅通過峰值尖銳度不能夠反映出關(guān)門聲厚實低沉等特點，即尖銳度不僅要在碰撞初始階段數(shù)值較小，還要在衰減過程中能夠單調(diào)下降，并持續(xù)一段時間。

故可以借助上面討論的尖銳度溢值作為衡量關(guān)門聲的客觀評價量，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)門聲偏好性的相關(guān)性達0.81，明顯高于峰值響度和峰值尖銳度與關(guān)門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價車輛關(guān)門聲的客觀評價量。

此外，雖然尖銳度溢值與主觀評價偏好性的相關(guān)性較好，但在主觀評價試驗中，通過評分者前后評分的一致性和評分者之間的一致性發(fā)現(xiàn)，評分者的評分標準存在一定的波動，個體之間的差異也較大。所以在實際應(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，用以對關(guān)門聲進行評級，而不是在回歸模型的基礎(chǔ)上，簡單地根據(jù)分值來衡量車輛關(guān)門聲品質(zhì)的好壞。

4 結(jié)論

本文通過分析車輛關(guān)門時尖銳度隨時間的衰減曲線，提出了以尖銳度溢值代替峰值尖銳度做為衡量關(guān)門聲品質(zhì)的客觀評價參數(shù)。通過車輛關(guān)門聲的客觀測試和主觀評價試驗發(fā)現(xiàn)，尖銳度溢值能夠更好地反映關(guān)門聲時頻圖中信號變化的信息，與主觀偏好性之間的相關(guān)性較高，可以在關(guān)門聲客觀評價中代替尖銳度。

[1]MALEN D E，AMMAN R. Improving Automobile Door-closing Sound for Customer Preference[J]. Noise Control Engineering Journal，1993，41(1)：261-271.

[2]PETNIUNAS A，OTTO N C，AMMAN S. Door System Design for Improved Closure Sound Quality[C].SAE Paper 1999-01-1681

[3]PARIZET E，GUYADER E，NOSULENKO V.Analysis of Car Door Closing Sound Quality[J]. Applied Acoustics，2008，69(1)：12-22.

[4]LEE H S，KWON O J，LEE J H. Modeling of Door Slam Noise Index by Using Sound Quality Metric[C].SAE Paper 2007-01-2394.

[5]王佐民. 噪聲與振動測量[M]. 北京：科學出版社，2009：99-100.Wang Zuomin. Noise and Vibration Measurement[M].Beijing：Science Press，2009：99-100.(in Chinese)

[6]HAMILTON D. Sound Quality of Impulsive Noises：an Applied Study of Automotive Door Closing Sounds[C].SAE Paper 1999-01-1684.

[7]BLOMMER M，YANG B，VANDENBRINK K.Detecting and Classifying Secondary Impacts in Door Closing Sound[C]. SAE Paper 2005-01-2471.

[8]毛東興. 聲品質(zhì)研究與應(yīng)用進展[J]. 聲學技術(shù)，2007，26(1)：159-164.Mao Dongxing. Progress in Sound Quality Research and Application[J]. Technical Acoustics，2007，26(1)：159-164.(in Chinese)