整车隔声主客观相关性分析研究

姜 豪 1,2 ,张思文 1,2 ,徐小敏 1,2 ,杨 亮 1,2

(1. 汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆 401120;2. 长安汽车工程研究总院,重庆 401120)

        摘  要:本文采用统计学分析方法对整车客观隔声量与主观评分的相关性进行了研究。整车隔声数据在混响室内进行测试,  采用整车隔声衰减量衡量隔声水平。20 名工程师采用成对比较法在音质评价间对 6 辆商品车的整车隔声进行主观评价。整车隔声量与隔声水平主观评分的相关性分析结果表明,主观评分与2KHz-4KHz 频率段的整车隔声水平相关性最高,相关系数为0.99, 该结论可用于指导整车隔声水平的评价、预测、定标与优化。

        关键词:整车隔声量; 混响室; 主观评价; 成对比较法; 相关性分析 

        中图分类号:TB53        文献标识码:A

        整车空气声隔声水平是影响车内顾客乘坐舒适性的重要影响因素之一[1] 。当顾客开车进入高速公路、进入隧道或在地下停车场的时候,他们经常抱怨整车隔声水平较差的问题。因此,在整车NVH开发过程中,整车隔声水平开发显得至关重要。

        整车隔声水平的主观评价更加贴近用户主观感受,因此,主观评价技术在整车NVH开发过程中十分重要。工程师采用综合主观评价方法,可在特定道路或特定工况下对车辆隔声水平进行评价。基于该方法,一些学者[2,3,4,5,6,7]对声品质的主观评价和心理声学指标的客观预测进行了研究。 但是,该评价方法受噪声源影响较大,不能区分空气声与结构声。

        目前较少研究对整车隔声的客观测试数据和主观评分进行相关性分析,NVH 开发人员无法从客观测试数据估计得出主观评分。

        为解决传统研究方法的局限性,本文提出了一种基于混响室的整车隔声测试与主观评价方法,并对客观测试数据和主观评分进行了相关性研究。为消除结构声影响与改善测试数据的一致性,车辆在稳态工况下进行噪声测试。测试车辆放置于满足声场一致性要求的混响室, 进行隔声水平测试,并在音质评价间通过回放测试数据对隔声水平进行主观评价, 最后对整车隔声量与隔声水平主观评分进行相关性分析。

1 声场一致性验证

        测试车辆放置于混响室, 会影响混响声场并影响评价结果。为更好的评价该影响,对混响室内无车辆、一辆车和两辆车三种声学环境进行了测试。其中,功率放大器采用B&K 2716型功率放大器,  声源采用 B&K 4292型球形声源, 前端采用3050-B-060 B&K数采前端。各测点位置测试数据的三分之一倍频程声压级标准差如图1所示,并与 ASTME90[8,9]要求的极限值进行了比较。

图 1  车辆数量对混响声场的影响

        从该图可以看出, 混响室车辆数量对声场影响较大, 当数量为两辆及以上时,声压级标准差超过了ASTM  E90的标准极限值。因此,该混响室不能同时进行两辆及以上车辆的测试与评价, 不同车辆的整车隔声水平测 试与评价需依次进行。

        为考虑测量误差与车辆尺寸对混响声场的影响,在保持声源强度与车辆停放位置不变的条件下,本文对6辆不同车型的车外声场进行了测试。在不同车辆测试过程中,测点位置保持不变, 6辆车共采集了6组数据,  每组数据采集7次。图2表示车辆尺寸和测试误差对三分之一倍频程声压级标准差的影响。从图中可以看出,  测试误差引起的标准差远小于极限值,车型尺寸引起的误差可接受, 表明在混响室对该6辆车依次进行整车隔声水平客观测试与主观评价具有可信性。

图 2  车型尺寸与测试误差对混响声场的影响

2 信号采集与数据处理

        整车隔声性能通常以隔声量来衡量,即采用车外声压与车内声压的差值来表示。为消除结构声与改善测试 数据的一致性,测试车辆静置于混响室内固定位置, 如图3所示。本文采用B&K 4292型球形声源产生白噪声, 车外布置5处噪声采集点,车内布置6处噪声采集点。

        其中,车内测点为主驾驶座椅内外耳位置 (FLL、FLR), 副驾驶座椅内外耳位置(FRL、FRR),后排乘客座椅外耳位置 (RLL、RRR), 如图4所示。车外声压采用车外5个测点的平均值表示,车内声压采用车内6个测点的平均值表示, 整车隔声量为车外平均声压减车内平均声压得到, 即           (1) 

其中,为车体外平均声压级, 为车体内平均声压级, 值越大表明整车隔声水平越好。

图 3  某车型整车隔声量测试

图 4 混响室车体内外噪声测试点分布

3 数据回放与主观评价

        本文将混响室采集的噪声数据进行回放, 便于工程师对整车隔声性能进行主观评价。主观评价有等级评分法和成对比较法等等,每种评价方法各有优缺点, 没有一种评价方法适用于所有情况。本文采用成对比较法进行整车隔声的主观评价, 该方法具有较强的可操作性,  对缺乏经验的工程师同样适用。其基本原理如下:假定两辆车A与B , 若A 车水平优于B车,则分数为2 : 0; 若A车与B车水平相当, 则分数为1 : 1 ; 若A车水平差于B车,则分数为0 : 2 , 如表1所示。本文共收集了20名经验丰富的 NVH 工程师的主观评价结果。

表 1 成对比较法的计分规则

4 相关性分析

        6 辆车的整车隔声量通过车内外麦克风平均声压级差值获得,为便于测试结果与主观评分进行相关性分析, 整车隔声量选取一定频率段的声压级平均值来衡量。不同车辆的整车隔声量随三分之一倍频程的变化如图 5所示。

        从图中可以看出,在2KHz频率以下, 不同车辆的整车隔声量比较接近, 几乎随频率线性增加, 表明不同车

辆的整车隔声水平相当。然而,不同车辆的整车隔声水平在 2KHz-4KHz 相差较大。在5KHz以上时, 除了车辆 A,其他车辆的隔声水平比较接近。

图 5 不同车辆的整车隔声量水平

        隔声曲线的变化可用隔声原理解释, 根据质量定律, 200Hz-2KHz的整车隔声量取决于隔声部件的面密度, 因此随频率线性增加。由于整车玻璃的吻合效应, 2KHz-4KHz的整车隔声量存在下掉现象, 然后在4KHz以上随频率线性增加。根据以上的分析结果, 整车隔声量分别在200Hz-2KHz、2KHz-4KHz和4KHz-8KHz频率段范围内进行平均处理,结果如表2所示。

        在工程实际应用中,可根据隔声定律对该三段频率段的隔声量进行改善。为了改善2KHz以下的隔声量,工程师应当采用更重或则更厚的地毯、前壁板隔音垫和车窗玻璃,与此同时,这些措施会增加整车重量与成本。 为降低整车玻璃的吻合效应,前风挡玻璃与侧窗玻璃可采用隔音PVB玻璃 , 2KHz-4KHz内的隔声量可改善2-5dB[10]。该结论可从图5中看出, A与D车的前风挡玻璃为隔音PVB玻璃, 故其2KHz-4KHz的隔声量较其他车型高。

        主观评分结果如表3所示,从表中可以看出整车隔声评分为 A>D>E>F>B>C , 表明A车的隔声水平最好, C车的隔声水平最差。主观评分进行归一化处理,得出主观评分的归一化参数,后面数据分析均采用归一化参数。

表 2 不同频率段的平均隔声量 单位: dB

表 3 整车主观评分

        整车隔声量与主观评分指标均可反映整车隔声水平。由于缺乏整车隔声量与主观评分的相关性关系,当车辆无主观评分结果时,工程师难以从客观测试结果做出主观评分的正确判断。为建立该关系,图6、 图7和图8分析计算了不同频率段的整车隔声量与主观评分的相互关系, 皮尔森相关系数r用于表示不同变量间的相关程 度。从图中可以看出,主观评分主要与 2KHz-4KHz 范围内的隔声量相关,其次是 4KHz-8KHz,而与 2KHz 以下的隔声量基本无关。该结果表明,整车隔声的主观评分主要与 2KHz 以上的隔声量相关,主要为2K-4KHz 频率段。

图 6  主观评分与200Hz-2KHz整车隔声量相关性分析

图 7  主观评分与2KHz-4KHz整车隔声量相关性分析

图 8  主观评分与4KHz-8KHz整车隔声量相关性分析

        通过相关性分析可知, 整车隔声主观评分主要取决于2KHz-4KHz 频率范围的平均隔声量 ,其次为 4KHz-8KHz 频率范围的平均隔声量。该结论可帮助NVH工程师设定项目开发过程中整车隔声目标并为整车隔声水平优化提供改善方向。

5 结论

        本文在混响室内对整车隔声进行了客观测试与主观评价, 并对客观测试结果与主观评分进行了相关性研究, 结论如下:

1.首先对混响室声场进行了一致性验证,分析了不同车辆数量、车辆尺寸和测试误差对混响声场的影响,  结果表明该混响室内仅能同时摆放一辆车,车辆尺寸和测试误差对声学环境的影响可接受。

2.采用成对比较主观评价方法对不同车辆的隔声水平进行了评分,结果表明A车隔声水平最好, C车隔声水平最差。

3.整车隔声量与主观评分的相关性分析表明,主观评分与2kHz-4kHz 的平均隔声量相关性最高,相关系数

达0.99 , 故该频率段的平均隔声量可用于主观评分的目标设定。

参考文献

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