車輛關門聲品質評價方法的研究

藺磊，顧彥，藺玉輝，閆兵

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 201804）

隨著汽車工業的發展， NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能開發已不僅僅局限于降低產品的噪聲和振動，而是應該進一步提高車輛品質，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，關門聲品質就有著非常重要的意義，直接影響著客戶對整車品質的評價。所以，國內外許多汽車廠商都投入了大量的成本來提高汽車關門聲品質[1-3]。

目前，在關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、異響等現象仍要基于時頻圖進行分析判斷，還沒有相應的量化模型[4]。本文在尖銳度隨時間變化曲線的基礎上，提出了以尖銳度溢值代替峰值尖銳度作為關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個車輛關門聲的客觀測量分析和主觀評價試驗加以分析驗證。

1 關門聲的傳統客觀評價方法

1.1 關門聲的采樣

為避免背景噪聲的影響，車輛關門聲的采樣應在半消聲室內進行。關門聲采樣過程中，測試設備的安放位置應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，車內則選取駕駛員或副駕駛的位置。關門速度一般采用等關門速度或等關門力度進行控制。考慮到車輛型號、車門重量、密封條等差異，實際關門力的差異會非常大，所以本文建議采用等關門速度對不同車輛的關門聲進行對比分析。

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，研究關門聲品質，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，能夠更好地反映人對關門聲品質的偏好性。

響度是衡量聲音強度的心理聲學參數，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，單位為Acum。目前尖銳度仍沒有統一的計算方法，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。

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

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、異響等現象進行分析，相應的分析方法有傅立葉變換或小波分析等。

Hamilton等人根據研究提出，主觀評價好的關門聲，其時頻圖應包含以下特征[6]：（1）初始沖擊的時間應保持在一定時間范圍內，約0.1 s左右。（2）聲信號中的高頻成分應較少。（3）低頻段的聲信號應持續較長的時間，約0.4 ～0.5 s左右。Blommer等人在分析視頻圖的基礎上，提出可以通過分析響度隨時間的曲線，對車門關門聲多次沖擊現象加以分析[7]。

盡管基于時頻圖，可以對鳴鈴、異響等現象加以分析判斷，但由于沒有相應的量化模型，所以在車門系統結構設計和優化等應用中存在著許多不足。所以建立相應的分析模型，對車輛關門聲等瞬態沖擊噪聲的聲品質研究具有重要意義。

表1 調查對象

2 尖銳度溢值

2.1 調查對象

為研究車輛關門聲客觀測試數據與主觀評價之間的關系，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（背景噪聲低于1 Sone）進行，關門速度均為1.2 m/s，使用的設備為Head HMS III仿真頭。為簡化樣本數量，本文僅對各車型左前門(駕駛員位置)的車外關門聲進行分析評價。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的各種信息。若低頻成分衰減較快，主觀感覺關門聲不夠厚實，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象，由于某些頻率的聲音未能單調衰減，尖銳度隨時間的衰減過程中會出現波動和短暫上升的現象。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），得出各車型關門聲的尖銳度溢值。

3 客觀測試數據與偏好性之間的關系

3.1 主觀評價試驗

理想的主觀評價試驗應該是讓評價人員在特定的環境中對真實的關門聲做評價，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通過聲信號回放設備進行評價，采用的回放設備為Head PEQ V和HD600耳機。通過回放設備進行評價，可以避開視覺和觸覺的影響，且可以對各信號進行預處理，試驗重復性好，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性試驗。

主觀評價試驗后，根據重測信度和評分者信度剔除了5名評價者的數據。誤判數據剔除后，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 客觀數據與偏好性

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性。從圖中可以看出，峰值響度和偏好性的相關性較高。而峰值尖銳度和偏好性之間卻沒有表現出明顯的相關性，根據孟子厚等人的主觀評價試驗認為優異的關門聲應該厚實低沉，所以僅通過峰值尖銳度不能夠反映出關門聲厚實低沉等特點，即尖銳度不僅要在碰撞初始階段數值較小，還要在衰減過程中能夠單調下降，并持續一段時間。

故可以借助上面討論的尖銳度溢值作為衡量關門聲的客觀評價量，并分析其與偏好性之間的相關性，如圖7所示。

由圖7可以看出，尖銳度溢值與關門聲偏好性的相關性達0.81，明顯高于峰值響度和峰值尖銳度與關門聲偏好性之間的相關性，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現，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。所以在實際應用中，建議將響度和尖銳度溢值均設定成一定的推薦范圍，用以對關門聲進行評級，而不是在回歸模型的基礎上，簡單地根據分值來衡量車輛關門聲品質的好壞。

4 結論

本文通過分析車輛關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門聲品質的客觀評價參數。通過車輛關門聲的客觀測試和主觀評價試驗發現，尖銳度溢值能夠更好地反映關門聲時頻圖中信號變化的信息，與主觀偏好性之間的相關性較高，可以在關門聲客觀評價中代替尖銳度。

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