變速器聲品質評價方法研究

張教超， 強登科，莫詩婕

(陜西法士特齒輪有限責任公司,陜西西安 710119)

0 引言

隨著時代的進步，人們對商用車的要求已不僅僅是皮實耐用，對舒適性的要求也在不斷提高。而過去十幾年，隨著汽車NVH技術的不斷發展，發動機噪聲、風噪、路面噪聲得到了良好的控制，從而使得變速器的噪聲在車內噪聲中逐步凸顯出來。

目前，針對變速器噪聲性能，主要采用A計權聲壓級來評價，但是在變速器聲壓級滿足標準要求且無異響的條件下，變速器依然會發出讓人不舒服的聲音。A計權聲壓級僅僅是一個客觀物理量，而客戶在評價變速器噪聲時往往是從主觀感受來進行評價，因此單純使用A計權聲壓級來評價變速器噪聲水平已不夠全面、可靠。因而需要結合人的主觀感受來對變速器噪聲性能進行評價，即進行變速器聲品質評價。

針對聲品質的研究，國內主要集中在車內噪聲、車門關門聲等領域[1-3]，對變速器聲品質的研究很少，且主要集中在乘用車領域，如吳小珊[4]針對某乘用變速器噪聲進行了室內聲品質評價方法研究，施全等人[5]針對某乘用變速器嘯叫聲品質進行了RBF神經網絡預測與權重分析。針對商用車變速器聲品質，目前國內還未見有相關研究。

本文作者針對某商用變速器臺架加載噪聲，進行聲品質評價方法研究，包括變速器聲品質客觀參量測試計算、聲品質主觀評價、聲品質客觀參量與主觀評價結果的相關性分析，最終通過多元線性回歸建立聲品質主觀評價結果與客觀參量的數學模型。

1 變速器加載噪聲測試

1.1 測試工況

文中對1臺某6擋商用變速器進行加載噪聲測試，測試工況如表1所示。

表1 加載噪聲測試工況

1.2 傳感器布置

在被測變速器的左側布置1個測點，測點到變速器外廓的距離為1 m，測點的高度應與變速器輸入軸軸心線等高，如圖1所示。

圖1 傳聲器布置

1.3 聲品質客觀參量計算

試驗采用LMS多通道數據采集儀進行數據采集及分析。為減小主觀評價的工作量，對采集到的噪聲信號進行等間隔截取，最終每個擋位得到10個聲音樣本，每個聲音樣本時長為5 s。

采用LMS Test.lab軟件對每個聲音樣本的聲品質客觀參數進行計算，包括響度、尖銳度、粗糙度、抖動度、峭度、AI(語言清晰度)、SIL(語言干擾度)、音調度。計算結果如表2所示，由于篇幅有限僅呈現部分計算結果。

表2 1擋聲品質客觀參量計算結果

2 聲品質主觀評價

2.1 變速器聲品質定性評價

圖2和圖3分別為變速器某擋位加載噪聲隨轉速變化曲線和Colormap圖。從聲品質的角度分析，變速器噪聲純音和窄帶噪聲特征突出，且其從低頻到高頻覆蓋很寬的頻率范圍，純音和窄帶噪聲會增加人的主觀煩惱度程度。轉速的變化會導致聲壓級產生明顯的波動，同時頻譜結構以及頻率成分會發生變化，部分頻率成分位于人耳敏感位置處。聲壓級的波動會導致人耳感知到響度發生變化;頻譜結構及頻率成分的變化會引起音色及音調的變化;聲壓級的波動和頻率成分的變化會引起人耳穩定感的變化。這些因素的變化使得聲音的辨識度加強。整體上，變速器加載噪聲具有多維度聲學特征。

圖2 加載噪聲曲線

圖3 加載噪聲Colormap圖

2.2 聲品質主觀評價試驗方法

聲品質主觀評價試驗方法主要有排序法、成對比較法、等級評分法和語義細分法等[6]。綜合考慮主觀評價精度及工作量，文中選擇語義細分法進行變速器聲品質主觀評價試驗，同時為提高主觀評價結果的一致性與可靠性，借鑒了毛東興和張寶龍[7]提出的參考語義細分法。

首先通過專家咨詢法從大量描述聲音特征的形容詞中，挑選出12個可用于描述變速器加載噪聲特征的詞語，建立起變速器聲品質評價語義空間，如表3所示。文中最終選擇綜合評價指標“舒適-不舒適”作為變速器聲品質主觀評價指標，共劃分為11個等級，如表4所示。

表3 變速器聲品質評價語義空間

表4 主觀評價指標等級劃分

2.3 噪聲樣本預處理

通過專家咨詢法從1臺變速器所有聲音樣本中選擇了兩個主觀感受最差和最好的聲音樣本作為參考聲音樣本，評分分別為0和10。每個擋位截取的所有聲音樣本組成1個單獨的音頻文件，其組成方法如圖4所示，首先將兩個參考聲音樣本放在音頻文件的起始位置，參考聲音聽完后，會有一聲“叮”提示音，再依次將對應擋位的各聲音樣本按時間先后排列，每個聲音樣本聽1次，1個聲音樣本聽完后有5 s打分時間。

圖4 聽音流程

2.4 變速器聲品質主觀評價試驗

文中共選擇了24名評價主體進行主觀評價試驗，在試驗前進行了變速器噪聲特征及主觀評價試驗流程的培訓。由于條件限制，主觀評價試驗在安靜的辦公室進行。

文中采用Spearman相關分析來檢驗24名評價者評價結果的一致性[1]，計算結果如表5所示，其中3號、11號、17號評價主體的一致性較差，將其評價結果剔除。計算剩下21個評價者評價結果的平均值作為每個聲音樣本的最終主觀評價結果，如表6所示。

表5 主觀評價結果一致性

表6 聲品質主觀評價試驗結果

3 主觀評價與客觀參量相關性分析

文中采用Pearson相關系數[6]計算主觀評價結果與客觀參量的相關性。變速器聲品質主觀評價結果與客觀參量的Pearson相關系數計算結果如表7所示。從表7可以看出尖銳度、響度、A計權聲壓級與主觀評價結果的相關性較好。主觀評價結果與尖銳度、響度、A計權聲壓級的散點圖如圖5—6所示。其中對主觀舒適度影響最大的為尖銳度，反映了變速器臺架噪聲的高頻成分占比較大，嘯叫明顯，聲音主觀感受主要表現為尖銳、刺耳。

表7 主觀評價結果與客觀參數相關系數

圖5 尖銳度散點圖

圖6 響度散點圖

4 多元線性回歸

由相關分析可以看出尖銳度S、響度N與主觀舒適度SQ相關性較高，因此采用此兩個客觀參量作為變量，主觀舒適度作為因變量，建立多元線性回歸方程：

SQ=23.371 6-9.125 4S-0.022 5N

(1)

回歸模型擬合檢驗結果如表8所示。

表8 多元線性回歸檢驗

由表8可以看出，多元線性回歸方程相關系數為0.93，同時

f=81.1>F0.05(3,96)=2.70

(2)

因此，建立的線性回歸模型是顯著的[8]，具有較好的有效性。后續可通過測量變速器聲品質客觀參數，運用建立的數學模型預測主觀評價結果。

5 結論

文中針對某商用變速器加載噪聲聲品質評價方法進行了研究，得到如下結論：

(1)變速器加載噪聲聲品質主觀評價主要受到尖銳度、響度影響，其中影響最大的為尖銳度。

(2)尖銳度對主觀評價影響最大，表明所測商用變速器其加載噪聲高頻成分突出，嘯叫明顯，要改善變速器聲品質，必須要降低尖銳度水平。

(3)建立了變速器聲品質主觀舒適度與客觀參量尖銳度、響度的多元線性回歸模型，后續可通過測試客觀參量，運用建立的數學模型對主觀評價結果進行預測。