车辆关门声品质评价方法的研究

蔺磊，顾彦，蔺玉辉，闫兵

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

随着汽车工业的发展， NVH（Noise，Vibration，Harshness）性能开发已不仅仅局限于降低产品的噪声和振动，而是应该进一步提高车辆品质，使其能够满足客户的心理需求。其中，作为车辆NVH特性的第一印象，关门声品质就有着非常重要的意义，直接影响着客户对整车品质的评价。所以，国内外许多汽车厂商都投入了大量的成本来提高汽车关门声品质[1-3]。

目前，在关门声客观评价指标方面，一般采用峰值响度和峰值尖锐度，但是对于振颤、异响等现象仍要基于时频图进行分析判断，还没有相应的量化模型[4]。本文在尖锐度随时间变化曲线的基础上，提出了以尖锐度溢值代替峰值尖锐度作为关门声的客观评价指标，认为其能更好地反映时频图的信息，并通过12个车辆关门声的客观测量分析和主观评价试验加以分析验证。

1 关门声的传统客观评价方法

1.1 关门声的采样

为避免背景噪声的影响，车辆关门声的采样应在半消声室内进行。关门声采样过程中，测试设备的安放位置应模拟人体所处的感受位置。车外测点通常选取距离车身1 m、高度1.6 m的位置，车内则选取驾驶员或副驾驶的位置。关门速度一般采用等关门速度或等关门力度进行控制。考虑到车辆型号、车门重量、密封条等差异，实际关门力的差异会非常大，所以本文建议采用等关门速度对不同车辆的关门声进行对比分析。

此外，由于人体会改变声场特性，从而影响到人耳对声源的感知，所以需要使用仿真头来模拟人耳的听觉效果进行录音。这样，在声信号重放和客观分析时，才能获得很好的逼真度和立体声效果[5]。

1.2 峰值响度、峰值尖锐度

目前，研究关门声品质，常用的客观评价指标有声压级、峰值响度和峰值尖锐度等。其中，响度和尖锐度是用以反映人对声音感知的心理声学参数，能够更好地反映人对关门声品质的偏好性。

响度是衡量声音强度的心理声学参数，单位为Sones，计算方法可参考国际标准ISO 532B。本文中采用的计算方法为Head Artemis软件中的Filter / ISO 532B计算方法。

尖锐度是评价声音信号中高频成分主观感受的心理声学参数，单位为Acum。目前尖锐度仍没有统一的计算方法，但一般都是基于特征频带响度进行积分。本文采用的计算方法为Aures所提出的计算方法。

经研究表明，主观评价好的车辆关门声有着共同的客观特征，各客观评价参数（响度、尖锐度）数值均较小。

1.3 时频图

除了采用峰值响度和峰值尖锐度对关门声进行客观评价外，通常还需要采用时频图对振颤、异响等现象进行分析，相应的分析方法有傅立叶变换或小波分析等。

Hamilton等人根据研究提出，主观评价好的关门声，其时频图应包含以下特征[6]：（1）初始冲击的时间应保持在一定时间范围内，约0.1 s左右。（2）声信号中的高频成分应较少。（3）低频段的声信号应持续较长的时间，约0.4 ～0.5 s左右。Blommer等人在分析视频图的基础上，提出可以通过分析响度随时间的曲线，对车门关门声多次冲击现象加以分析[7]。

尽管基于时频图，可以对鸣铃、异响等现象加以分析判断，但由于没有相应的量化模型，所以在车门系统结构设计和优化等应用中存在着许多不足。所以建立相应的分析模型，对车辆关门声等瞬态冲击噪声的声品质研究具有重要意义。

表1 调查对象

2 尖锐度溢值

2.1 调查对象

为研究车辆关门声客观测试数据与主观评价之间的关系，本文选取了市场上较为常见的不同车系、不同品牌的多款车型，见表1。

采样试验在半消声室内（背景噪声低于1 Sone）进行，关门速度均为1.2 m/s，使用的设备为Head HMS III仿真头。为简化样本数量，本文仅对各车型左前门(驾驶员位置)的车外关门声进行分析评价。图1和图2分别为通过分析所得的各车辆关门声的峰值响度和峰值尖锐度。从图中可以看出，虽然各车辆在价格、级别和车型之间差异很大，但峰值响度和峰值尖锐度之间差异并不大，不超过30%。

2.2 尖锐度随时间的衰减曲线

尖锐度随时间的衰减曲线可以反映出时频图中对应的各种信息。若低频成分衰减较快，主观感觉关门声不够厚实，尖锐度会较快地上升至背景噪声的水平。若存在鸣铃和异响等现象，由于某些频率的声音未能单调衰减，尖锐度随时间的衰减过程中会出现波动和短暂上升的现象。所以尖锐度随时间的衰减曲线比峰值尖锐度更能够反映关门声各方面的特点。

图3为某车门尖锐度随时间的变化曲线。关门开始前，此时背景噪声非常低，但反映声信号频率成分分布的尖锐度数值却较高，约1.5 Acum左右。初始冲击时，尖锐度上升至峰值；在衰减过程中，由于高频成分衰减快，低频成分衰减慢，尖锐度逐步降低。随着关门声信号进一步降低，尖锐度逐步又上升至背景噪声的水平。

2.3 参考曲线的提出与溢值的计算

基于以上分析，本文提出了尖锐度随时间的参考曲线，方法如下。

（1）将响度为5 Sone做为关门声的起始时间，并列出各车型尖锐度随时间的衰减曲线，如图4所示。

（2）去除波动较大的衰减曲线 (尖锐度随时间衰减的曲线存在鼓包的车型，其主观评价均较差；而主观评价较好的车型，其尖锐度随时间衰减的曲线特点比较一致。这一点在下文的主观评价试验中得到了验证)。

（3）将较好的车辆关门声衰减曲线均值或拟合曲线做为参考曲线。

（4）将各曲线与参考曲线相比较（仅计算参考曲线以上的积分面积），得出各车型关门声的尖锐度溢值。

3 客观测试数据与偏好性之间的关系

3.1 主观评价试验

理想的主观评价试验应该是让评价人员在特定的环境中对真实的关门声做评价，但由于条件限制，本文的主观评价试验是让评价人员在试验室内通过声信号回放设备进行评价，采用的回放设备为Head PEQ V和HD600耳机。通过回放设备进行评价，可以避开视觉和触觉的影响，且可以对各信号进行预处理，试验重复性好，但声信号回放时可能存在一定程度的失真[8]。

共有17人参与了主观评价试验，均为熟悉评价对象和评价方法的工程师，无听力障碍。评价过程中，评价人员不被告知相应的车辆信息，以避免品牌信息的干扰。评分方法采用以评分法和语义微分法为基础的等间隔直接单尺度评分法。为了验证试验的准确性和可重复性，同一组评价人员采用同样的试验方法进行了两次相互独立的重复性试验。

主观评价试验后，根据重测信度和评分者信度剔除了5名评价者的数据。误判数据剔除后，重测信度超过了0.75，评分者信度超过了0.8，属于可接受的信度范围，可以认为本主观评价试验是合理可靠的。

3.2 客观数据与偏好性

图5和图6分别给出了峰值响度和峰值尖锐度与偏好性之间的相关性。从图中可以看出，峰值响度和偏好性的相关性较高。而峰值尖锐度和偏好性之间却没有表现出明显的相关性，根据孟子厚等人的主观评价试验认为优异的关门声应该厚实低沉，所以仅通过峰值尖锐度不能够反映出关门声厚实低沉等特点，即尖锐度不仅要在碰撞初始阶段数值较小，还要在衰减过程中能够单调下降，并持续一段时间。

故可以借助上面讨论的尖锐度溢值作为衡量关门声的客观评价量，并分析其与偏好性之间的相关性，如图7所示。

由图7可以看出，尖锐度溢值与关门声偏好性的相关性达0.81，明显高于峰值响度和峰值尖锐度与关门声偏好性之间的相关性，且由于尖锐度溢值包含峰值尖锐度信息，所以尖锐度溢值可以代替峰值尖锐度，能够更好地做作为评价车辆关门声的客观评价量。

此外，虽然尖锐度溢值与主观评价偏好性的相关性较好，但在主观评价试验中，通过评分者前后评分的一致性和评分者之间的一致性发现，评分者的评分标准存在一定的波动，个体之间的差异也较大。所以在实际应用中，建议将响度和尖锐度溢值均设定成一定的推荐范围，用以对关门声进行评级，而不是在回归模型的基础上，简单地根据分值来衡量车辆关门声品质的好坏。

4 结论

本文通过分析车辆关门时尖锐度随时间的衰减曲线，提出了以尖锐度溢值代替峰值尖锐度做为衡量关门声品质的客观评价参数。通过车辆关门声的客观测试和主观评价试验发现，尖锐度溢值能够更好地反映关门声时频图中信号变化的信息，与主观偏好性之间的相关性较高，可以在关门声客观评价中代替尖锐度。

[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. 噪声与振动测量[M]. 北京：科学出版社，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]毛东兴. 声品质研究与应用进展[J]. 声学技术，2007，26(1)：159-164.Mao Dongxing. Progress in Sound Quality Research and Application[J]. Technical Acoustics，2007，26(1)：159-164.(in Chinese)