康家勇
(奇瑞汽车股份有限公司试验和整车技术工程院, 安徽芜湖 241006)
目前, 随着人们物质生活的提高, 消费者对汽车空调舒适度要求也越来越高, 而对于噪声这显性的评价要求更高。 为了使汽车空调在噪声舒适度方面有所提高, 对于单体部件的要求也更加严格, 因此在新产品研发初期阶段, 应根据产品的自身特点和结合整车状况, 制定合理有效的测试方案及方法, 加强产品开发初期验证的充分性。
由声学知识可知, 为了模拟人耳听觉在不同频率下有不同的灵敏性, 在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性, 就是将电信号修正为与听感近似值的网络, 这种网络叫作计权网络。 通过计权网络所测得的声压级, 已不再是客观物理量的声压级(叫线性声压级), 而是经过听感修正的声压级, 叫作计权声级或噪声级。 计权(又叫加权) 参数是在对频响曲线进行了一些加权处理后测得的参数。
为了更真实地反映人的主观听感, 对低频和高频都加以适度的衰减, 这样中频便更突出。 把这种加权网络接在被测器材和测量仪器之间, 于是器材中频噪声的影响就会被该网络 “放大”, 换言之,对听感影响最大的中频噪声被赋予了更高的权重。根据所使用的计权网不同, 分别称为A声级、 B声级和C声级, 声级计单位记作dB (A)、 dB (B) 和dB(C)。 A计权声级是模拟人耳对55 dB以下低强度噪声的频率特性; B计权声级是模拟55 dB~85 dB的中等强度噪声的频率特性; C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性; 三者之间的主要区别是对噪声低频成分的衰减程度不同, A衰减最多, B次之, C最少。 A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性, 因此在噪声测量中应用是最广泛的一种; 所以, 这里我们所说的汽车空调HVAC总成的噪声评价, 也是采用A声级来进行评价噪声的量。
图1所示的方框图是声音信号的输入转换过程。即由传声器将声信号转换成需要的电信号, 此时的信号是比较微弱的, 为了能够推动下一级电路, 需要将信号进行放大, 然后根据仪器的量程范围, 再将信号通过衰减器转换成合适的信号 (衰减器实际上也就是量程转换开关的一种), 再将信号放大来推动下一级电路。 在此, 为了能正确地反映被测对象的实际状态, 必须对所测量的值进行修正 (也就是加权), 即在测量噪声时还需要通过一个与听觉频率特性等效的滤波器。
1) 试验室内的本底噪声值与被测样件的噪声值差值应不小于10 dB (A)。
2) 试验室内的环境条件通常情况下按照常温条件, 额定工作电压按QC/T 413—2002中4.1的规定进行, 特殊条件可按照实际检测需求进行设定。
1) 测试前首先打开测试软件界面, 利用声级校准器 (可产生频率为1 000 Hz, 声压级为94 dB的恒定声压级, 精度为±0.3 dB) 将测试仪器进行校准; 然后确保试验室内无任何的发声源、 关好隔音门、 无外界干扰的条件下, 对试验室内的本底噪声进行测试并做好记录。
2) 将被测试的样件固定在图2所示的测试台面上, 传感器按照图3所示进行布置。 然后利用直流稳压电源给样件通入额定工作电压 (鼓风机工作时的端电压, 不是稳压电源设备的显示值, 因此, 一定要用万用表进行核对), 其次, 需要确认HVAC总成内的运动机构功能正常与否, 要采用与之相匹配的控制器对HVAC总成内的各个模式进行调节, 观察是否能够正常工作, 同时, 在通过用控制器调节的过程中, 需要注意观察各风门动作情况及电机运转时是否有异常声音产生, 在此过程中我们通过耳朵的听觉来感受是否有不舒服的声音。 在这里需要强调两点: 第一, 我们在听的时候, 耳朵与被测样件需要保持有一定的距离 (推荐1 m) 及角度 (推荐45°); 第二, 被测样件在各个模式下的各个方位都要听。
1) 主观评价 在试验室内若发现被测样件有异常声音时, 首先我们让被测样件在额定工作电压下运行20 min, 也就是进行预热处理, 若预热后,异音依然存在的话, 再看一下频谱是否有异常, 若频谱显示也异常 (排除软件自校准错误等), 那就可以断定这个被测样件肯定是有问题的; 若主观感受有异常声音, 但是频谱显示正常, 对此, 对于比较难以断定的异常声音, 建议可多人进行辨别, 进行评审决定。
2) 软件频谱分析 (案例分析) 若发觉异常噪声后, 建议按图4的要求进行频谱分析, 计算最大的相邻频带噪声差值。 并进入试验室, 将噪声测试探头的位置放在感觉异常噪声最明显的位置, 重新进行测试、 计算最大的相邻频带噪声差值。
观察40 Hz~10 kHz的频带内是否有类似图4形状的尖峰波形频谱, 分别计算出峰顶与左右峰谷的相邻频带噪声差值DL和DR, 取左右两侧最大差值作为相邻频带噪声差值D。 左右峰谷的相邻频带噪声差值的计算方法为: ①D2<D1则D=D1(见图4a); ②D2≥D1则D=D1+D2(见图4b)。 异音值判断可参考表1, 异音类型可参考表2。
表1 异音值判断
表2 异音类型
若测试过程中出现异常现象, 首先根据具体问题具体分析, 不能盲目下结论, 譬如: 若噪声值超标、并且无异常声音和频谱异常现象, 我们首先应考虑软件有无问题(仔细检查通道各参数设置, 量程有无自校准等), 其次检查测试电压是否过高, 再次, 检查传感器是否受潮等, 所以一旦出现异常现象, 我们首先从试验室自身查, 然后再考虑外界的干扰。
外界干扰现象排查: 试验过程中或试验前检测背景噪声时, 若发现频谱间断性变化 (图4), 应检查试验室周围有无震源, 若发生有震源, 当震源停止时, 频谱趋于正常, 即可说明此试验室隔震措施防护不当, 应及时进行整改 (建议在试验室周围,通过深坑的方式进行隔震)。
基于上述的分析, 异音的判断主要是靠主观听觉和频谱分析, 而噪声合格与否, 需结合3个方面来分析: ①噪声值是否满足要求 (判定标准为产品技术要求), 例如: 一个新开发的样件, 测试M1、M2位置点的噪声值分别为66.5 dB (A)、 67.3 dB(A), 而要求为66 dB (A), 从测试数据看M1点只差了0.5 dB (A), 但结果判定仍然不合格; ②主观听觉无异常; ③频谱显示无异常。 只有这3个条件同时满足时, 我们才可以判定噪声合格。 另外, 噪声测试过程中, 需要在不同的角度和位置来听是否有异常声音, 若发现某部位有异音(低频的“嗡嗡”声), 可用手去触摸, 感觉是否有共振等现象。 这些分析主要来源于笔者的长期实践, 因此, 噪声方面的测试一定要仔细、 认真、 多听、 多观察, 善于发现问题和分析解决问题, 相信这对以后的工作会有很大的帮助。