基于听觉相关量的怠速噪声诊断与声品质优化*

李洪亮苏丽俐,2王海洋,2边科胜

（1.中国汽车技术研究中心；2.天津大学 内燃机燃烧学国家重点实验室）

基于听觉相关量的怠速噪声诊断与声品质优化*

李洪亮1苏丽俐1,2王海洋1,2边科胜1

（1.中国汽车技术研究中心；2.天津大学 内燃机燃烧学国家重点实验室）

针对某自主SUV怠速时车内噪声较大、声品质较差的问题，利用听觉相关量分析得到声音采样中最易被人耳察觉的频率成分，采用噪声源分离方法查找噪声源并进行整改。采取性能优化措施后的测试数据表明，车内怠速N挡空调关工况声压级从43.86 dB（A）降低至37.5 dB（A），已达到同级别合资品牌SUV车型优秀水平，车内声品质主观评价得分提高。

1 前言

汽车声品质反映了作为评价主体的人对特定条件下声音的主观感觉。人耳能判断的最小声压级变化是3 dB（A），当怠速噪声在40 dB（A）以下时，杂乱的声音更易引起烦躁的情绪，因此一味降低车内声压级目标值收效甚微，而应更加关注声音的纯净度。

针对某自主品牌SUV怠速工况车内噪声较大、声音杂乱、声品质较差的问题，利用HEAD ArtemiS软件计算怠速车内声音听觉相关量，分析得到声音中人耳最敏感的频带，采用噪声分离方法查找噪声源并重点对其进行改进。此方法可以快速准确找到影响车内声品质贡献量最大的噪声源，不但解决了听觉感受与声压级水平不符问题，而且可以有效控制车辆开发周期及成本。

2 心理声学参数

常用的声学分析方法如Level vs.Time、FFT或1/n Octave，只是体现了时域和频域的声音能量分布，然而声音信号中通常承载着令人产生愉悦或烦躁的信息，以上几种方法不足以解释。心理声学（Psychoacous⁃tics）结合生理学和心理学在声音事件和听觉事件之间建立一种映射关系，以量化方式反映声音所要表现的听觉感受。心理声学参数包括响度、尖锐度、听觉相关量、语言清晰度、粗糙度、抖动度和音调度等[1]。

听觉相关量（Relative Approach）描述声波中突变成分，如Rattle、Squeak等异响的量化参数，其基本算法是基于人耳听觉模板的回归分析（Regression Analy⁃sis），可以分别在时域和频域上展开[2]。正弦信号和扫

频信号如图1和图2所示，横坐标代表测试时间（s），纵坐标代表频率（Hz），颜色条代表听觉相关量（dB（A））。由图1和图2可知，仅在正弦和扫频声音信号开始时人耳反应最为敏感，当经过一段时间后，听觉信号的刺激已经趋于平稳。车内噪声的杂乱感正是由于声音信号不稳定或噪声源频率间存在明显差异造成的，因此本文使用听觉相关量查找车内噪声最易被人耳感知的频率成分。

3 怠速车内噪声源识别

3.1 可察觉噪声频率识别

该款车怠速车内噪声整体水平如图3所示，其中驾驶员右耳处为43.86 dB（A），高于该车目标值约6 dB（A），同时主观评价团成员反映车内声音杂乱，有明显“哒哒”声，声品质主观评价测试得分仅为5分（10分制，6分合格）。从图3中可以看出，噪声主要集中在120～300 Hz频段。图4为驾驶员右耳处听觉相关量，可知不仅200 Hz附近频段会引起人耳注意，1 000 Hz附近的声音人耳同样敏感。

3.2 噪声源识别

怠速噪声贡献量分析试验中的测试数据表明，在动力总成本体辐射噪声、悬置垫传递的结构噪声、排气口辐射噪声、转向助力管路结构噪声和空调管路振动噪声等多项噪声源中，燃油系统的贡献量最大。如图5所示，在怠速噪声源贡献量分析试验中，驾驶员右耳处噪声从分离燃油管路与车身连接前的41.35 dB（A）降低至38.86 dB（A），120～300 Hz间峰值明显降低，由此说明燃油管路敲击车身引起的结构噪声需要改进。

将外接稳压电源调整至怠速燃油泵工作电压，在熄火状态下对燃油泵供电，测试燃油泵本体辐射噪声对驾驶员右耳噪声的贡献量，测试数据显示（图6），1 000 Hz附近的峰值由燃油泵辐射噪声引起。

为了快速检验燃油系统对车内噪声的贡献量，首先将燃油管路中注入空气，由于油液与空气的压缩比不同，从而削弱了燃油脉动；燃油管路上振动传感器显

示120～300 Hz振动降低，然后再使用铅皮覆盖燃油泵检修口屏蔽燃油泵辐射噪声，1 000 Hz附近峰值消失，怠速噪声从43.86 dB（A）降低到39.14 dB（A），频谱如图7所示。

因此，该车怠速噪声中最易被人耳察觉的120～300 Hz、1 000 Hz的噪声源分别是燃油脉动敲击车身引起的结构噪声和燃油泵本体辐射噪声。

4 改进措施及方案验证

减小燃油管路中油液脉动引起结构噪声的措施有：

a.增加管路直径；

b.缩短管路长度；

c.减小管路曲率；

d.采用橡胶软管；

e.增加燃油脉动阻尼器；

f.燃油管路与车身连接点增加带减振垫管夹。

方法a～方法e是降低激励源，方法f是从传递路径入手进行性能改善[3，4]。

鉴于项目开发周期及费用的限制，方法a～方法d方法、方法f由于涉及到燃油管路重新设计及空间布置，不具备改进条件，因此采用方法e对燃油管路油液脉动噪声进行改进。

脉动阻尼器是一种用于消除管道内液体压力脉动或流量脉动的压力容器，分为气囊式和无移动部件式两种，可起到稳定流体压力和流量、消除管道振动、保护下游仪表和设备、增加泵容积效率等作用。气囊式燃油脉动阻尼器利用气囊中惰性压缩气体的收缩和膨胀来吸收液体的压力或流量脉动，适用于脉动频率小于7 Hz情况的应用；无移动部件式脉动阻尼器利用固体介质直接拦截流体从而达到缓冲压力脉动或流量脉动的效果，适用于中高频脉动的削弱或消除。鉴于该车型噪声集中在120～300 Hz，因此选用无移动部件式脉动阻尼器作为性能优化的消声减振元件。

在燃油导轨后增加燃油脉动阻尼器（图8）的测试数据显示，120～300 Hz车内噪声的峰值显著降低（图9），燃油管路与车身前围连接点处振动加速度（图10）降低，其中Z向振动由0.11 m/s2降低至0.03 m/s2，证明燃油脉动阻尼器有效降低了燃油管路中油液脉动引起的结构噪声。

燃油泵检修口更换为金属材质后，1 000 Hz附近噪声峰值降低，证明提高隔声性能可以有效阻隔燃油泵本体辐射噪声。

采集燃油系统改进后的车内噪声，再次进行听觉相关量分析计算，后续又针对液压转向助力噪声、排气口辐射噪声和悬置结构噪声等噪声源进行改进，直至声压级满足目标要求。声压级达标后的车内怠速噪声在主观评价测试时已感受不到杂音，声品质主观评价得分为7分。测试数据如图11所示，驾驶员右耳噪声从43.86 dB（A）降低至37.5 dB（A）；“CATARC SOUND”NVH性能数据库显示，该数据达到同级别合资SUV的优秀水平。对比声品质改进前、后的听觉相关量（图12），驾驶员可明显察觉的声音频率已基本消失。

Diagnosis of Idle Noise and Optimization of Sound Quality Based on Auditory Correlative Quantity

Li Hongliang1,Su Lili1,2,Wang Haiyang1,2,Bian Kesheng1
（1.China Automotive Research Institute,China Automotive Technology and Research Center; 2.State Key Laboratory of Engine Combustion,Tianjin University）

A homemade SUV is diagnosed with high interior noise and poor sound quality at idle speed,to solve this problem,we use auditory correlative quantity analysis to obtain frequency components from sound sample which is most perceivable by human ears,and use noise source separation method to identify sound source and rectify.With performance optimization,the test data show that the sound pressure level of at N-gear of idle speed with the air conditioner off decreases from 43.86dB(A)to 37.56dB(A),which improves its sound level to excellent level of joint venture SUVs of the same class,and subjective evaluation score of interior sound quality is improved.

SUV,Sound quality,Idle condition,Auditory correlative quantity,Fuel system

SUV 声品质 怠速工况 听觉相关量 燃油系统

U467.4+93

A

1000-3703（2015）12-0001-03

天津市重点项目（14TXSYJC00457）资助。