变速器声品质评价方法研究

张教超， 强登科，莫诗婕

(陕西法士特齿轮有限责任公司,陕西西安 710119)

0 引言

随着时代的进步，人们对商用车的要求已不仅仅是皮实耐用，对舒适性的要求也在不断提高。而过去十几年，随着汽车NVH技术的不断发展，发动机噪声、风噪、路面噪声得到了良好的控制，从而使得变速器的噪声在车内噪声中逐步凸显出来。

目前，针对变速器噪声性能，主要采用A计权声压级来评价，但是在变速器声压级满足标准要求且无异响的条件下，变速器依然会发出让人不舒服的声音。A计权声压级仅仅是一个客观物理量，而客户在评价变速器噪声时往往是从主观感受来进行评价，因此单纯使用A计权声压级来评价变速器噪声水平已不够全面、可靠。因而需要结合人的主观感受来对变速器噪声性能进行评价，即进行变速器声品质评价。

针对声品质的研究，国内主要集中在车内噪声、车门关门声等领域[1-3]，对变速器声品质的研究很少，且主要集中在乘用车领域，如吴小珊[4]针对某乘用变速器噪声进行了室内声品质评价方法研究，施全等人[5]针对某乘用变速器啸叫声品质进行了RBF神经网络预测与权重分析。针对商用车变速器声品质，目前国内还未见有相关研究。

本文作者针对某商用变速器台架加载噪声，进行声品质评价方法研究，包括变速器声品质客观参量测试计算、声品质主观评价、声品质客观参量与主观评价结果的相关性分析，最终通过多元线性回归建立声品质主观评价结果与客观参量的数学模型。

1 变速器加载噪声测试

1.1 测试工况

文中对1台某6挡商用变速器进行加载噪声测试，测试工况如表1所示。

表1 加载噪声测试工况

1.2 传感器布置

在被测变速器的左侧布置1个测点，测点到变速器外廓的距离为1 m，测点的高度应与变速器输入轴轴心线等高，如图1所示。

图1 传声器布置

1.3 声品质客观参量计算

试验采用LMS多通道数据采集仪进行数据采集及分析。为减小主观评价的工作量，对采集到的噪声信号进行等间隔截取，最终每个挡位得到10个声音样本，每个声音样本时长为5 s。

采用LMS Test.lab软件对每个声音样本的声品质客观参数进行计算，包括响度、尖锐度、粗糙度、抖动度、峭度、AI(语言清晰度)、SIL(语言干扰度)、音调度。计算结果如表2所示，由于篇幅有限仅呈现部分计算结果。

表2 1挡声品质客观参量计算结果

2 声品质主观评价

2.1 变速器声品质定性评价

图2和图3分别为变速器某挡位加载噪声随转速变化曲线和Colormap图。从声品质的角度分析，变速器噪声纯音和窄带噪声特征突出，且其从低频到高频覆盖很宽的频率范围，纯音和窄带噪声会增加人的主观烦恼度程度。转速的变化会导致声压级产生明显的波动，同时频谱结构以及频率成分会发生变化，部分频率成分位于人耳敏感位置处。声压级的波动会导致人耳感知到响度发生变化;频谱结构及频率成分的变化会引起音色及音调的变化;声压级的波动和频率成分的变化会引起人耳稳定感的变化。这些因素的变化使得声音的辨识度加强。整体上，变速器加载噪声具有多维度声学特征。

图2 加载噪声曲线

图3 加载噪声Colormap图

2.2 声品质主观评价试验方法

声品质主观评价试验方法主要有排序法、成对比较法、等级评分法和语义细分法等[6]。综合考虑主观评价精度及工作量，文中选择语义细分法进行变速器声品质主观评价试验，同时为提高主观评价结果的一致性与可靠性，借鉴了毛东兴和张宝龙[7]提出的参考语义细分法。

首先通过专家咨询法从大量描述声音特征的形容词中，挑选出12个可用于描述变速器加载噪声特征的词语，建立起变速器声品质评价语义空间，如表3所示。文中最终选择综合评价指标“舒适-不舒适”作为变速器声品质主观评价指标，共划分为11个等级，如表4所示。

表3 变速器声品质评价语义空间

表4 主观评价指标等级划分

2.3 噪声样本预处理

通过专家咨询法从1台变速器所有声音样本中选择了两个主观感受最差和最好的声音样本作为参考声音样本，评分分别为0和10。每个挡位截取的所有声音样本组成1个单独的音频文件，其组成方法如图4所示，首先将两个参考声音样本放在音频文件的起始位置，参考声音听完后，会有一声“叮”提示音，再依次将对应挡位的各声音样本按时间先后排列，每个声音样本听1次，1个声音样本听完后有5 s打分时间。

图4 听音流程

2.4 变速器声品质主观评价试验

文中共选择了24名评价主体进行主观评价试验，在试验前进行了变速器噪声特征及主观评价试验流程的培训。由于条件限制，主观评价试验在安静的办公室进行。

文中采用Spearman相关分析来检验24名评价者评价结果的一致性[1]，计算结果如表5所示，其中3号、11号、17号评价主体的一致性较差，将其评价结果剔除。计算剩下21个评价者评价结果的平均值作为每个声音样本的最终主观评价结果，如表6所示。

表5 主观评价结果一致性

表6 声品质主观评价试验结果

3 主观评价与客观参量相关性分析

文中采用Pearson相关系数[6]计算主观评价结果与客观参量的相关性。变速器声品质主观评价结果与客观参量的Pearson相关系数计算结果如表7所示。从表7可以看出尖锐度、响度、A计权声压级与主观评价结果的相关性较好。主观评价结果与尖锐度、响度、A计权声压级的散点图如图5—6所示。其中对主观舒适度影响最大的为尖锐度，反映了变速器台架噪声的高频成分占比较大，啸叫明显，声音主观感受主要表现为尖锐、刺耳。

表7 主观评价结果与客观参数相关系数

图5 尖锐度散点图

图6 响度散点图

4 多元线性回归

由相关分析可以看出尖锐度S、响度N与主观舒适度SQ相关性较高，因此采用此两个客观参量作为变量，主观舒适度作为因变量，建立多元线性回归方程：

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

(1)

回归模型拟合检验结果如表8所示。

表8 多元线性回归检验

由表8可以看出，多元线性回归方程相关系数为0.93，同时

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

(2)

因此，建立的线性回归模型是显著的[8]，具有较好的有效性。后续可通过测量变速器声品质客观参数，运用建立的数学模型预测主观评价结果。

5 结论

文中针对某商用变速器加载噪声声品质评价方法进行了研究，得到如下结论：

(1)变速器加载噪声声品质主观评价主要受到尖锐度、响度影响，其中影响最大的为尖锐度。

(2)尖锐度对主观评价影响最大，表明所测商用变速器其加载噪声高频成分突出，啸叫明显，要改善变速器声品质，必须要降低尖锐度水平。

(3)建立了变速器声品质主观舒适度与客观参量尖锐度、响度的多元线性回归模型，后续可通过测试客观参量，运用建立的数学模型对主观评价结果进行预测。