汽车噪声声音品质主观评价及控制

1、天津职业技术师范大学2011届本科毕业论文- PAGE 83 -汽车噪声声音品质主观评价及控制第一章 绪论1.1 论文研究的背景随着现代社会的的发展以及对对高质量生活活的不断追求求，人们对车车辆乘坐的舒舒适性要求越越来越高。车车内噪声不仅仅降低了乘坐坐的舒适性，还还增加了驾驶驶员的疲劳感感，容易使人人烦躁，甚至至危及行车安安全。除此之之外，也影响响到人们对汽汽车质量的评评价，进一步步影响到汽车车的销售。因因此，如何控控制和改善车车内噪声就显显得尤为重要要。传统的噪声控制制，只强调噪噪声量级的大大小，认为噪噪声级越低越越好。为了得得到舒适的车车内环境，以以前主要采取取降低车内噪噪声的声压级级的办

2、法。随随着研究的不不断深入，我我们发现传统统的声压级不不足以描述汽汽车噪声的全全部特征，单单纯地降低声声压级并不能能改善汽车乘乘坐的舒适性性。近年来人人们提出了声声品质(Soound QQualitty)：声品品质是在特定定的技术目标标或任务内涵涵中声音的适适宜性。汽车车声品质就是是在满足人和和环境的要求求下，寻求符符合汽车特性性的产品声音音。声品质的的研究实际上上提出了现代代噪声控制的的理念，即噪噪声控制不仅仅仅是消极被被动地降低噪噪声的声压级级，而是能够够根据顾客的的主观评价，通通过合理有效效的措施，使使特定产品的的噪声听上去去不仅仅安静静，而且尽可可能的悦耳，甚甚至调节噪声声至理想状态态

3、，并使不同同的产品有各各自独特的声声音特性。除除了频率及强强度两大因素素外，声品质质的研究更强强调心理声学学及非声学因因素等的直接接影响。1.2 汽车NNVH 研究汽车噪声就就要谈到NVVH技术，汽汽车NVH是是指汽车的NNoise(噪声)、VVibrattion(振振动)和Haarshneess(舒适适性)，主要要是研究汽车车噪声振动对对整车性能及及舒适性的影影响。Noise(噪噪声)是指引引起人烦躁而而危害人体健健康的声音。汽汽车噪声不但但增加驾驶员员和乘员的疲疲劳从而影响响汽车的行驶驶安全，而且且对环境造成成噪声污染。噪噪声常用声压压级评价，其其频率范围在在20Hz-20kHzz。汽车噪

4、声声主要包括结结构噪声(车车身壁板振动动产生的噪声声)、辐射噪噪声(如发动动机、排气系系统、制动器器等辐射的噪噪声)、空气气动力噪声(风噪、空气气摩擦车身形形成的噪声)等。Vibratiion(振动动)描述的是是系统状态的的参量(如位位移)在其基基准值上下交交替变化的过过程。汽车低低频振动危害害驾驶员和乘乘员的身体健健康，同时不不良的振动会会给汽车零部部件带来损坏坏，影响零部部件的寿命。振振动是噪声产产生的原因，因因此，振动和和噪声的研究究是密不可分分的。Harshneess(舒适适性)指的是是振动和噪声声的品质，它它并不是一个个与振动、噪噪声相并列的的物理概念，而而是描述人体体对振动和噪噪声

5、的主观感感觉，不能用用客观测量方方法来直接度度量。由于声声振粗糙度描描述的是振动动和噪声使人人不舒服的感感觉，因此有有人称Harrshnesss为不平顺顺性。又因为为声粗糙度经经常用来描述述冲击激励产产生的使人极极不舒服的瞬瞬态响应，也也有人称Haarshneess为冲击击特性。总的的说来，舒适适性描述的是是振动和噪声声共同作用而而使人感到疲疲劳的程度在在研究汽车噪噪声与振动时时，通常采用用 NVH 指标.1.3 论文的的主要内容与与结构声品质的研究与与应用己成为为噪声控制研研究的热点与与发展方向，我们试图在消费者主观感受、客观评价与产品质量参数间建立联系，以便通过主观感受及客观评价指标，设计

6、出声学特性让人们满意、甚至令人愉悦的产品。就现在噪声控制的研究状况而言，由于许多产品设计较为成熟，人们对噪声影响的感受己经由单一的对声级大小的关注转向对听觉舒适度的关注，产品辐射噪声降低到一定程度再进行降噪在技术实现上比较困难；开展这一新的研究，是新世纪人们追求高质量生活的需要。因此，基于当前迅速发展的汽车工业，确立汽车声品质的目标，选取合适的汽车声品质评价的参数，结合人的生理特征和主观感觉，建立系统的声品质评价方法是必须的。系统的评价方法建立是进行汽车声品质改进与设计的基础是实现汽车声品质工程的基础，也是进行汽车NVH改善与设计的重要一环.因此论文的主要内容是讨论汽车噪声声品质的评价方法。论

7、文结构：第一章介绍声品品质概念的提提出，然后简简单的介绍声声品质在汽车车实验技术上上的应用技术术，汽车NVVH实验技术术 。第二章介绍了汽汽车噪声的产产生、传播、控控制的基础知知识。为进一一步讨论汽车车噪声的主观观评价奠基。第三章总体上介介绍声音感知知模型和噪声声主观评价研研究的内容。第四章详细介绍绍噪声评价的的实验步骤与与评价方法，以以及常用参量量的计算。第五章主观评价价试验及总结结。第二章 噪声声产生、传播播机理及控制制技术2.1 汽车车车内噪声的形形成汽车车内噪声指指的是行驶汽汽车车厢内存存在的各种噪噪声。车内噪噪声极易使乘乘车人员感到到疲劳对汽车车的舒适性有有着重要影响响。从声源来来看

8、车内噪声声和车外噪声声的来源基本本相同，即:发动机噪声声，进排气噪噪声，底盘噪噪声等。这些些噪声声源的的噪声能经由由空气和固体体两个途径传传进车内，如如图2.1所所示。进排气系统进排气系统统发动机传动系空气波动车内噪声车身振动风扇气流流动轮胎路面固体空气 图2.1车内噪声声的主要来源源与传播途径径前人研究的结果果表明，车厢厢外的噪声向向车厢内的传传播是按空气气传播的规律律进行的，具具体途径有两两个:第一个个途径是通过车厢壁壁板(包括地地板、顶板和和四周的壁板板)，门窗上上所有的孔、缝缝，直接传入入车厢内。称称之为空气声声。第二个途途径是车厢外的声声源或振动(源)动，作作用于车身壁壁板，激发壁壁

9、板振,并向向车厢内辐射射噪声。称之之为固体声.传播过程如如下图所示:声源声源孔缝传声振动源机体振动壁板振动室内混响室内噪声图2.2车厢内内部噪声传播播示意图振源产生的振动动，通过汽车车的机体传递递到车厢与机机体的联结处处，激发车厢厢产生强烈振振动，并向车车厢内辐射强强烈的噪声。机机体传给车厢厢壁的振动与与车厢外声波波激发起的车车厢壁的振动动是迭加在一一起的，很难难区分，但因因它们的传播播途径不同，频频率特性不尽尽相同，因而而采取的降噪噪措施不同。车车厢内的噪声声实际上是直直达声与多次次反射声迭加加的结果，因因此在未加降降噪措施的情情况下，车厢厢内的噪声有有可能比卸去去车厢后相同同位置的噪声声要

10、大(指未未采用任何吸吸声材料的空空车厢)。2.2 汽车车车内噪声主要要声源机理分分析2.2.1 发发动机噪声的的产生机理发动机噪声的发发生机理，可可用图2.33来说明。它它的发生过程程可分为内部部激振力，振振动传递系统统和外部辐射射源三个部分分。内部激振振力有燃烧激激振力和机械械激力两种:前者是气缸缸的燃烧压力力，由此产生生燃烧噪声;后者主要是是惯性力，活活塞撞击气缸缸，齿轮因扭扭振而相互撞撞击，进排气气门落座等。由由此产生机械械噪声。在发发动机中，由由于激振力多多为冲击力，故故包含的频率率成分丰富，其其频率范围主主要分布在00.5k-10kHzz。同时，被被激振的发动动机构造也很很复杂，多数

11、数零件用螺栓栓机械地联接接起来，分别别具有无数个个固有频率，它它们或独立或或复合起来，以以各自的固有有振型相互影影响，引起复复杂的振动，再再沿不同的途途径传递，最最后由发动机机表面辐射出出噪声来。发发动机表面的的声辐射是由由于结构表面面的振动产生生的，发动机机表面辐射的的声功率与发发动机表面的的振动功率成成正比。与机机体或缸盖直直接联结的油油底壳、齿轮轮室盖、气门门罩盖等，由由于它们一般般为薄壳零件件，与机体、缸缸盖相比，刚刚度小、振动动大，往往是是噪声的主要要辐射源。燃烧噪声源机械噪声源力产生放热气缸压力压力脉冲惯性力扭矩变动活塞撞击燃烧噪声源机械噪声源力产生放热气缸压力压力脉冲惯性力扭矩变

12、动活塞撞击正时齿轮撞击气门机构撞击振动传播汽缸盖活塞正时齿轮箱连杆曲轴主轴承缸套噪声辐射气门罩盖进排气歧管曲轴皮带轮机体油底壳齿轮箱盖发动机主要激力力压力(惯性性力，扭振激激力)的基频及谐谐波为: (2-1)其中:n发动动机转速(rr/min)冲程数，四四冲程: =2，二冲冲程：=1m=整数，m=1，2，33当发动机运行时时，若压力或或惯性激力谐谐波 与直接或间间接受激励的的零件固有频频率吻合时，就就会产生共振振而辐射出很很大的噪声来来。2.2.2 进进、排气噪声声 汽车车发动机的进进、排气噪声声是汽车的空空气动力性噪噪声源之一。 1.进气噪声声进气噪声是由进进气门的周期期性开闭，而而产生的压

13、力力起伏变化所所形成的。其其主要频率范范围为505OOHzz。进气噪声声的主要成分分为: Hz (2-2)式中：n发动动机转速(rr/min)i气缸数冲程数，四四冲程: =2一般来讲，进气气噪声中，ff、2f、3f的谐波成成分较为明显显，更高次谐谐波，能量逐逐渐减弱。除除了进气脉动动以外，还有有涡流成分，它它是由高速气气流经过进气气门时，产生生大量涡流而而形成，是宽宽带、连续的的高频噪声，涡涡流噪声的峰峰值频率为: HHz （2-3）式中：S11斯托罗哈数数，一般取00.05 VV进气门处，进进气截面的气气流流速(mm/s) dd进气门杆直直径（m）当周期性进气噪噪声的主要频频率与进气管管空气

14、柱的固固有频率一致致时，空气柱柱的共鸣声也也很突出。管管中的气柱共共振频率由下下式计算： （2-4）式中:c声速速(m/s)l总管长（mm）n=1,2,332. 排气噪声声排气噪声是汽车车主要噪声源源之一。其主主要频率范围围是50一55000Hzz。它主要由由排气脉动噪噪声、管道气气柱共振噪声声和废气喷注注噪声等组成成，它的排气气脉动计算式式同式(2.3)，管道道气柱共振噪噪声频率同式式(2.5)，当排气噪噪声中的某频频率成分恰好好等于气柱共共振频率时，会会激发管道气气柱共振噪声声。另外，在在发动机的排排气系统中，排排气系统薄壁壁管道及壳体体表面的振动动也将辐射出噪声，排气气系统产生振振动的原

15、因有有两个:a. 由发动机机排气歧管传传来的振动;b. 由排气压压力波在排气气管、消声器器内部所激发发的振动。排气系统的振动动噪声有时会会成为汽车的的主要噪声源源。2.2.3 风风扇噪声风扇噪声是空气气动力性噪声声。主要由旋旋转噪声(叶叶片噪声)和和涡流噪声组组成。主要频频率范围为2200-2000HHz。旋转噪声是由风风扇旋转叶片片周期性的拍拍击空气，引引起空气压力力脉动而激发发出的噪声，它它的基频计算算式为:= （2-5）式中:n1风风扇转速(rr/min)z风扇叶片数数i1曲轴的传传动比n发动机转速速(r/miin)除了基频外，它它的高频成分分2f、3f有时也很很重要。涡流流噪声是由于于

16、风扇旋转时时，叶片周围围产生的空气气涡流而形成成的。涡流噪噪声的频率由由下式计算: （2-6）式中:St斯斯脱罗哈数SSt =0.114-0.20V气体与叶片片的相对速度度D叶片的正面面宽度在垂于于速度平面的的投影K谐波次数KK=1，2，33.涡流噪声的频率率取决于叶片片与气体的相相对速度，而而叶片的圆周周速度则随着着与圆心距离离线性变化，所所以噪声频率率也是连续的的。2.2.4 传传动系的振动动与噪声 汽车传传动系包括发发动机与汽车车驱动轮之间间的一系列旋旋转部件，传传动系是多质质量的弹性系系统。当传动动系的固有频频率之一与干干扰力矩频率率吻合时，便便会发生扭振振，而产生强强烈的噪声。传传动

17、系的弯曲曲振动，通过过支承传给车车身，引起车车身部件的振振动与噪声。传动系(尤其变变速器)，齿齿轮系噪声也也较为明显。齿齿轮噪声主要要是由轮齿啮啮合强制振动动造成的，它它由齿轮啮合合噪声和齿轮轮固有振动噪噪声组成。1. 齿轮啮合合噪声 这种噪噪声是指齿轮轮传动时，齿齿与齿之间因因撞击所产生生的噪声，它它的频率计算算式如下: Hz (2-7)式中: n齿轮转速(r/minn)z齿数K谐波次数KK=1，2，33.2. 齿轮的固固有振动噪声声齿轮啮合时，由由于外激力的的作用，齿轮轮本身也会产产生一些固有有振动，在负负荷较大或者者低速运转时时，此噪声一一般较为突出出。如果齿轮轮的啮合频率率与固有振动动

18、频率接近时时，往往会发发生共振而产产生大的噪声声。此外，齿轮箱壁壁的振动噪声声一般也很大大，尤其应避避免齿轮的啮啮合频率与箱箱壁的固有自自振频率相吻吻合，应有足足够的壁厚;为了提高箱箱壁的固有自自振频率，可可适当加筋。2.2.5 轮轮胎噪声轮胎噪声主要包包括轮胎花纹纹噪声和弹性性振动噪声。1. 轮胎花纹纹噪声当轮胎在地面滚滚动时，轮胎胎胎面花纹凹凹部所包含的的气体，在离离开所接触的的地面时，因因受挤压作用用，使空气向向后方排出，引引起周围空气气压力变化而而产生，等距距花纹噪声频频率为: Hz (2-88)式中:Va车车速(Km/h)S轮胎花纹节节距数R轮胎的滚动动半径(m)它的谐频为2ff、f

19、.2. 弹性振动动噪声车轮行驶过程中中，由于轮胎胎弹性变化和和路面凸凹不不平等原因，激激发轮胎本身身振动而产生的噪噪声。它的频频率一般小于于200Hzz。2.3 噪声控控制要求及评评价指标2.3.1 噪噪声控制要求求近些年来，世界界各国普遍提提高了对汽车车噪声的控制制标准，尤其其是发达国家家对汽车噪声声非常重视。欧欧共体、日本本、美国等从从七十年代起起，每六年左左右就修订一一次相关法规规和标准，使使汽车噪声限限值有了大幅幅度降低。虽虽然我国汽车车噪声控制工工作从19779年就开始始，当时发布布了两项国家家标准，GGB14955-79机动车车辆允许噪声声和GBB1496-79机动车车辆噪声测量量

20、方法，但但与发达国家家相比还存在在较大差距，直直到20022年我国才又又颁布了新的的汽车及发动动机噪声法规规GBl4955-2002汽汽车加速行驶驶车外噪声眼眼值及测量方方法，并作作为强制标准准加以实施。 表1-1国内外外车辆行驶噪噪声限值标准准的比较(单单位：dBAA)汽车分类国内79年标准准国内02年标准准欧盟标准85年前产85年后产05年前产05年后产90年R51/0196年R51/02轿车848277747774载重汽车8t载重量15t9289858383783.5t载重重量8t908682808080载重量3.55t898479777977公共汽车4t载重量11tt898685838

21、380载重量4t888378767876轻型越野车898479772.3.2 噪噪声评价噪声评价指标主主要是指车内内、外的噪声声值和振动适适应性，评价价方法可分为为主观评价和和客观评价。主主观评价是顾顾客对车内外外噪声振动的的直观感觉，是是声品质的真真实反映。通通常根据不同同的条件，可可采用简单排排序法、等级级评分法、成成对比较法和和语义区分法法进行主观评评价。客观评评价是使用通通过分析和测测量的方法得得到噪声和振振动的参数来来评价其大小小和好坏。第第四章将会详详细介绍。2.4 汽车噪噪声控制方法法国内外科研人员员已经对这方面面进行很多研研究。到目前前为止，有关关车内噪声控控制的研究，综综合起

22、来可大大致分为被动动控制、主动动控制和NVVH性能试验验。2.4.1 传传统的噪声控控制方法 早期的车车内噪声控制制途径主要有有减弱声源强强度、隔绝传传播途径和吸吸声处理三个个方面。1. 声源降噪噪 识别并降降低声源噪声声是噪声控制制中最根本、最最有效、最直直接的途径。降降低汽车上任任何声源的噪噪声能量都有有利于控制车车内外噪声。尤尤其是降低汽汽车发动机和和传动系等主主要噪声源的的噪声更具重重要意义。为为了降低声源源噪声，首先先必须识别出出噪声源，弄弄清声源产生生噪声的机理理和规律，然然后改进设计计，降低产生生噪声的激振振力，降低发发声部件对激激振力的响应应，从而达到到根治噪声的的目的。隔断传

23、播途径降降噪 当对噪声声源难以进行行控制时，我我们就需要在在噪声的传播播途径中采取取措施，例如如吸声、隔声声、消声、减减振及隔振等等措施。又称称无源噪声控控制。2. 吸声降噪噪 在噪声源源周围的有限限空间内布置置一些具有吸吸声作用的材材料，就会减减少噪声能量量的反射，使使混响声部分分大大降低，从从而达到降噪噪的目的。这这种方法叫做做吸声法。工程上具有吸声声作用并有工工程应用价值值的材料大多多为多孔性吸吸声材料，而而穿孔板等具具有吸声作用用的材料，通通常被归为吸吸声结构。多多孔吸声材料料种类很多，按按成型形状可可分为制品类类和砂浆类；按照材料可可以分为玻璃璃棉、岩棉、矿矿棉等：按多多孔性形成机机

24、理及结构状状况又可分为为三种：纤维维状、颗粒状状和泡沫塑料料等。在吸声声材料内部有有大量微小的的连通的孔隙隙，声波沿着着这些材料孔孔隙可以深入入材料内部，与与材料发生摩摩擦作用将声声能转化成热热能。吸声结结构的作用原原理。多是利利用赫姆霍兹兹共振原理。这这类吸声类似似于暖水瓶的的声共振：当当声波射入赫赫姆霍兹共振振吸声器时，容容器内口的空空气受到激励励，将产生振振动，容器内内的介质将产产生压缩或膨膨胀变形，以以此来消耗声声能。当赫姆姆霍兹共振吸吸声器达到共共振时，振动动速度达到最最大，对噪声声的吸收也达达到最大。工工程中常用的的吸声结构有有空气层吸声声结构、薄膜膜共振吸声结结构和薄板共共振吸声

25、结构构、穿孔板吸吸声结构、微微穿孔吸声结结构、吸声尖尖劈等，其中中最简单的吸吸声结构就是是吸声材料后后留空气层的的吸声结构。吸吸声材料和吸吸声结构在汽汽车上主要应应用于发动机机和车内降噪噪。在发动机机壳体上，我我们通常使用用吸声材料来来吸收和降低低声辐射。一一般是以玻璃璃纤维、泡沫沫、毛毡类为为基体的材料料，用非织物物进行表面处处理，背后设设计成空气层层结构。而在在汽车室内，全全部内饰都装装有吸声材料料，这样的设设计有效的降降低了车内噪噪声，例如在在汽车顶棚采采用吸声处理理。可在乘员员耳朵的位置置处降低2 dB以上的的噪声。3. 隔声降噪噪 隔声降降噪的原理是是：当声波在在传播途径中中，遇到匀

26、质质屏障物(如如木版、金属属板、墙体等等)时，部分分声能被屏障障物反射回去去，一部分被被屏障物吸收收，只有一部部分声能可以以透过屏障物物辐射到另一一空间去，透透射声能仅是是入射声能的的一部分。反反射与吸收降降低了噪声的的传播。隔声声构件隔声量量的大小与其其材料、结构构和声波的频频率有关。常常见的隔声结结构有单层壁壁和双层壁两两种。最简单单的隔声结构构是单层均匀匀密实壁，如如钢板、铅板板、砖墙、钢钢筋混凝土墙墙等。试验发发现，单层壁壁的隔声量与与壁的单位面面积质量有密密切关系。单单位面积质量量越大，其隔隔声量越高，同同样厚度的钢钢板比铝板隔隔声效果好，同同样材料的厚厚度大的隔声声效果好，这这个规

27、律称为为隔声的质量量定律。双层层壁就是在双双列平行的单单层壁之间留留有一定尺寸寸的空气层。一一般情况下，由由于空气层的的存在提高了了隔声效果，双双层壁比单层层匀质壁隔声声量大5-110dBA；如果隔声量量相同，双层层壁的总重比比单层壁减少少213左右右。在汽车上上，隔声降噪噪主要应用于于发动机。发发动机罩就是是一种典型的的隔声罩，它它将噪声辐射射强烈的发动动机遮蔽起来来，减少噪声声的透射。汽汽车驾驶室和和客车车厢也也都属于隔声声室类的隔声声装置：在高高速公路两旁旁采用声屏障障来抑制交通通噪声对两旁旁居民的干扰扰，也是采用用了这种原理理。阻尼降噪 汽车的的壳体及机器器的护壁、外外罩、通风管管道等

28、都是金金属薄板制成成的，当汽车车行驶或机器器运转时，这这些金属薄板板受激励而振振动时，往往往辐射噪声，是是很严重的噪噪声源。对于于这类金属薄薄板振动辐射射的噪声，我我们常采用阻阻尼降噪技术术。在机械物物理学中，阻阻尼是指系统统耗散能量的的能力。从减减振的角度看看，就是将机机械振动的能能量转变成热热能或其他可可以消耗的能能量，从而达达到减振的目目的。阻尼降降噪技术就是是充分运用阻阻尼耗能的一一般规律，从从材料、工艺艺、设计等各各项技术发挥挥阻尼在减振振方面的潜力力，以提高机机械结构的抗抗振性、降低低机械产品的的振动、减少少因机械振动动所产生的声声辐射，降低低机械噪声。噪噪声控制中多多采用的阻尼尼

29、材料为泡沫沫多孔材料和和减振降噪的的复合型材料料。2.4.2 噪噪声主动控制制噪声主动控制是是近20年来来发展起来的的一种全新的的噪声控制方方法。与传统统降噪措施相相比，其突出出优势在于低低频噪声控制制效果好，此此外，它还具具有对原系统统的附加质量量小和占用空空间小等特点点。主动噪声声控制通常是是利用声波干干涉的原理进进行以声消声声的控制。当当两个声波在在叠加点处振振动的方向一一致、频率相相同及相位差差恒定时，它它们会发生干干涉现象，引引起声波能量量在空间的重重新分配，此此时利用人为为的声源(次次级声源)，使使其产生的声声场与原噪声声源(初级声声源)产生的的声场发生相相干性叠加，产产生“静区”

30、，从而达到到降低噪声的的目的。还有有一些学者尝尝试采用主动动减振来降低低板件声辐射射达到消声目目的。曾经有有人提出采用用激振器对发发动机支承处处振动进行主主动控制来降降低车内噪声声，但这种方方法需要消耗耗较多的能量量，且作动器器布置困难，因因而没有得到到足够的重视视。2.4.3 汽汽车NVH试试验技术汽车NVH(NNoise、VVibrattion、HHarshnness)指指的是噪声、振振动与舒适性性，其观点是是，汽车是一一个由激励源源(发动机、变变速器等)、振振动传递器(由悬挂系统统和边接件组组成)和噪声声发射器(车车身)组成的的系统。NVVH试验技术术是以整车作作为研究对象象，从噪声、振

31、振动与舒适性性的角度分析析车内外噪声声的产生机理理，通过驾驶驶员或成员的的感受来寻找找噪声振动的的激励源，再再对激励源产产生噪声及振振动的机理和和传播途径进进行分析研究究，找到降噪噪减振的方法法，来达到降降低车内外噪噪声、提高汽汽车乘坐舒适适性的目的。NNVH试验技技术对新车型型的开发和现现有车型的性性能改善都起起着重要的作作用。其主要要的研究方法法是，根据设设定的汽车NNVH目标值值，建立数学学模型，进行行整车仿真分分析。但由于于汽车系统极极为复杂。因因此我们常将将整车分解成成多个子系统统进行研究，如如底盘子系统统、车身子系系统等；也可可以研究某个个激励源产生生的或某种工工况下的NVVH特性

32、。通通过曲线、图图表的形式，或或者借助于虚虚拟现实环境境，我们可以以向有关技术术人员、专家家及最终用户户提供身临其其境般的听觉觉、触觉及视视觉感受，来来提供分析结结果，从而针针对某种车型型进行主观、客客观评价和改改进设计方案案。 汽车车NVH试验研研究对于新车车型开发和现现有车型的性性能改善都起起着重要的作作用。对汽车车NVH特性性的研究既贯贯穿于新车型型的研发过程程，也可以体体现在现有车车型的改进设设计中。1、在新车型开开发过程中的的应用在新车型的研发发中，汽车NNVH特性研研究可以看作作是建立在计计算机仿真分分析基础之上上的以汽车NNVH特性为为设计目标的的一种设计方方法。在整车车研发过程

33、中中，NVH性性能研究可以以分为以下44个阶段:(1)调研并确确定整车目标标通过对政府法规规的要求、消消费者的要求求和竞争车型型的NVH性性能水平的调调研，制定新新开发车型的的NVH标准准。这个阶段段一般通过对对政府法规要要求的查阅，新新型消费者市市场问卷调研研，同时对竞竞争车型进行行NVH性能能目标值测试试等手段，获获得所要设计计的新车型的的NVH性能能的目标数据据，从而根据据这些数据来来制定新型的的NVH目标标值。(2)整车仿真真分析并匹配配子系统目标标根据整车NVHH性能目标值值来确定各个个子系统的性性能目标值。子子系统一般括括发动机、悬悬架系统、动动力总成悬置置系统、车身身、座椅和转转

34、向系统等。例例如车辆与路路面之间产生生的振动通过过悬架系统传传递到车身壁壁板，使壁板板产生振动而而形成车内部部噪声。在这这个过程中，车车身结构和车车室内空腔可可以通过数学学模来描述，即即可以通过建建立整车的CCAE模型来来进行仿真研研究。通过CCAE仿真，以以将结构实际际的道路特性性与子系统参参数(如悬架架刚度等)联联系起来，这这样就以根据据整车的NVVH性能目标标值来确定各各个子系统的的NVH目标标值。但要注注意，个子系系统目标值的的确定要符合合试验设计和和可靠性设计计的要求。(3)通过元件件的结构设计计实现子系统统和整车的性性能目标在此须完成以下下工作:第一一，确定每个个元件的详细细特征，

35、这些些特征可能以以前的建模分分析中没有表表现出来，如如连接孔、工工艺、焊点位位置等。第二二，进各个子子系统元件的的可靠性设计计和多目标优优化设计，改改善汽车的NNVH特性，以以保结构元件件的设计方案案为最佳。第第三，必须满满足设计模型型条件(如极极限尺寸等，进进行极限工况况的校核(如如悬架撞击)。(4)样车的试试验与调整生产出样车后，就就可以进行实实车试验，试试验一般在试试验室中或者者道路上行，通通过加速度传传感器、传声声器等对整车车的NVH目目标值进行检检验，从而根根据试产品的的性能与设计计目标之间的的差异，进行行必要的调整整与修改。2、在现有车型型NVH性能能改善过程中中的应用(1)对于用

36、户户提出的车辆辆存在的不明明的、异常的的噪声振动进进行测试，给给定的主客观观评价结果。这这些工作要求求对测量方法法和测量仪器器的掌握和正正确运用。(2)根据步骤骤(1)的测测试结果，对对存在的噪声声振动问题有有了初步的了了解后，进行行噪声振动源源识别、噪声声振动源传递递路径分析等等试验方案的的制定，进行行试验分析，分分析的试验结结果可以与CCAE仿真计计算的结果进进行对比，使使得故障诊断断和噪声振动动源的识别更更加准确。(3)根据测试试分析的结果果进行有效的的工程治理，实实施降噪减振振，达到客户户的要求。实实现降噪减振振的基本方法法:A、消除振动噪噪声产生的根根源。这涉及及到修改产生生振动噪声

37、的的零部件结构构，例如改善善其振动特性性，避免共振振;B、切断振动噪噪声传递的路路径。涉及到到对结构振动动传递特性的的分析和改进进，使之对振振动噪声具有有明显的衰减减作用而不是是放大。第三章 汽汽车声品质与与心理声学随着汽车行业的的快速发展以以及人们生活活水平的不断断提高，越来来越多的人加加入有车一族族，汽车已经经不再单纯的的是一种交通通工具，也是是人们追求高高质量生活的的一个象征。人人们不仅要求求汽车“安静”，还关心它它的频率组成成成分，与发发动机转速的的关系等因素素，即考虑声声音的质量。而而传统的汽车车噪声控制中中，只强调噪噪声量级的大大小，认为噪噪声级越低越越好，这样的的产品已无法法满足

38、人们的的消费要求。因因此，在汽车车开发过程中中，声品质越越来越重要，甚甚至影响到汽汽车的品牌。3.1 声品质质概念的提出出国际上对于声品品质的认识首首先开始于220世纪800年代中期欧欧美的汽车工工业，最初是是想搞清楚为为什么有的车车即使A计权权声级比较高高但听起来却却舒服一些。后后续的研究更更多地考虑声声音信号的时时间历程、频频谱构成等。就就在那个时候候创造了“声品质”的概念，即即认识声音的的多维性。声声音的接收器器是人耳，人人的听觉系统统具有很大的的变化性。同同时借用心理理声学方面的的研究成果，引引入了响度、尖尖锐度、粗糙糙度、音色等等概念。随着研究的发展展，研究者发发现，声品质质的研究包

39、含含许多感官和和主观的因素素，不是传统统的心理声学学成果就能解解决的。其原原因在于：心理声学参参数的数学描描述目前仅建建立在对理想想声学环境中中测试信号的的研究基础之之上，对复杂杂的声学环境境，包括空间间分布的声源源，其应用有有一定的局限限性；没有考虑人人耳对声音的的应性功能、双双耳听闻特性性等；没有统一的的标准，其测测量结果没有有可比性。到到了20世纪纪90年代中中期，逐步建建立了声品质质确定的含义义，即“adequuacy oofthe soundd of aa prodduct”，人们对产产品声学特性性的满意程度度。声品质来来源于人们对对产品声音特特性的主观判判断，也就是是说，声品质质不

40、仅与产品品的声音特性性这一客观物物理量有关，还还与人们对产产品的认知度度、人自身的的生理心理状状态有关。同同时，人的听听觉喜好会不不断发生变化化，因此声品品质也是一个个不断发展完完善的概念。3.2 声品质质的心理声学学特征从心理学角度来来说，声品质质具有以下三三个特征：1.激励响应相相适性心理学中通常将将有关适宜性性的问题用激激励响应相适适性来说明，即即信息与反应应对应的一致致性。视觉和和听觉信息的的激励响应相相适性程度可可以用作出反反应或决定的的时间来判别别。2.声音的舒适适性Metzgerr调查研究了了日常生活中中舒适概念对对个人住处和和工作场所表表达的含义。研研究发现，舒舒适是人对特特定

41、的物体或或环境的质量量描述。舒适适与人-环境境交互作用的的评价有关，被被试人员全部部表现出了对对舒适的敏感感程度。数据据显示舒适主主要与安逸、放放松、方便和和安宁有关。此此外，舒适与与有关协助或或支持的形容容有关。同时时与功能、有有用和生活的的质量之间有有密切的关系系。另一方面面，与安全、亲亲密和安心或或奢侈、高雅雅和风格等概概念的牵连较较少。Mettzger得得出结论，舒舒适的含义并并不主要由物物质资源决定定，而更主要要地由主观需需要和利益决决定。假如心心理声学是寻寻求听觉感知知与引起这种种感知的物理理特性之间的的关系，那么么当代心理学学方法就是尝尝试将听觉感感知看作是与与激励的接受受、主动

42、搜寻寻与诠释有关关的主动过程程。Genuuit认为主主观(心理学学)和客观(声学和心理理声学)因素素共同决定声声音事件的感感知。Blaauert&Jekossch等也提提出在对听觉觉激励的感知知、诠释、评评价及反应中中，除应考虑虑声学和心理理声学参量外外，还应考虑虑认知和情感感过程的影响响。3.声或声源的的可识别性当人听到一个声声事件时，最最明显的行为为就是有辨识识声源的倾向向，而不能“识别”声源(指确确定发声物体体、位置、声声源特征等)时就会变得得不自在。因因此，在产品品的开发阶段段，最好要请请听众来辨识识声音。一方方面，他们的的回答可以让让开发者了解解声音中是否否有不利的语语义内涵；另另一

43、方面，声声音是否是其其他某个厂家家产品的，而而不符合自己己产品的“声文化”。3.3 声品质质的心理声学学基础3.3.1 人人类基本的听听觉系统 声品质质研究是一个个集声品质的的感知、评价价和设计于一一体的综合的的研究领域，其其中声品质的的感知是声品品质评价和设设计的基础。声声品质的感知知是纯粹的生生理和心理过过程，是人类类听觉系统的的机能。人类类的听觉系统统由听觉器官官、各级听觉觉中枢及其联联结网络组成成。听觉器官官通称为耳，其其结构中有特特殊分化的细细胞，能感受受声波的机械械振动并把声声能转换为神神经冲动。为为了准确、有有效地开展声声品质评价，必必须对人类的的听觉系统有有充分的认识识。为此，

44、人人们开展了生生理声学、心心理声学和神神经生物学等等方面的研究究，试图揭示示人类听觉的的规律，并取取得了初步的的进展。 人类基本本的听觉系统统由耳、各级级听觉中枢及及其联结网络络组成。人耳耳又分为外耳耳、中耳和内内耳，其解剖剖简图见图33-1。外耳包包括耳廓和耳耳道。耳廓是是人耳唯一暴暴露在体外的的部分，耳廓廓不仅具有聚聚集声音进入入外耳道的功功能，而且在在声源定位方方面起着重要要作用。耳道道可被看作为为位于外耳和和中耳之间的的谐振腔，其其共振频率大大约3-5KKHz之间，这这决定了人耳耳对中等频率率的声音比较较敏感。图3-1人耳的的解剖简图中耳由耳膜和三三块中耳小骨骨锤骨、砧骨骨和镫骨组成，

45、其其解剖简图见见图3-2。中耳主主要起着阻抗抗匹配和保护护内耳的作用用。声音经由由耳膜和中耳耳小骨的阻抗抗匹配后从充充满空气的耳耳道传输到充充满液体的内内耳(耳蜗)。由于液体体的声阻抗远远大于空气，要要是没有中耳耳的机械阻抗抗匹配，那么么大部分声功功率将沿原路路返回而传递递不到内耳。低低频高强度的的声音易对耳耳蜗造成损害害，中耳通过过镫骨反射一定定程度上削减减了低频声音音向内耳的传传输。中耳的的这种反射机机制由低频高高强度的声音音触发，一方方面起着保护护内耳的作用用，另一方面面降低了高强强度低频声音音的“掩蔽向上扩扩展”程度。中耳耳的传输特性性常用中耳传传递函数(镫镫骨附近液体体的声压与耳耳膜

46、处空气的的声压之比)来描述，中中耳传递函数数相当于高通通滤波器，它它在很大程度度上决定了人人耳的低频听闭。1锤骨2.砧骨3.橙骨4.耳膜5.圆窗6.耳咽管图3-2中耳的的剖面简图内耳埋于骨中，由由半规管、前前庭、耳蜗所所组成。其中中半规管和前前庭是听觉平平衡器官，半半规管有三个个，呈相互垂垂直关系，每每个半规管与与前庭相连处处各形成一个个膨大的壶腹。前前庭位于中部部，为一膨大大的腔，连接接半规管和前前庭阶。耳蜗蜗是听觉感受器，外形如如蜗牛壳，约约呈2.755转(见图33-3)。耳蜗蜗管被前庭膜膜和基膜分别别与前庭阶和和鼓阶隔开，形形成一个三腔腔的管道，耳耳蜗管内部充充满内淋巴液液，前庭阶和鼓阶

47、管腔内部部充满外淋巴巴液，内、外外淋巴液互不不相通，内、外外淋巴液有营营养内耳和传递声波的的作用。前庭庭阶和鼓阶在在蜗顶处经蜗蜗孔连通，鼓鼓阶底部与中中耳之间有一圆窗，被薄薄膜封闭，前前庭阶与中耳耳之间的椭圆圆窗由镫骨面板封闭闭。图3-3耳蜗剖剖面图 耳蜗的主主要功能是:实现机械振振动和生物电电激励的转换换以及进行听听觉编码。具具体是由基膜膜和基膜上的的柯蒂氏器官官来实现的。耳耳蜗的展开示示意图如图33-4所示。人人类耳蜗的基基膜展开长约约35nnIIl，基膜的的刚度是不均均匀的，越靠靠近椭圆窗刚刚度越大。基基膜随入射的的声波而振动动，基膜的运运动是以行波波的形式出现现的，而且不不同频率的声声

48、音能够激起起基膜不同部部位的振动，基基膜靠近椭圆圆窗的位置对对感应高频最最为敏锐，愈愈向耳蜗顶端端则对低频愈愈敏感)。而而且声音的强强度越大，能能够激起的振振动幅度也越越大。基膜从功功能上看相当当于一个频谱谱分析仪，它它能够把传入入人耳的声信信号在频域上上按频带进行行分解。图3-4耳蜗展展开示意图耳蜗管内基膜上上的柯蒂氏器器官上分布有有内毛细细胞胞、外毛细细细胞及听觉神神经等听觉感感受细胞，其其中毛细胞是是将声刺激在在底膜所引起起的行波由机机械能转换为为神经能的换换能器。人耳耳的内毛细胞胞约有35000个，沿基基膜纵向排列列成一单列，每每一内毛细细细胞相连约110个听觉神神经纤维，这这些神经纤

49、维维有不同的闽闽值。当基膜膜向上运动时时，内毛细胞胞触发与之相相连的神经元元，将声信号号转换成神经经元的脉冲信信号。任一内内毛细胞的触触发是受基膜膜运动调制的的伪随机信号号。当传入声声波是低频时时，内毛细胞胞的触发可以以锁定声信号号的相位，因因此，声信号号的相位信息息可被听觉神神经记录和传传送。当传入入声波的频率率大于约3kkHz时，内内毛细胞不能能锁定声信号号的相位，只只有声信号幅幅度包络的信信息被听觉神神经记录和传传送。听觉神神经元的平均均触发率和两两个神经脉冲冲之间的相对对触发定时描描述了内毛细细胞和听觉神神经之间的信信息转化情况况，平均触发发率反映了声声信号的强度度，两个神经经脉冲之间

50、的的相对触发定定时携带着声声信号更精细细的信息，如如音节信息等等。对于每一一个内毛细胞胞，有3-4个外毛细细胞与之相对对应，所示，因因此人耳有约约120000个沿基膜长长度方向分布布的外毛细胞胞。外毛细胞胞主要是起动动态范围控制制器的作用，当当声信号的声声压级大于665分贝时，压压缩声激励信信号使之与内内毛细胞动态态范围(约665分贝)相相匹配，从而而达到进行强强度动态范围围控制的目的的，使人耳可可接受宽达约约120分贝贝动态范围的的声音。内毛毛细胞激励传传入神经，传传出神经则支支配外毛细胞胞。听觉传出出神经的活动动通过外毛细细胞影响基膜膜的机械响应应特性，外毛毛细胞的这种种主动反馈也也对耳蜗

51、的敏敏感性和频率率选择特性、基基膜振动响应应的非线性以以及耳声发射射等起着关键键性的作用。人人耳对声音信信号的处理过过程大致经历历了这样一个个过程:声音音信号经外耳耳、耳道传达达后引起耳膜膜的振动，该该振动经与之之连结的中耳耳听小骨传导导至耳蜗，在在镫骨与椭圆窗窗的连结处扰扰动耳蜗中的的淋巴液，由由此扰动促使使基膜产生振振荡，激发与与毛细细胞相相连的神经末末梢产生脉冲冲，并且透过过听觉神经传传达到大脑产产生听觉。3.3.2 听听觉认知的基基本特性声品质研究是建建立在人的听听觉认知的基基础之上的。研研究人的听觉觉系统处理声声音信号的过过程和特征，并并对其做出定定量的描述，这这也是心理声声学的研究

52、内内容。心理声声学探讨了人人耳的听觉特特征如掩蔽效效应、特征频频带、双耳效效应和非线性性等特点， 图3-5柯蒂氏氏器示意图并提出了响度、尖尖锐度、粗糙糙度等客观评评价量描述人人的听觉特性性。1.听阈、痛阈阈人耳的听觉是极极其灵敏的，但但对不同频率率声音信号的的反应是有差差别的。人耳耳通常能听到到的频率范围围为20Hzz-2OkHzz，这个范围围以外的声激激励，无论强强度多大，都都无法分辨。对对于特定频率率的纯音信号号将其强度从从零渐次增大大，直到听者者刚刚听到，然然后渐次降低低，直至刚刚刚听不到。这这样反复多次次后取刚刚听听到和刚刚听听不到的两个个声强的平均均值作为该频频率纯音的听听阂。1O0

53、0Hzz纯音的听闭闭的声强为，即即声强级为00分贝，这个个值己作为“国际标准闭闭强度”。对不同频频率的纯音作作同样的实验验即得到图33-6所示的绝绝对听闭曲线线。从这条听闭曲线可以得得到:1.在8OOHHz-150OHHz的频率范范围内，听闭闭没有显著变变化;2.低于8OOOHz的听觉觉灵敏度随频频率的降低而而降低;3.最灵敏的频频率大致在33O00Hzz-4000HHz;4.频率到60000Hz以以上，灵敏度度又下降。将特定频率的纯纯音信号的强强度从零渐次次增大，直至至刚开始感觉觉到疼痛，这这时的声强值值称痛阈。从图3-6上的痛阈曲线可知，痛痛阈随频率的变变化不大。听听阈和痛阈之间的范围围称

54、听觉区域域，图中标出出了语言和音音乐的声强-频率范围。图3-6人耳的的听觉范围2.掩蔽效应由于人耳的听觉觉特性和耳蜗蜗对声音吸收收的特点，声声音信号在人人耳中会被进进行非线性加加工。如果有有两种以上的的声音同时存存在，它们就就会互相干扰扰，使我们分分辨不清。一一个声音的听听阈受另一个声声音的影响而而提高的现象象称为“掩蔽现象”。例如在吵吵闹的工厂中中，人们彼此此听不见对方方的谈话，这这是语言声被被噪声掩蔽的的缘故。该声声音听阈提高的分贝贝数称为掩蔽蔽量。为定量量的研究掩蔽蔽效应，需要要测定掩蔽阈阈。掩蔽阈是指掩蔽声声环境下被掩掩蔽声即测试试音(通常是是正弦纯音)的听闭，除除极个别的情情况外，掩

55、蔽蔽阈总是大于绝绝对听闽;如如果掩蔽声和和被掩蔽声的的频率分得很很开的话，掩掩蔽阈等于绝对听听闭。掩蔽分为频域掩掩蔽和时域掩掩蔽。所谓频频域掩蔽是指指强信号附近近频率的弱信信号(或噪声声)被强信号号掩蔽而听不不到的现象。频频率掩蔽又称称为同时掩蔽蔽，其中强音音称为掩蔽音音，被掩蔽而而听不到的声声音信号或噪噪声称为被掩掩蔽音。根据据掩蔽声和被被掩蔽声的不不同，可以将将掩蔽效应大大致分为宽带带噪声对纯音音的掩蔽和窄窄带噪声对纯纯音的掩蔽。白噪声被定义为为频谱连续且且均匀的噪声声，是典型的的宽带噪声，白白噪声对纯音音的掩蔽如图图3-7所示。图图中最下面的的曲线代表绝绝对听闭，其其他曲线表示示白噪声不

56、同同谱密度级时时的掩蔽阈。如测试音音在2kHz时，如如果其声压级级小于等于660dB将会会被谱密度级级大于等于44OdB的白白噪声所掩蔽蔽。从图中可可以看出，随随着白噪声谱谱级LWN即掩蔽级级的增大，白白噪声的掩蔽蔽阈线性地向测测试音高声压压级方向平移移。在频在5OOHZ的的范围内，掩掩蔽阈是水平的;高于5OOHz的的，掩蔽阈线以10dBB/1O倍程程的斜率增大大。在靠近可可听频率域的的两端，掩蔽蔽闭等于绝对对听闭。由图图可知，白噪噪声谱密度级级LWN为负值时时，即听觉域域之外的噪声声也可产生掩掩蔽效应;白白噪声的谱密密度级与频率率无关，但是是白噪声的掩掩蔽阈却与频率相相关。图3-7不同谱谱密

57、度级时白白噪声的掩蔽蔽阈图3-8所示带带宽为1600Hz中心频频率为1Hkz的窄窄带噪声在不不同声压级LLCB时的掩蔽阈。与图3-7一样，图图中最下方的的曲线代表绝绝对听阈。绝对听阈和掩蔽阈线将平面分分成三个区域域:绝对听闭闭曲线以下为为不可听域、绝绝对听闭和掩掩蔽阈线间的区域为掩蔽域(部分可听域域)以及掩蔽蔽阈线以上部分分为完全可听听域。如测试试音(被掩蔽蔽声)频率为为2kHz声压压级小于等于于40dB时，将将被噪声级LLCB8OdB的掩掩蔽声掩蔽掉。从从图中可看出出，在低噪声声级LCB40dB时，窄窄带的掩蔽阈阈关于中心频频是对称的;当噪声级增增大到LCBB高于40ddB时，随着着噪声级L

58、CCB的增大，在在窄带声中心心频率左侧的的掩蔽阈向上平移，在在窄带噪声中中心频率右侧侧掩蔽阈的斜率则得得越来越平坦坦。图3-8 窄带带噪声的掩蔽蔽阈从图3-7和图图3-8可以看出出频域掩蔽主主要有以下规规律:1.被掩蔽声的的频率越接近近掩蔽声，掩掩蔽量越大，频频率相近的纯纯音掩蔽效果果显著，最大大掩蔽出现在在掩蔽频率附附近;2.掩蔽声的声声压级越高，掩掩蔽量越大，且且掩蔽的频率率范围越宽;3.低频声容易易掩蔽高频声声，而高频声声较难掩蔽低低频声。所谓时域掩蔽是是指掩蔽效应应发生在掩蔽蔽声与被掩蔽蔽声不同时出出现的时候，又又称异时掩蔽蔽。异时掩蔽蔽又可分为导导前掩蔽和滞滞后掩蔽。时时域掩蔽的测测

59、试声(被掩掩蔽声)必须须是短时声脉脉冲。若掩蔽蔽声音出现之之前的一段时时间内发生掩掩蔽效应，则则被称为导前前掩蔽，若掩掩蔽声音出现现之后的一段段时间内发生生掩蔽效应被被称为滞后掩掩蔽。产生时时域掩蔽的主主要原因是人人耳接收声音音信息和大脑脑处理这些信信息需要花费费一定的时间间，异时掩蔽蔽也随着时间间的推移很快快会衰减，是是一种较弱的的掩蔽效应。声声音的时域掩掩蔽如下图33-9所示，从从图中可以看看出，一般情情况下，导前前掩蔽只有3ms到2Omms时间，而滞滞后掩蔽却可可以持续100Oms以上上，因此导前前掩蔽经常忽忽略不计。图3-9声音的的导前掩蔽、同同时掩蔽和滞滞后掩蔽掩蔽效应的时域域特性可

60、用如如图3-10和图33-11所示，它它反映了人耳耳的延迟效应应。图3-10中虚线线表示时间常常数为1m0s的指指数衰减，实实线为后掩蔽蔽曲线。从图图可知，人类听觉觉系统的延迟迟效应既是非非线性的，又又不是指数过过程，并且不不管初始声级级如何，2OOms后掩蔽效应应就消失了。图图3-11表明掩掩蔽声持续时时间较长的(200ms，实实线)比持续续时间较短的的(5ms，虚线线)掩蔽阈随延迟时间间下降的缓慢慢，这一现象象再次表明人人类听觉系统统的延迟效应应是非线性的的。再者，从从这两图中可可以明显地看看出，掩蔽声声在时间上越越接近被掩蔽蔽声，掩蔽量量越大，即掩掩蔽效应越强强。图3-10 不不同声级掩