汽车振动噪声控制技术基础

2013年7月29日星期一
噪声的频率特性


人能听到的噪声频率范围为20~20000Hz，低于20Hz的声波为次声波，高于 20000Hz的声波为超声波 汽车噪声频率范围一般为20~5000Hz，而且以1000Hz以下的低频为主 不同频率的噪声对人的影响不一样

同样声压级的高频声感觉会吵闹一些，低频声则感觉安静一些

Vibration —— 振动


Harshness —— ？


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NVH优化工作的重要意义


满足国家法规——关系到汽车产品能不能上市销售 满足用户需求——关系到汽车产品用户买不买

只要使用车就能感受到 是汽车档次的标志性性能之一

NVH性能是一个综合性能，影响因素多而复杂，不能仅靠 某个或某几个零部件的优良性能来实现
噪声的大小用声压来度量，即由空气压力波动的幅值来度量 声压从可听阈到痛阈，范围很大，达到若干数量级，不便于比 较 通常用对数表示，称为声压级（dB）
Pe L p 20 lg P0

Pe 2 或 L p 10 lg 2 P0

Pe为声压，单位为Pa P0=2×10-5Pa，为人耳对1000Hz空气声能感觉到的最低声音。0dB 就是2×10-5Pa SPL——Sound Pressure Level
Mic
Mic
20m 保持车速或转速
记录最大噪声值 油门尽可能 快地全开 油门尽可能 快地松开
15m
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车外噪声的影响因素

发动机本体噪声

机械噪声 燃烧噪声 附件噪声


进气系统噪声 排气系统噪声

排气口噪声 消声器辐射噪声

轮胎噪声
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车内噪声

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声功率(Sound Power)




声源发出声音的能力通常用声功率来表示 声功率是指单位时间内声源发出的声能量或通过某块面积 上的声能量 声功率是标量，同样需要用声功率级来表示 声功率测试有精度较低的工程法也有精度较高的精密法， 既可通过声压测量得到也可以通过声强测量得到 发动机的声学性能一般用声功率来表达，可在距发动机表 面1米的球面上通过声压测试来计算得到
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尖锐度
White Noise
by Bismark Aures
White Noise, 8 kHz strenghtened
by Bismark
Aures
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波动度与粗糙度



运行不平稳的声音总是让人不舒服，用波动度和粗糙度来评价，反映 的是声音大小随时间的变化 波动度或粗糙度值越大，说明声音越不好听 波动度用于评价调制频率<15Hz，即变化较慢的声音，其单位为Vacil 粗糙度用于评价调制频率15Hz<f<150Hz，即变化较快的声音，其单位 为Asper 而当调制频率在150Hz到300Hz之间时，将听到两个独立的声音 Fluctuations & Roughness
汽车振动噪声控制技术基础
汽车振动噪声控制技术基础
汽车NVH 噪声相关概念 振动噪声主要分析方法

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NVH的基本概念

NVH——Noise,Vibration, Harshness Noise —— 噪声


主要分析频率范围：20Hz ~ 5000Hz 通过频率特性、幅值和品质来评价 主要分析频率范围：0.5Hz ~ 50Hz 通过频率特性、幅值和方向来评价 国内有多种翻译，如粗糙度、平顺性等，但都不是很妥贴 主要指的是由于振动噪声的综合影响导致的粗糙、刺耳和不和谐 的感觉 主要与路面的激励有关 研究频率范围：低频
Two Tones: Different Sensations
两个纯音信号：不同的听觉感受
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Time signal
P 2 * Pe 10 lg 10 lg e 2 10 lg 2 LPe 3 P0 2 P0
2 2

背景噪声低于被测噪声10dB时，对测试结果 没有影响

比如被测噪声70dB，背景噪声为60dB，则在有 背景噪声时测试结果为： L（70dB+60dB）=10lg(107+106)=70.4dB


声压没有方向性，是个标量 声压测量是其他声学测量的基础
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声压相加
声压相加实质为能量相加 能量增加1倍，声压增加3dB


两个相同的声音同时作用时，声压增加3dB. 声能量降低一半，才能将噪声降低3dB
e
L2 P
Pe 2 Pe 2 10 lg P0 2

变化不定，没有规律的声音总是会比能够预期的声音让人感觉不安 波动大的声音总是会比平稳变化的声音让人觉得烦躁
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声品质的描述

在汽车噪声评价中，主要用以下术语来描 述声品质
响度 尖锐度 粗糙度 波动度 语言清晰度

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响度(Loudness)
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1/n倍频程噪声分析



人对声音频率的区分能力会因为频率的高低而有区别，频率越 低分辨能力越高，而频率越高对对频率变化的区分能力越弱， 即很容易区分200Hz和300Hz的声音，而可能区别不了15000Hz 和15100Hz的声音 在进行声音频率分析时，可以是恒定频率带宽的分析即窄带谱 分析，也可以是恒定百分比带宽或1/n倍频程带宽 1/n倍频程带宽，在低频时划分得细一些，而在高频时划分得粗 一些，但频带上限频率fu与下限频率fl的比值保持恒定，即 fu/fl=21/n。频带用中心频率fc来表示，fc定义为fu和fl的几何平均值 通常用的有三分之一倍频程（n=3）和倍频程（n=1）



为使声压级更能表达人对噪声的感受，采用了不同的计权声压级，如A、C、 D计权。 通常所说的声压级都是指A计权声压，用dB(A)表示 A计权中以1000Hz为基准，低于1000Hz乘以小于1的系数，而大于1000Hz则乘 以大于1的系数 在以低频噪声为主的汽车噪声中，A计权声压级比不计权的声压级低得多 多普勒效应：声源相对于接收者运动时，其声音频率会发生变化
120km/h以上开始，空档滑行到20km/h，测试车内噪声随车速的变化
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车内振动

车内关键部位的振动
主要部位：方向盘、换档杆、仪表台板、地板、 后视镜 主要与发动机隔振、部件结构振动特性有关


平顺性
指的是乘坐振动特性 按照国家标准进行计算 与悬架系统、车身模态、座椅等有关
客观测试

车内声压随发动机转速的变化(Overall Level VS. RPM)

加速 减速 一般选择能覆盖整个转速范围的二档进行测试 语言清晰度 尖锐度 粗糙度

车内声品质指标随发动机转速的变化


车内噪声频谱随发动机转速的变化(彩色图,坎贝尔图) 匀速噪声 滑行噪声

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声压相加

在有若干噪声源同时作用时，必须对最大噪声源 进行控制才能有明显作用，而仅对多个小的噪声 源进行控制则对总的声压级没有大的影响
比如：有70dB噪声源1个， 65dB噪声源3个，则总声压 级为 L（70dB+65dB+65dB+65dB） = 10lg(107+3*106.5) = 71.19dB 若将3个65dB都降低3dB，总声压级为： L（70dB+62dB+62dB+62dB）=10lg(107+3*106.2)= 70.6dB 若将70dB的噪声源降低3dB，总声压级为： L（67dB+65dB+65dB+65dB） = 10lg(106.7+3*106.5) = 69.1dB
77dB(A)
26SoneGF
76.8dB(A)
38.8SoneGF
76.8dB(A)
13.3SoneGF
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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尖锐度(Sharpness)





尖锐度是描述了高频段声音对总响度的加权情况，高频声占的比例越 大，则尖锐度就越大 尖锐度也描述了声音在频谱上的平衡性，频率分布重心超高，声音就 越尖锐 尖锐度质越大，说明声音越尖越刺耳 尖锐度单位为acum。中心频率为1KHz、带宽为160Hz的60分贝窄带噪 声的尖锐度定义为1acum 尖锐度对声音的舒适度影响很大，尖锐度值越高，声质量越差。 对尖锐度还没有一个统一的国际标准，通常有Aures和Bismarck两种 算法

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声强（Sound Intensity，SI）




声强则是通过单位面积的声功率 声强是个矢量，能够表达声音传播的方向，是描述声场特 性的一个重要方法，也是测量声功率的方法之一 声强可通过两个相隔一定距离的传声器进行声压测量来计 算得到 声强测量是声场测试的有效方法之一，但通常只能对稳态 工况进行测试，如发动机的定转速
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声品质（Sound Quality）



仅用声压级不足以完全描述一个声音 两个相同声级的声音可能由于频率结构等因素的差异而让人有完全不 同的感觉 由于声音遮掩效应的存在，单频率的纯音总是比多频率成分的声音让 人觉得烦躁，更让人觉得刺耳

常说的汽车轰鸣声主要是因为在某个时刻，汽车噪声中某个频率的单频 声占的绝对优势


用于评价一个声音有多响 有客观定义和主观定义两种定义



客观定义：以1000Hz纯音为标准，定义其声压级为响度级，单 位为phon（方），其他声音与之比较而度量。比如，某声音听 起来和80dB的1000Hz纯音听起来一样响，则其响度为80phon 主观定义：将40dB的1000Hz纯音的响度定义为1sone(宋)，其他 声音与之比较而度量，比之几倍响就定义为几宋。 以上两者是分别定义的，没有必然联系。但两者间可通过经验 公式来相互换算

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Sine Tone 1 kHz and 1414 Hz
Two Tone Complex
Sine Tone 1 kHz and 1001 Hz Sine Tone 1 kHz 1020 1004 1070 R-Roughness Fluctuation (Rumbling) Interferenz Roughness
目前无强制性标准要求 以用户满意作为基本要求 评价方法

主观评价 客观测试

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主观评价

怠速

声音大小与音质 各关键点的振动能否接受
声音大小与音质 声音增大是否平稳，有没有突出的峰值（轰鸣声） 低速 中速 高速

加速


匀速


异响
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等响曲线：通过大量的试验和统计得到
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等响曲线
响度和A计权声压级的关系
77dB(A) 36.7SoneGF 77dB(A) 44.3SoneGF 77.1dB(A) 38.6oneGF
77dB(A)
36.7SoneGF
76.7dB(A)
14.0SoneGF
77dB(A)
14.7SoneGF
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NVH涉及的主要内容
车外噪声 车内噪声 车内振动

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车外噪声


按照GB1495-2002的方法进行测试，并且作为强制性标准 来执行 不同类型的车辆，执行不同的标准，目前轿车执行74dB(A) 的限值
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通过噪声测试示意图

物体的振动是噪声产生的根源，称为声源


在空气中，声音的传播体现为空气压力波的传播


声音的传播实质上是能量的传播


声波在传播过程中，可以发生反射、折射、衍射和干涉等波传播现象
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声音的度量
声压 声功率 声强 声品质

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声压




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噪声的描述

噪声是一种声音，具有声音的一切物理特性

一切不需要的声音都可认为是噪声
物体振动时，引起了媒质中质点的振动，并依靠媒质传播开来，形成能 传递的机械波 可以用气压的变化来度量声音的大小 在理论上，可以用平面波和球面波两种模型来研究声音 不能单靠隔的方式来处理噪声问题，还要考虑让声能量能有通道转换为 其他能量形式