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各位同行和朋友，大家好,，我叫NVH先生,，以前從事排氣系統(tǒng)的設(shè)計工作，目前主要在研究整車動總聲品質(zhì)的開發(fā),。今天由我分享一下我在排氣設(shè)計優(yōu)化和整車動總聲品質(zhì)開發(fā)方面的一些心得和經(jīng)驗,。有些不恰當?shù)牡胤竭€望大家探討更正。 這次開展的分析主要包含三方面的內(nèi)容：
整車聲品質(zhì)的定義較簡單,，就是顧客對汽車聲音的主觀感受,。但它有兩個前提假設(shè)很重要，值得每個人去認真思考一下,。 第一個是指大多數(shù)人對聲品質(zhì)具有共性的認識,，它是聲品質(zhì)課題可以研究的前提。比如大多數(shù)人對劃玻璃的高頻音一飛機起飛時的壓抑感都感到非常討厭,，而喜歡具有節(jié)奏感的音樂,。 第二個前提是必須承認，不同人群對不同聲音具有不同的偏好,。即便是同一首音樂,，對于有些人來說是好聽的，對有些人來說就是煩躁的噪聲,。 目前聲品質(zhì)主要研究方法包括主觀評價和客觀數(shù)據(jù)分析兩類,。聲品質(zhì)評價表是開展整車聲品質(zhì)研究的基礎(chǔ)和主要參考的依據(jù)，對它的理解也是這一頁的重點,。它基于大多數(shù)人對聲品質(zhì)具有共性的認識,，采用多人打分的統(tǒng)計學(xué)方法對聲品質(zhì)進行研究。聲品質(zhì)的主觀評價評分表把人的主觀感受分為十個等級,，八分以下表示一個聲音,，會給人的主觀感受帶來負面情緒，8分以上表示這個聲音會給人帶來正面的情緒或情緒上的共鳴。 很多人主觀評價時,，經(jīng)常給出九分左右的高分,，我認為是不太科學(xué)的。所以再著重強調(diào)一下對正面情緒和負面情緒的一個理解,。一首音樂使人陶醉其中,，就是這個聲音帶給人正面的積極的情緒，午休時間廣場舞音樂打擾你休息時,，可能就會給你帶來負面情緒,。在八分以下的負面情緒分支表中，六分以上表示這種負面情緒人的主觀感受可以接受,，六分以下表示這種負面情緒,，人的主觀感受無法接受，需要再優(yōu)化,！而基于問題解決的nvh評價中,，一般主觀評價分值很難達到8分以上，針對不同人群具有不同偏好的假設(shè),，在聲品質(zhì)開發(fā)的主觀評價中,，有人可能會給9到10分，但相同聲音,，其他人可能只會給5到6分,，所以做8分以下聲品質(zhì)相對較容易，做8分以上的聲品質(zhì)就很困難,，而且存在較大的不確定性,！ 下面闡述聲品質(zhì)開發(fā)范疇的三個層次， 第一個層次減聲降噪,，就是找到噪聲和振動源，就是噪聲聽起來沒有不舒服的感覺,，主觀評價控制目標通常在八分以下,，目前大多數(shù)主機廠都停留在該層次。而第第二個層次是聲品質(zhì)控制,，根據(jù)實際開發(fā)的狀況,，而不再單純追求聲壓級及階次噪聲的越低越好，以實現(xiàn)良好的聲品質(zhì)為主要目標,，使得特定目標人群主觀評價達到八分以上,。像國外的大眾福特豐田等都走在該層次的一個前列。 第三個層次是聲品質(zhì)的設(shè)計,，它不再單純鎖定一種聲音或者風格,，而基于不同人群具有不同偏好的基本假設(shè)，而進行多場景聲設(shè)計及聲品質(zhì)切換，使大多數(shù)人群根據(jù)喜好,，主觀評價都能達到八分以上,！ 聲品質(zhì)主觀評價是指邀請一個特定群體對某類汽車進行噪聲評價，分為駕評和錄音回放兩種,。實車駕評就是實際開車進行體驗,，它能與人的視覺、觸覺主觀情緒結(jié)合效果最為真實,，但由于評車效率低下,，通常對評價人員、專業(yè)背景及情緒控制力具有一定的要求,。而錄音回放評價就是通過雙耳人工頭把聲音采集出來,，在評價時進行多人回放評價，他無法與人的實際感受結(jié)合,，且低頻回放存在聲場失真現(xiàn)象,，但評價效果效率較高，可以通過多人評價的統(tǒng)計學(xué)分析,，降低對評價人員的要求,。 目前常用的主觀評價分析方法分為排序法、評分法,、語義細分法和成對比較法,，而排序法就是播放幾組聲音，讓評價人員進行排序,。評分法就是播放一個聲音后,，讓評價人員按照評分表對其評分，語義分析法采用即興形容詞,，對聲音信號進行細分,，通過試聽判斷這個聲音的特性，如一個聲音是愉悅的,，還是煩躁的,，是響亮的還是低沉的？ 成對比較法是將聲音兩兩編組,，讓評價人員判斷更喜歡哪個聲音,。而客觀分析是在客觀測試的基礎(chǔ)上，尋找各個系統(tǒng)合適的指標來分析聲品質(zhì),，盡可能量化的描述聲品質(zhì),，驗證主觀評價的結(jié)果，聲品質(zhì)評價指標龐大繁多,，左側(cè)羅列了部分聲品質(zhì)評價指標,，主要分為通用指標和專有指標兩類,。 通用指標是做聲學(xué)計算的基礎(chǔ)指標，包括響度,、尖銳度,，粗糙度，語言清晰度,、波動度等等,。專用指標只適合做特殊用途性能的評價的指標，如評價車內(nèi)聲品質(zhì)的運動感,，動力感,，奢華感及煩躁度的指標。 右側(cè)介紹了語言清晰度這個評價指標,，它主要用來評價200到6300赫茲的背景噪聲對人說話語言清晰度的影響,。測試聲音用1/3倍頻程計算，若在相關(guān)頻帶就是200到6300赫茲都低于言語區(qū),，則AI等于100%,。若在相關(guān)頻帶高于言語區(qū)，則AI等于0%,。若聲音在言語區(qū)內(nèi),，則通過查表，差值計算權(quán)重參數(shù),，最后得到AI指標,。 響度是進行聲品質(zhì)研究最重要的關(guān)鍵指標，它主要用來描述人耳對某種噪聲強弱的主觀感受,，通常規(guī)定1000赫茲,、聲壓級為40DB的純音的響度為1 Sone，瞬態(tài)響度計算的流程如下：
總體來說,，響度是考慮了人耳的時域掩蔽效應(yīng),，頻域掩蔽效應(yīng)和耳廓聽覺特性的一個主觀評價指標,。他以離間帶寬Bark為自變量進行計算，覆蓋頻率范圍從0赫茲到15500赫茲,。 尖銳度反映噪聲的刺耳程度,，用于描述高頻成分在頻譜的占比，他是響度計算的一種加權(quán)計算,，通常規(guī)定中心頻率1000赫茲,、帶寬160Hz的60db的窄帶噪聲的尖銳度為1Acum！ 右圖是尖銳度的加權(quán)系數(shù),，當頻率高于3150赫茲時,，尖銳度加權(quán)系數(shù)顯著增加，它通常用來評價3000赫茲以上的高頻音,，也是以帶寬為自變量進行計算,，覆蓋頻率范圍從0赫茲到15500赫茲！ Roughness是聲音信號的調(diào)制程度,、頻率分布,、幅值大小的反應(yīng)。粗糙度越高,，聲波聽起來越粗糙,，通常規(guī)定頻率1000赫茲，幅值60db的載波,，通過70赫茲調(diào)頻,，100%調(diào)制產(chǎn)生1asper的粗糙度！ Fluctuation反應(yīng)聲波忽大忽小的起伏,，起伏度越大,，聲波聽起來越波動，它規(guī)定頻率1000赫茲,，幅值60db的載波,，通過4赫茲調(diào)頻，100%的調(diào)制,，產(chǎn)生1vacil的起伏值,。 下面聽一下1000赫茲的純音，經(jīng)過4幅值調(diào)制和70赫茲調(diào)制的聲音,。【請下載PPt可獲取本次課程所有音頻】 粗糙度主要對20到200赫茲頻段聲音進行評價,，同一個載波經(jīng)過70赫茲調(diào)制時粗糙度最大，起伏度主要對0到15赫茲頻段聲音進行評價,，統(tǒng)一載波,，經(jīng)4Hz調(diào)制時起伏度最大！ 聲波的幅值調(diào)制是聲品質(zhì)的一項關(guān)鍵指標,，如排氣的聲浪在時域內(nèi)的體現(xiàn)為響度忽大忽小的感覺 如左下圖,，中間一個1000赫茲的單頻音,，經(jīng)過30赫茲信號調(diào)制后，就會體現(xiàn)出忽大忽小的動態(tài)感,。 先聽一下30赫茲的單頻音,，因為筆記本喇叭的機體回放能力不行，再聽一下一千赫茲的呃嗯那個1000赫茲的基頻,， 再聽一下,，將一千赫茲的單頻音經(jīng)過30赫茲調(diào)制以后的體現(xiàn)！
下面播放一下將不同頻率調(diào)制的動態(tài)感,。 先聽一下經(jīng)過四赫茲調(diào)制的一個聲音,， 再對比一下20赫茲調(diào)制的一個聲音， 再對比一下30赫茲調(diào)制的一個聲音,， 再聽一下經(jīng)過70赫茲調(diào)制的聲音,！ 再聽一下，經(jīng)過100赫茲調(diào)制的一個聲音,，說到整車聲品質(zhì),，通常都會提到運動感，動力感以及豪華感等指標,！ 下面播放一下這幾個聲音 先播放一下超跑的聲音,， 再播放一下運動感的聲音！ 再播放一下力量感的聲音,。 然后接著聽一下豪華感的聲音,。 這些指標主要受兩方面因素的影響，調(diào)制感和階次偏性,。 調(diào)制感主要反應(yīng)時域特性,，就好比一首音樂的節(jié)拍。他反映聲波的調(diào)制程度,，當調(diào)制頻率很低時,，人首先感到聲音的忽大忽小，就是上一頁提到的起伏度,。隨著調(diào)制頻率地繼續(xù)增加,，商業(yè)會逐步變的低沉波動，當頻率繼續(xù)增加,，聲波會變的高亢動感,。 階次偏性主要反映頻域特性，好比一首音樂的樂譜,，反映聲波主半階占比,。當主階較為豐富時，聲音比較純凈,、單調(diào),。當半階比較豐富時，聲音比較動感粗糙,！ 運動型車型的主要調(diào)制策略,，豐富半階音加上適當?shù)牡皖l調(diào)制； 力量型車型的調(diào)制策略,，線性且充足的主階音,，中高頻非常干凈，有力而不嘈雜,； 豪華感車型的調(diào)制策略為發(fā)火階次純凈,，竟加上高亢動感的高頻調(diào)制； 整車聲品質(zhì)就介紹到這里,。 重點主要包括聲品質(zhì)主觀評價表,，聲品質(zhì)的開發(fā)范疇和一些客觀評價指標的基本含義。 下面從排氣系統(tǒng)的角度分析排氣系統(tǒng),，先科普一下排氣系統(tǒng)的基本定義,。 排氣系統(tǒng)一般是指從發(fā)動機排氣多支管到排氣尾管各個部分的組合，主要有排氣歧管,、氧傳感器,、三元催化裝置、波紋管,、主,、副消聲器、尾管以及排氣系統(tǒng)懸掛裝置等組成,。 排氣歧管的功能是將發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的多通道廢氣匯聚到一個單通道,，連接到排氣總管，引傳感器為車輛ECU提供廢氣中含量的數(shù)據(jù)一ECU以此來調(diào)節(jié)發(fā)動機進氣量來實現(xiàn)燃料的完全燃燒,。 三元催化器是用來凈化發(fā)動機排出的廢氣,，去除其中的有毒有害成分,， 而主副消聲器可以有效地降低確定運行時發(fā)動機排氣所發(fā)出的噪音,。 波紋管以及排氣懸掛系統(tǒng)則用來減少排氣系統(tǒng)的振動，從而提高系統(tǒng)的可靠性及乘客的舒適性,。
排氣系統(tǒng)最主要的功能為導(dǎo)氣,、降污和降噪,，附帶要求有振動性能、功率損失,，可靠性及重量成本等其他要求,。 整車舒適性能出發(fā)，主要考慮這種噪聲性能要求,，而排放問題主要從國家法規(guī)和發(fā)動機排放物成分出發(fā),，對排氣系統(tǒng)中的三元催化器進行分析,，而噪聲問題主要對排氣系統(tǒng)中的消音器進行分析，使得排氣噪聲滿足消費者要求,，且符合國家噪聲法規(guī)標準,！功率損失問題直接關(guān)系發(fā)動機節(jié)能這段問題不僅影響嗯消費者對汽車的主觀評價，還對可靠耐久產(chǎn)生影響,！ 可靠性問題主要要求產(chǎn)品滿足使用要求,，此外還得考慮成本重量，安裝空間和制造維修等問題,。排氣系統(tǒng)的組成和作用就科普到這里,。
下面重點介紹排氣尾口噪聲的控制策略。排氣尾口噪聲是排氣開發(fā)聲學(xué)性能最關(guān)鍵指標,，主要有發(fā)動機噪聲源,、排氣管路走向和消聲器的結(jié)構(gòu)及容積決定。 把排氣系統(tǒng)的消聲性能按頻帶分為三個區(qū)級,，低頻區(qū)主要為60赫茲以下的區(qū)域,，中頻區(qū)主要為60到800赫茲的區(qū)域，高頻區(qū)主要為800赫茲以上的區(qū)域,。 低頻區(qū)的聲波波長大于6米,，由于波長過長主要靠管道平面波的駐波效應(yīng)消聲，尾口低頻聲學(xué)性能主要有排氣布局,，消聲器容積,、排氣管徑以及發(fā)動機積力源的幅值和相位決定，所以理論上,，排氣低頻消聲性能在排氣先期設(shè)計階段就能基本確定,。
而后期低頻噪聲的調(diào)節(jié)主要通過如下兩種手段，
中頻區(qū)的聲波波長主要在0.5到6米之間,，通過消聲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,，可以改善該頻段的消聲性能，其中中頻區(qū)的低頻段主要通過協(xié)振腔進行單頻消聲，中頻段主要通過擴張腔和孔干涉進行消聲,。 高頻區(qū)的聲波波長在0.5米以下,，發(fā)動機高頻燃爆聲，幅值本身不大,，可以通過前曉的吸聲棉來進行消除,。尾口出來的高頻流噪主要有排氣流阻產(chǎn)生，主要手段是增加排氣管路或尾管的管徑,，減少消聲器的流阻來減少排氣刺激流灶。 排氣低頻噪聲理論上,，在先期開發(fā)階段就能基本確認,，但在現(xiàn)實中往往不具備可操作性，主要原因就是大多數(shù)主機廠的工作不精細,，沒有準確可靠的發(fā)動機噪聲源,。而發(fā)動機噪聲源特性識別是進行排氣系統(tǒng)低頻消聲的關(guān)鍵，目前通過仿真和臺架試驗手段可初步識別噪聲源的聲壓特性,。 JD仿真手段主要基于DOE多工況仿真,，通過改變排氣尾管及負載的變化，識別發(fā)動機噪聲源的聲壓U和阻坑Z,實驗手段主要基于發(fā)動機試驗臺架進行識別,，分為直接法和間接法,。 由于發(fā)動機排氣溫度較高、氣流速度較快,，試驗主要以間接法為主,，通過測試不同程度尾管尾口噪聲的聲壓，反推出熱端出口的聲壓 U又和阻坑Z,得到發(fā)動機聲壓U和阻坑Z,可以帶入排氣系統(tǒng)的冷端排氣模型,，通過線性計算得出尾口噪聲,，通過線性計算還可得到排氣管路固有頻率。他與聲源大小及相位關(guān)系不大,，主要有整體管路及布局決定,。 通過機器瞬態(tài)仿真計算，可以計算出排氣尾口噪聲聲音文件,，進行前期回放主觀評價,，在排氣先期通過仿真手段對排氣噪聲進行預(yù)測控制，它是聲品質(zhì)開展范疇第二個層次開展工作的基礎(chǔ),，具有通過仿真得到聲音文件回放評價,，才能在前期較好的預(yù)測聲品質(zhì)！ 下面播放右圖兩種不同歧管形式的聲音文件,，先播放等長管的聲音,，再播放采用非等長管的聲音文件，通過試聽評價，采用1結(jié)構(gòu)尾管噪聲更純凈,，采用2結(jié)構(gòu)尾口噪聲比較波動,。
這一頁主要闡述以前排氣開發(fā)主要關(guān)注客觀指標，但如果要使商品質(zhì)達到八分以上,，需要重點關(guān)注主觀回放評價,。需要補充的是Artemis軟件可以把wav聲音文件轉(zhuǎn)化為HDF格式文件，進行再編輯及回放評價,。 在聲品質(zhì)開發(fā)前期或者后期需要對聲品質(zhì)音尾進行修改評價,，基于聲設(shè)計可以修改噪聲的頻率特性，通過回放打分評價出較優(yōu)的聲學(xué)音尾進行目標設(shè)定,。下面播放兩組不同車內(nèi)前排噪聲文件,，第一個的二階幅值小，第二個二階幅值比較大,，
通過回放評價,，就是由于300赫茲共振帶的加強，下圖壓抑感優(yōu)于上圖,。說明人的實際感受和客觀數(shù)值反饋有時還會存在差異,。而剛才筆記本喇叭失真，低頻回放失真,，體現(xiàn)不出壓抑感,，需要用專用的耳機來評價！ 而基于ARTEMIS聲設(shè)計模塊對聲音文件編輯回放評價,，是開展聲品質(zhì)設(shè)計控制和聲設(shè)計的一個基礎(chǔ),。這里補充一下我對聲設(shè)計的一個理解，而聲設(shè)計的話它不是憑空想象一個聲音出來,，我們不是音樂家,，也沒有這方面的能力，他的主要工作就是尋找眾多場景的聲學(xué)基礎(chǔ)樣本,，進行聲學(xué)樣本的再編輯和回放評價,，使其更大程度地滿足消費者的喜好！
排氣的聲學(xué)性能和背壓性能是一對矛盾體,，這里主要通過仿真對其被壓性能進行研究,，通過實驗研究也更有必要。那個通過仿真計算,，排氣背壓對發(fā)動機功率影響較為明顯,，對發(fā)動機油耗有一定影響，對發(fā)動機扭矩影響較小,。 在30千帕以內(nèi),，發(fā)動機背壓對發(fā)動機功率損失影響較弱，當背壓大于30千帕后，排氣背壓與官,，當排氣背壓大于三十千帕后,，排氣背壓與功率損失基本成線性正相關(guān)！ 當被壓大于二十千帕后,，排氣背壓與最大油耗損失也具備成正相關(guān),，排氣系統(tǒng)及開發(fā)論述就介紹到這里，其中主要包括：排氣尾口噪聲的控制策略,，發(fā)動機噪聲源識別論述,、基于瞬態(tài)仿真計算的先期聲品質(zhì)控制評價和基于Artemis聲編輯模塊的應(yīng)用。 下面介紹排氣系統(tǒng)對車內(nèi)影響的傳遞路徑分析,，排氣系統(tǒng)對車內(nèi)噪聲傳遞路徑主要有以下幾種,。
下面介紹排氣氣流聲的影響分析,，在許多車型開發(fā)中，后排座椅位置在急加速和高轉(zhuǎn)速工況,，經(jīng)常能聽到嘶嘶氣流聲,，一般有排氣尾口輻射產(chǎn)生。廢氣產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面,，第一個就是尾口氣流聲過大,，而通常的做法是增加尾口的管徑，不要讓高速氣流直接斜切割尾口,，盡量減少排氣系統(tǒng)的流阻系數(shù),，特別是消聲器穿空管內(nèi)壁的毛刺，一定要清理干凈,！
第二個就是后背門氣密性較差,，對于直排尾管，后背門氣密性是其關(guān)鍵指標，實驗中膠帶封堵對其流噪隔聲作用不大,，用吸聲棉封堵后效果很明顯,。 第三，內(nèi)包里層式排氣系統(tǒng)通常會存在一定的后排排氣氣流聲,。其噪聲主要通過泄壓孔進行傳遞,，先期設(shè)計中，內(nèi)飾泄壓孔的距離后排人耳的位置很關(guān)鍵,，后期優(yōu)化通常的做法是需要在側(cè)翼增加吸聲棉進行吸聲處理,。 下面介紹排氣對車內(nèi)轟鳴的影響分析。在許多車型開發(fā)中,，車內(nèi)前排在低轉(zhuǎn)速,，通常能感覺到明顯低頻壓耳或者轟鳴，后排有時也有所體現(xiàn),，移除尾管后有明顯改善或者消失,！ 排查過程中打開后背門，前排轟鳴聲明顯降低,，脫掉排氣中間吊耳,，前排轟鳴也明顯降低。尾口延長后,，車內(nèi)前排轟鳴也明顯降低,！后背門振動激勵引起車內(nèi)一階聲腔模態(tài)共振，聲腔一階模態(tài)引起車內(nèi)前排壓耳,。
整車聲品質(zhì)開發(fā)的目標通常為：靜如止水,，動如脫兔，怠速及巡航工況較為安靜,，煩躁度較低,，加速工況出現(xiàn)能與人產(chǎn)生共鳴的受重聲品質(zhì)！ 開發(fā)過程主要為音色選擇,，調(diào)音路線選擇和提前預(yù)測與修正三個部分,。 音色選定要求在前期開發(fā)階段需要定義車型的聲品質(zhì)路線，如豪華型,、運動,、動力型等，并需要回放評價預(yù)期的特征聲音文件,，調(diào)音路線根據(jù)發(fā)動機的特點而定,，主要有根據(jù)進排氣調(diào)制、機振增音和主動發(fā)聲調(diào)音等手段,，提前預(yù)測與修正,，就是在車型開發(fā)前期,，通過仿真等手段，生成聲音文件進行回放評價,！ 整車動總聲品質(zhì)被動調(diào)節(jié)的整體策略為：進排氣系統(tǒng)是調(diào)節(jié)動總聲品質(zhì)的關(guān)鍵,，懸置系統(tǒng)對聲品質(zhì)有一定影響，變速箱及傳動軸不具有聲品質(zhì)調(diào)節(jié)功能,。
主要技術(shù)手段包括：通過歧管,、Y管結(jié)構(gòu)，在源頭調(diào)節(jié)排氣噪聲的基調(diào)音,，結(jié)合雙模式閥門技術(shù),，兼顧運動感和法規(guī)。 在排氣支路增加共鳴調(diào)音技術(shù),，調(diào)節(jié)增強尾口噪聲的音色,。 第一個是在排氣尾口增加聲浪法，調(diào)解尾口噪聲的動感,。除了排氣系統(tǒng)能對動總聲品質(zhì)調(diào)節(jié)外,，還可通過其他手段對動總聲品質(zhì)進行調(diào)解，第一個就是在氣流歧管處安放一個氣流脈動發(fā)生裝置,，通過機器氣流的脈動大小,，調(diào)節(jié)發(fā)生骨的響度，增加聲品質(zhì)的動感,。它主要通過氣流驅(qū)動發(fā)聲骨發(fā)聲。
第二個就是在雨刮下面的結(jié)構(gòu)板上安裝一個擊振式發(fā)生骨,，通過加速時板結(jié)構(gòu)的振動帶動發(fā)生骨發(fā)聲,，增加聲品質(zhì)的音色，它主要通過振動激勵驅(qū)動發(fā)生骨發(fā)生,。 第三個就是目前較弱的：音響式主動音色增強系統(tǒng),，通過聲干涉原理消除車內(nèi)的轟鳴和改善車內(nèi)的聲品質(zhì)，它主要通過ECU,、電驅(qū)動發(fā)生骨發(fā)生,，整體的內(nèi)容就介紹到這里。 本節(jié)主要介紹了：排氣氣流聲和轟鳴聲的主要傳遞路徑,，并介紹了排氣聲品質(zhì)控制的主要策略和一些其聲品質(zhì)控制方法,，感謝大家來捧場，謝謝,。
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