基于時(shí)域動(dòng)態(tài)特性分析的車內(nèi)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車振動(dòng)與噪聲分析與控制中聲品質(zhì)預(yù)測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于 時(shí)域動(dòng)態(tài)特性分析的車內(nèi)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)方法。更具體的說(shuō)，本發(fā)明是一種車內(nèi)基于時(shí)域動(dòng)態(tài) 特性分析的車內(nèi)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)方法，適用于車輛常規(guī)行駛時(shí)由各種因素造成的非穩(wěn)態(tài)車內(nèi)聲 音環(huán)境下聲品質(zhì)的預(yù)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車舒適性的要求越來(lái)越高，車內(nèi)聲品質(zhì)在評(píng) 價(jià)汽車整體質(zhì)量中起的作用也越來(lái)越重要。車內(nèi)聲品質(zhì)好壞反映人對(duì)車內(nèi)聲環(huán)境的感受， 是人類心理和生理因素的共同作用。
[0003] 目前現(xiàn)有的車內(nèi)聲品質(zhì)研究，大部分都是在消聲室或半消聲室中進(jìn)行，即基于穩(wěn) 態(tài)環(huán)境這一假設(shè)，且研究中車輛的工況也多設(shè)定為穩(wěn)定的工況。近年來(lái)，僅有少數(shù)學(xué)者開(kāi)始 涉及加速等特定的非穩(wěn)態(tài)工況下的車內(nèi)聲品質(zhì)研究。與此同時(shí)，這些方法所涉及的車內(nèi)聲 品質(zhì)客觀分析所廣泛采用的聲品質(zhì)客觀心理參數(shù)普遍只能反映穩(wěn)態(tài)環(huán)境下的車內(nèi)聲品質(zhì)， 無(wú)法描述車輛常規(guī)行駛時(shí)車內(nèi)聲音環(huán)境的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性適用于車輛常規(guī)行駛時(shí)各種因素 造成的車內(nèi)非穩(wěn)態(tài)聲品質(zhì)研究至今未見(jiàn)報(bào)道。且目前可見(jiàn)的聲品質(zhì)研究，普遍基于車內(nèi)聲 音是穩(wěn)定的這一前提，而選擇以秒量級(jí)的單個(gè)聲音樣本代替整個(gè)聲音環(huán)境進(jìn)行分析研究。 而車內(nèi)實(shí)際行駛時(shí)，聲音環(huán)境既包括隨著行駛工況變化而不斷變化的車輛自身的發(fā)動(dòng)機(jī)噪 聲、輪胎噪聲、空氣噪聲和車身結(jié)構(gòu)噪聲，更有車內(nèi)人員語(yǔ)言交流、多媒體播放和行駛周邊 環(huán)境等其他聲源的作用。上述聲源的作用時(shí)間從數(shù)秒起，甚至持續(xù)伴隨車輛的行駛過(guò)程，因 此僅用秒量級(jí)的單個(gè)聲音樣本顯然不能全面描述車內(nèi)聲音環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的無(wú)法描述車輛常規(guī)行駛時(shí) 車內(nèi)聲音環(huán)境的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性的問(wèn)題，提供了一種基于時(shí)域動(dòng)態(tài)特性分析的車內(nèi)聲品質(zhì)預(yù) 測(cè)方法。
[0005] 為此，本發(fā)明提出了利用聲品質(zhì)客觀心理聲學(xué)參數(shù)的方差和極差作為動(dòng)態(tài)特性指 標(biāo)，來(lái)建立車內(nèi)聲品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型，以更好的反映車內(nèi)聲品質(zhì)的實(shí)際情況。在具體聲音樣 本處理過(guò)程中，本發(fā)明提出在分鐘量級(jí)上采集車內(nèi)聲音信號(hào)樣本并在秒量級(jí)上進(jìn)行聲音 時(shí)域信號(hào)分幀，并將其命名為"長(zhǎng)時(shí)幀"，以反映人類聽(tīng)覺(jué)心理感受的累積效應(yīng)。并提出適用 于長(zhǎng)時(shí)幀處理的梯形窗加窗方法，在消除邊界效應(yīng)同時(shí)又可使聲音信號(hào)樣本的特性得以充 分保留。
[0006] 本發(fā)明基于模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行聲品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)建模。模糊綜 合評(píng)價(jià)是一種將邊界不清、不易定量的因素定量化的綜合評(píng)價(jià)方法，因其具有數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn) 單、結(jié)構(gòu)層次清晰、被評(píng)價(jià)對(duì)象評(píng)價(jià)值唯一等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于許多科學(xué)領(lǐng)域。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下：
[0008] 一種基于時(shí)域動(dòng)態(tài)特性分析的車內(nèi)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :利用聲音采集設(shè)備采集車內(nèi)聲音信號(hào)樣本；
[0010] 步驟2 :對(duì)車內(nèi)聲音信號(hào)樣本信號(hào)進(jìn)行分幀加窗處理；
[0011] 采集車內(nèi)聲音信號(hào)樣本對(duì)聲音樣本進(jìn)行分鐘量級(jí)的截取，并以秒量級(jí)進(jìn)行聲音時(shí) 域信號(hào)分幀，對(duì)長(zhǎng)時(shí)幀進(jìn)行梯形窗加窗方法處理，在消除邊界效應(yīng)同時(shí)，保留聲音信號(hào)樣本 的特性；
[0012] 步驟3 :對(duì)車內(nèi)噪聲樣本進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)；
[0013] 步驟4 :計(jì)算聲品質(zhì)客觀心理聲學(xué)參數(shù)；
[0014] 所述聲品質(zhì)客觀心理聲學(xué)參數(shù)包括：響度、尖銳度、粗糙度、抖動(dòng)度和語(yǔ)言清晰 度；
[0015] 步驟5 :計(jì)算客觀心理聲學(xué)參數(shù)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)；
[0016] 所述客觀心理聲學(xué)參數(shù)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)包括各客觀心理聲學(xué)參數(shù)的方差和 各客觀心理聲學(xué)參數(shù)的極差；
[0017] 步驟6 :建立車內(nèi)聲品質(zhì)客觀綜合評(píng)價(jià)模型；
[0018] 步驟7 :對(duì)聲品質(zhì)客觀綜合評(píng)價(jià)模型輸出值與主觀評(píng)價(jià)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié) 果對(duì)步驟6所建模型進(jìn)行調(diào)整，直至結(jié)果與實(shí)際誤差在20%之內(nèi)，誤差度滿足要求；
[0019] 步驟8 :使用檢驗(yàn)樣本對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證；
[0020] 采用檢驗(yàn)樣本對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，如果結(jié)果對(duì)比度誤差在20%之內(nèi)，說(shuō)明模型可以 接受，如果結(jié)果對(duì)比度大于20 %，則返回步驟6,重新調(diào)整模型，直到在此驗(yàn)證結(jié)果滿足誤 差要求。
[0021] 技術(shù)方案中所述步驟1中采集車內(nèi)聲音信號(hào)樣本，具體步驟如下：
[0022] (1)將聲音采集設(shè)備布放在副駕駛員處，即人工頭或兩個(gè)傳聲器具體位置的垂直 坐標(biāo)是座椅表面中線，橫坐標(biāo)是靠背表面中線，兩者交點(diǎn)以上0.7±0. 05m處，人工頭或傳 聲器對(duì)稱地布置于座椅表面與靠背的對(duì)稱面左右0. 2±0. 02m處；
[0023] (2)選擇路況及工況：
[0024] 選擇測(cè)試車輛行駛的等級(jí)路面，并設(shè)計(jì)選擇多個(gè)有代表性的車輛行駛工況；
[0025] (3)車內(nèi)聲音信號(hào)樣本采集：
[0026] 記錄每個(gè)工況的車內(nèi)聲音信號(hào)樣本，每次記錄時(shí)間5~6分鐘；
[0027] 技術(shù)方案中所述步驟2中對(duì)車內(nèi)噪聲樣本信號(hào)進(jìn)行分幀加窗處理的具體步驟如 下：
[0028] (1)車內(nèi)聲音信號(hào)樣本分幀：
[0029] 采集車內(nèi)聲音信號(hào)樣本時(shí)長(zhǎng)為4分鐘，以2秒為一個(gè)幀長(zhǎng)進(jìn)行聲音時(shí)域信號(hào)分 幀；
[0030] (2)選擇窗型：
[0031] 選擇在消除邊界效應(yīng)同時(shí)又可使聲音信號(hào)樣本的特性得以充分保留的梯形窗；
[0032] (3)設(shè)定窗型參數(shù)：
[0033] 窗型參數(shù)確定為：窗長(zhǎng)是2秒，邊緣長(zhǎng)度是10毫秒。
[0034] 技術(shù)方案中所述步驟3中對(duì)車內(nèi)噪聲樣本進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)的具體步驟如下：
[0035] (1)選取人員組成評(píng)審團(tuán)：
[0036]選取了 20名以上的試驗(yàn)人員作為聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)主體，評(píng)價(jià)主體中男女的比例 為1:1，年齡在18~70之間，有駕駛經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)人員的數(shù)量與無(wú)駕駛經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)評(píng)價(jià) 人員的數(shù)量比例為1:1 ;
[0037] (2)對(duì)評(píng)審團(tuán)人員進(jìn)行試驗(yàn)前培訓(xùn)；
[0038] (3)確定聲品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)：
[0039] 評(píng)價(jià)指標(biāo)為聲環(huán)境舒適度；
[0040] (4)確定評(píng)價(jià)方法：
[0041] 用數(shù)值估計(jì)法進(jìn)行聲音樣本打分評(píng)價(jià)。
[0042] 技術(shù)方案中所述步驟3中計(jì)算聲品質(zhì)客觀心理聲學(xué)參數(shù)的具體步驟如下：
[0043] (1)提取分幀加窗處理后的樣本，進(jìn)行響度計(jì)算：
[0044]
(.1)
[0045] 式中：f是特征響度，單位sone ;
[0046]ETQ為與聽(tīng)閾對(duì)應(yīng)的激勵(lì)；
[0047]E為聲信號(hào)對(duì)應(yīng)的激勵(lì)；
[0048]E。為激勵(lì)，與參考聲強(qiáng)I。= 10 12w/m2相對(duì)應(yīng)；
[0049] 響度N為頻帶特征響度之和，單位sone，計(jì)算公式如下：
[0050]
L 2)
[0051] (2)提取分幀加窗處理后的樣本，進(jìn)行尖銳度計(jì)算；
[0052] 采用Zwicker模型來(lái)計(jì)算尖銳度S，其數(shù)學(xué)模型以響度模型為基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)公式如 下：
[0053] ：(;3>
[0054] 式中，S是尖銳度，單位acum;
[0055]k是加權(quán)系數(shù)，k取0? 11 ;
[0056]N是總響度值，單位sone ;
[0057]N' (z)是z號(hào)Bark域內(nèi)的特征響度，單位sone;
[0058] (3)提取分幀加窗處理后的樣本，進(jìn)行粗糙度計(jì)算：
[0059] 利用噪聲的調(diào)制頻率和個(gè)特征頻帶內(nèi)的激勵(lì)級(jí)差A(yù)LE(z)來(lái)計(jì)算粗糙度，公式 為：
[0060] (4)
[0061] 式中，R是粗糙度，單位asper;
[0062]fncid是調(diào)制頻率；
[0063]ALE(z)為聲信號(hào)激勵(lì)級(jí)的變化量，定義為：
[0064]
(5)
[0065] 式中：N' _(z)和N' _(z)分別表示特征響度的最大值和最小值；
[0066] (4)提取分幀加窗處理后的樣本，進(jìn)行抖動(dòng)度計(jì)算：
[0067]Zwicker抖動(dòng)度計(jì)算模型為：
[0068] (6)
[0069] 其中，F(xiàn)表示抖動(dòng)度，單位vacil;
[0070]f。表不調(diào)制基頻；
[0071] (5)提取分幀加窗處理后的樣本，進(jìn)行語(yǔ)言清晰度AI計(jì)算：
[0072] 語(yǔ)言清晰度計(jì)算模型為：
[0073]AI= 2ff(f)D(f)/30 (7)
[0074] (B：)
[0075] 式中，W(f)為計(jì)權(quán)系數(shù)；
[0076]N(f)為背景噪聲上線，其表達(dá)式為UL(f) =H(f)+12dB;
[0077]LL(f)為背景噪聲下限，其表達(dá)式為L(zhǎng)L(f) =UL(f)_30dB。
[0078] 技術(shù)方案中所述步驟4中計(jì)算客觀心理聲學(xué)參數(shù)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的具體步 驟如下：
[0079] (1)各客觀心理聲學(xué)參數(shù)的方差S2計(jì)算
[0080] 對(duì)經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出的響度、尖銳度、粗糙度、語(yǔ)言清晰度、抖動(dòng)度依照方差公式進(jìn) 行計(jì)算：
[0081] m
[0082]式中：Xl為各參數(shù)以2秒為一幀的計(jì)算值；
[0083]無(wú)為各參數(shù)計(jì)算值的平均值；
[0084] n為各參數(shù)計(jì)算值的個(gè)數(shù)；
[0085] (2)各客觀心理聲學(xué)參數(shù)的極差R計(jì)算
[0086] R =x_-x_ (10)