【初来乍到】-聊聊声品质参数在发动机异响噪声源识别的应用

怀旧NVH老校长

         我之前读书的时候经常来本匿名论坛逛，曾经在这里面得到了很多启发，后来有在某核心研究院做整车NVH开发接近五年，工作一直很忙就忘了再逛逛论坛，后因各种原因，工作转移，现在在某知名NVH设备仪器供应商工作。接近年末了，总结工作的中的摸索，也想写一点东西反馈给大家，希望给大家在工作中有所帮组。也许，我的总结会有一些不得道的地方，也请各位指出和海涵。
         以下为正文：
         我们在做汽车NVH开发的过程中，总会遇到这样那样的NVH问题，为了保证汽车在整个NVH开发体系中有一个正向控制流程，在汽车开发的前期NVH工程师就会对汽车整车级及零部件级的NVH性能提出严格的控制目标，这几年随着国内各大主机厂逐渐意识到NVH性能的重要性，有目共睹，我们的国产车从原来的“拖拉机“”水平到现在的水平已经是天壤之别。
         但是随着汽车越来越安静，一些细微却不好听的声音就很容易暴露出来，其中“异响”是我们最常见的问题，它是影响消费者对一个汽车产品是否优秀的非常重要的一个内容。
         另外，消费者对声音的追求越来越多样化，也催生出声品质领域的研究，因此，NVH工程师中开始细化出异响工程师和声品质工程师这些个工种出来，其目的就是产品量产前尽量找出可能出现的异响源并找出控制手段，让汽车保证良好的NVH性能的同时，赋予更加悦耳的声音环境。
         有经验的工程师可以发现，“异响”作为一种声学表象，却很难提出一种客观的量化指标，而“声品质”有很多客观指标，却在工作中不知道怎么把这些指标与主管感受对应起来。
         今天我们以发动机的一个异响声来聊聊，引入声品质参数，识别异响噪声来源。
         背景：汽车怠速噪声已经控制的非常好，但是在车内能够明显的听到微弱不连续的“哒哒哒哒”声，这类声音非常影响乘员舱的品质感受。如果要解决该类噪声，找到异响源应该是一个前提。
         作为一般NVH工程师的工作流程思路，一定会先把该声音录下来，然后再做分析看看这类“哒哒”声的声学特性会是怎么样，有经验的工程师肯定会觉得这样做确实是有难度的。
         该“哒哒”声非常微弱，用一个平均的频谱来看，它基本被淹没在发动机本体的噪声里面去，不会有任何特征信息可以帮准我们分析，此路是走不通的。
         工程师判断“哒哒”声的工况效应，适当选择参数设置，输出一个瀑布图，如下图：
         
        

发动机上方1m噪声

         有经验的工程师可以通过上图得到一些有用的信息，开始怀疑异响来源4800-5800Hz这段区间的噪声。
          而工程师需要对自己的猜想进行严谨地推敲，一般情况下，工程师会把声音根据分析结果结合滤波回放来进一步验证自己的猜想。然而，不回放试听还好，一旦回访试听，你会发现，过滤到4800-5800Hz频率段的噪声后，该“哒哒”声仍然存在，不仅如此，无论怎么过滤，都能听到“哒哒”声，到这个时候，似乎，之前的所有猜想好像也开始走不通了。
          这个原因是由于，“哒哒”这声声音属于敲击因，它在时域属于脉冲噪声，因此再频率上表现的形式为宽频信号，可以结合我们做模态是力锤敲击的力信号在频谱上的表现即可知道。
          既然是这样，我们回过头来再好好思考一下该类声音的特性，“微弱”，“不连续”，“哒哒声”，考虑到这些主观特征，其实有一个声品质参数能够帮我们很好的解决上述问题。
          这个声品质参数就是，突出度（ProminenceRatio）
          突出度的定义就是，一个临界频带内的噪声能量与上下两个临界频带噪声进行对比，如果超出9dB, 那么在统计以上，该声音就不能被背景噪声所掩盖。
         

突出比

          再回想一下上述微弱的“哒哒”声，背景意义就是该声音虽然小，但是又能听到，其本质无法掩盖啊！因此，突出度给了我们多一个途经去分析和理解这类声音的特征并加以分析。因此，我们可以基于该声音进行突出度3D map图输出：
         

突出度 3d colormap

           再结合，声音的“不连续”特诊，我们可以明显看到，5000-6400Hz这段区间，突出度非常明显，并且不连续性也很强。
           进一步，我们把该区域做一个频率切片，形成一个突出度vs.时间的曲线，对这这条曲线再进行声音的回放，主观感受听到的“哒哒”声出现的时刻与声音的大小起伏，和切片曲线中突出度的峰值的出现时刻以及峰值大小对应，这非常精确的给我证明了“哒哒”声的噪声主要频率段。基于这个结果（高频）我们就可以进行噪声源识别的下一步工作了，即Beamforing算法的声学照相机识别（整个流程，我用了西门子LMS的HD Cam进行测试和分析）。
           

声源识别结果

         由此，我们识别出该异响源来自于第三缸进气凸轮轴方向，为进一步改善异响源提供方向和基础。整个过程极大地缩小了反复听诊，盲目换件的过程。
         小结：在我们在实际产品开发的过程中，遇到噪声问题，除了声压级，其实声学前辈们已经给我们留下了很多宝贵的参数和指标，如声品质指标，如果我们在实际分析和解决问题的时候，何不多考虑一下其他的途径去解决？当然，我希望我的这个小例子能够起到抛砖引玉的效果，如果，我们可以多加理解各个参数的意义，如果，再能够结合实际工况，合理的将各个参数加入到NVH开发的环节中，从更多的维度去进行NVH性能把控，我们的汽车NVH开发体系将会更加完善。
         以上，谢谢。
         欢迎交流。

姜鸣军

动力工程

楼主你好，在敲击问题中 LMS的小波分析用的多么，能不能解决类似问题

怀旧NVH老校长

动力工程 发表于 5-2-2018 21:15
楼主你好，在敲击问题中 LMS的小波分析用的多么，能不能解决类似问题

你好，小波分析是一种测试瞬态脉冲的有效工具，但是本质算法还是基于傅里叶变换，其优点在中高频有很好的分辨率，而低频却比较差。因此，需要提前判断这类问题出现的频段进而加以分析。另外，小波分析的时间分辨率很高，可以作为客观参考数据为进一步排查问题提供基础。

车界学知

写的很不错 晚

怀旧NVH老校长

车界学知 发表于 6-2-2018 15:14
写的很不错 晚

谢谢，后期我还会陆续写一些好用好玩的NVH相关文章分享给大家。

zjsxxuwei

真是硬菜，多谢楼主分享

怀旧NVH老校长

zjsxxuwei 发表于 24-2-2018 09:29
真是硬菜，多谢楼主分享

你稀罕就好，后面还会陆续出硬菜的。

fighost

分析的很到位，正好有类似的问题难以解决，谢谢老校长。

fangzengxing

专业人士，虽然很多地方看不懂。感觉很厉害的样子，希望可以读到更多这样的大神发的文章