声品质粗糙度matlab,轿车排气噪声声品质的试验分析与优化研究

1 前言

长期以来行业内一直以A计权声压降低作为车内及车外噪声设计目标&＃xff0c;但是声压级高低己经不能反映人们对于噪声信号的主观评价&＃xff0c;因为人们发现即便声压水平满足法规要求&＃xff0c;但是在车内仍然会感觉烦躁不安&＃xff0c;甚至恶心呕吐&＃xff0c;因此单纯以A计权声压级作为噪声评价标准的观念越来越受到挑战。本文利用声品质(Sound Quality)客观参量来反映人们对于声音事件主观感受的适当描述&＃xff0c;并基于人的心理效应进行声学评价&＃xff0c;以保证从主观和客观的角度对车内、车外噪声进行准确的分析和评价。

2 声品质计算理论基础

本文选取响度、尖锐度、粗糙度、抖动度这四个国际上比较常用的参量&＃xff0c;并在建立国际上比较公认的数学模型在软件中进行计算分析。

2.1 响度

响度是反映人耳对声音强弱主观感受程度的心理声学参数&＃xff0c;它考虑人耳对声音频谱的掩蔽特性&＃xff0c;能比A声级更准确的反映声音信号的响亮程度。其单位是Sone&＃xff0c;定义1kHz、40dB纯音的响度为1sone。在客观度量中&＃xff0c;声音的强弱是由声波的振幅决定的。但是作为主观评价量的响度与振幅并不完全一致&＃xff0c;它不仅决定于振幅的大小&＃xff0c;还决定于频率的高低、频带的宽度、频谱特性和声音的持续时间。

人耳对声音的反应具有非线性特性和频率相关特性&＃xff0c;这意味着对响度的感觉不能完全由声压级或它的谱来描述。由声压信号诱导出一种经验性的响度级&＃xff0c;是由声压信号的频谱倍乘一频率计权函数得出来的。计权函数是以实验得到的等响度曲线为基础规定的&＃xff0c;表达为声压级和频率二者的函数的响度感觉。图2.1为一簇等响度曲线&＃xff0c;从中可以看出人耳对低频声和高频声的敏感性差别很大&＃xff0c;在中频(1000Hz左右)范围内对声压级水平最为敏感。

为比较不同频率和声压级声音的强弱关系&＃xff0c;提出了响度级的概念。响度级的单位为“方”(Phon)&＃xff0c;在数值上等于与标准音(1kHz纯音)一样响时所对应的标准音的声压级。响度级是个相对的量&＃xff0c;与响度不同&＃xff0c;它并不与人对声音的强弱感觉成线性关系。

响度级LN与响度N的关系为&＃xff1a;N&＃61;2(LN-40)/10       (2.1)

图2.1 等响度感觉曲线

2.2 粗糙度和抖动度

噪声信号的瞬时变化能导致两种不同的感觉&＃xff0c;低频变化时产生起伏抖动感&＃xff0c;高频变化时产生粗糙感。比如以调制比为1的幅值调制1kHz单频音为例&＃xff0c;当调制频率从低到高变化会给人产生三种不同的感觉&＃xff1a;在低频调制时&＃xff0c;给人的感觉是声音响度慢的上下起伏和抖动的感觉&＃xff0c;在心理声学里以抖动度来描述声音的这种主观感觉&＃xff1b;当调制频率大于20Hz时&＃xff0c;起伏感消失代之以粗糙感&＃xff0c;在心理声学里以粗糙度来描述声音的这种主观感觉&＃xff1b;当载波频率大于2000Hz时&＃xff0c;粗糙感产生于调制频率20&＃xff5e;300Hz范围内&＃xff0c;当调制频率大于特征带宽时&＃xff0c;人能分辨出独立的变频音。

粗糙度和抖动度都是描述人对噪声信号瞬时变化的感觉&＃xff0c;因此具有相似的性质&＃xff0c;他们都与噪声的调制频率、调制比、中心频率和声压级等因素有关。其中调制频率和调制比对粗糙度和抖动度的影响最为显著&＃xff0c;且粗糙度和抖动度都随调制比的增大而增大。对幅值调制而言&＃xff0c;中心频率对抖动度影响不大&＃xff0c;对频率调制声音&＃xff0c;抖动度随中心频率增大呈下降趋势。声压级对粗糙度和抖动度的影响相对较小&＃xff0c;声压级增加40dB粗糙度或抖动度增加2&＃xff5e;3倍。

为定量地描述粗糙度和抖动度&＃xff0c;需要规定粗糙度和抖动度的参考值。粗糙度的单位为“asper”&＃xff0c;并规定调制比为1&＃xff0c;声压级为60dB的1kHz幅值调制纯音在调制频率为70Hz时的粗糙度为1asper。

Aures将总粗糙度看成是各临界频带内24各特征粗糙度的积分&＃xff0c;提出了粗糙度的计算模型&＃xff1a;

抖动度的单位为“vacil”&＃xff0c;规定声压级为60dB调制比为1的1kHz幅值调制纯音在调制频率为4Hz时的起伏度为1vacil。与粗糙度的计算类似&＃xff0c;抖动度的计算也采用瞬间掩蔽模式&＃xff0c;以最大和最小声压级△L的形式表示&＃xff1a;

式中&＃xff0c;fmod为调制频率。