2020年03月27日 13:55
近年來，汽車NVH性能已成為用戶選購車輛的重要參考因素之一。而整車NVH性能的好壞，與汽車子系統和零配件的設計密切相關，因此很多整車廠商對汽車子系統和零配件有明確的NVH測試規范和要求，例如，美國通用汽車制定了GMW 14155（ General Motors Worldwide 14155）測試標準。
其高依照GMW 14155標準，制定了一套對應的測試流程。本測試流程得到通用認可，并已應用于通用的多個汽車零配件供應商中，例如麥格納、李爾等知名廠商。
測試現場圖（李爾座椅和麥格納后視鏡）
最新的GMW 14155標準是2016年11月發布的4.0版本，下面就詳細介紹一下其高測試軟件基于該版本的測試流程。
本測試應該在消聲室或半消聲室中進行。
除非有其他標準特別說明，否則用于測量的消聲室/半消聲室應該滿足背景噪聲在0~5 bark范圍內小于0.2 sones/bark，在5bark以上的頻段小于0.1 sones/bark。其總計Zwicker響度應該小于1.2 soneGF。
背景噪聲除了房間本身的環境噪聲外，還應該包括支持設備運轉時所發出的噪聲。
a、自由場麥克風（Free field measurement microphone）：要求使用12.7mm (1/2英寸)的自由場麥克風，設備應包含連接線、麥克風支架及激勵電源（若需）。
b、聲級計校準器（Sound Level Calibrator）
c、聲音采集記錄系統(Digital Sound Recording System)：聲音采集記錄系統應該使用48kHz或更高的采樣率。
d、自由場聲場（Free field）
e、其他可選測量設備（Other Equipment）：在某些特定測量中，可能還會用到車門速度計、數字電壓表、直流電源、小型的加速度計（重量小于6克）。
a、測試時間（Test Time）：一般進行一次測試耗時為8~16小時，其中不包括4~8小時的協調、準備實驗時間。
b、測試人員要求（Personnel/Skills）：本測試可以由一名測試人員或工程師獨立完成，但該人員應接受過噪聲分析的培訓，并理解Zwicker響度和相關聲品質參數的計算方法，例如：百分比頻率法，相對音調估計法等。
a、設備安裝正確且消聲室環境符合要求
b、儀器校準：檢查儀器校準在有效期內，并對麥克風靈敏度進行現場校準（參考 GMW 14172標準）。
c、采集數據：讓子系統在全行程范圍內運行并采集運行時的噪聲。采集過程應該包括動作之前2秒及動作之后2秒或更長的靜止狀態信號，以保證在系統運行過程中不受外來噪聲干擾。對于電驅動的系統，在系統運行停之后，應保持開關按下狀態至少2秒以避免開關的切換噪聲對測量造成干擾。
對所有待測子系統的所有運行模式重復以上步驟。
5.1 時變響度相關參數?
按照 GMW 14155 標準中定義，子系統動作過程響度變化的時間歷程可以劃分為三部分：起始脈沖、穩態過程和終止脈沖，其典型的曲線及劃分如下圖所示：
圖片來源于GMW 14155標準
GMW 14155標準計算的參數：
穩態平均響度(Average Steady-State Loudness)：穩態過程響度的算數平均值。
穩態響度斜率(Steady-State Loudness Slope)：它反映的是穩態過程的聲音大小是否平穩，是否有增大或是減小的趨勢；理想情況下，斜率應非常接近 0。
穩態響度截距(Steady-State Loudness Intercept)：穩態過程的衡量指標，理想情況下接近穩態平均響度。
最大脈沖響度(Maximum Impulsive Loudness)：起始和終止脈沖是由于機械結構，尤其是電動機，在做起停動作時所發出的高頻噪聲造成的；對于這兩部分，感興趣的是響度所能達到的最大值。?
計算過程
如下圖所示，截取穩態響度波形（紅色曲線），以一階曲線對其進行擬合（最小二乘法）顯示（白色曲線），得到穩態響度斜率和穩態響度截距。
其高軟件界面
5.2 穩態部分特征響度相關參數?
Bark域響度譜：穩態噪聲的響度頻域特征
特征響度（Specific Loudness）
特征響度級(Specific Loudness Level)
相對音調總超出值（Specific loudness Summed Exceedance）?
特征響度：Bark域響度譜曲線直接積分得到特征響度；
特征響度級：響度級和響度的關系如下:
其中：S—響度，單位“宋”; P—響度級，單位“方”
相對音調總超出值：
導入標準曲線（黃色曲線），對于超過標準曲線的值（紅色部分），減去標準曲線，逐點計算，把這些值相加得到相對音調總超出值。
其高界面
5.3 穩態相對音調分析評估?
用于計算的最高頻率（Maximum Frequency Used in the Calculations）
相對音調斜率（Relative Pitch Slope）
相對音調截距（Relative Pitch Intercept)
總計超過數（Allowable Pith Variation Summed Exceedance）?
色譜圖顯示的是穩態過程中，功率密度譜隨時間變化的情況。GMW 14155標準要求使用漢寧窗，4096點或8192點塊大小，50%~70%的重疊率進行計算。
A、在色譜圖上定位音調頻率范圍。
選擇頻段的要求：在色譜圖中選擇比較完整，靠近高頻段的音調線，因為越靠近高頻段，其相對頻率分辨率越好。
B、根據上一步色譜圖分析中所確定的音調范圍，對于每一時間點的每一幀功率密度譜，搜索范圍內的最大值，獲得其所對應的頻率值。
C、對每一個時間點重復步驟B，從而得到最大值對應頻率隨時間變化的曲線。亦即將色譜圖中的高亮譜線展現在Frequency vs. Time的圖上。
D、對于圖線中的每一個點，計算相對音調曲線（以 scale-step 為單位），使用的公式為：
Relative Pitch = 19.9371 * Log (data value/max value)
其中data value為每個數據點的頻率值max value為所有數據點的最大頻率值，即用于計算的最高頻率。
E、對相對音調曲線進行線性擬合，得到相對音調斜率和相對音調截距。
F、 根據設置的容差值（缺省為 0.3 scale-steps）將擬合所得一階曲線向正、負方偏置，得到合格區間。凡是落在合格區間外的相對音調曲線點均為超標，統計超標的總計超過數。
5.4 穩態顫音評估
GMW14155標準計算的指標：
顫音頻率（the Frequency of the Fluctuation）
最大百分比差異（Largest Percentage Difference）
最大響度（Maximum Loudness(from Largest %Difference)）
最小響度（Minimum Loudness(from Largest %Difference)）?
音調評估反映的是穩態過程中，聲音頻率的波動；顫音評估反映的則是聲音幅度的波動。其反映為響度隨時間變化的曲線上，頻率為1~10Hz的波動。需要注意，這種波動有可能存在，也有可能不存在。
若觀察到存在明顯的波動，應該計算其波動頻率（即顫音頻率，波動時間周期的倒數），并計算每一個波動周期的相對幅度變化百分比（本周期內，（最大幅度-最小幅度） /最小幅度*100%），求取最大百分比差異及其所對應的最大響度和最小響度，下圖所示的顫音頻率為0.5Hz。
5.5 脈沖信號均方根響度、均方根銳度?
均方根響度(Root Mean Square Loudness)
均方根銳度(Root Mean Square Sharpness)?
根據子測試程序列出的閾值確定計算的開始和結束時間（例如：從響度大于5sones開始，小于15sones結束），根據響度VS.時間曲線計算，公式如下：
RMS Loudness from 5 Sones to 15 Sones =RMS*duration (Sones*ms)
RMS Sharpness from 5 Sones to 15 Sones =RMS*duration (Acum*ms)
5.6 脈沖信號的頻率分析?
70百分位總和超標值（70th Percentile Summed Exceedance value）?
對脈沖信號做特征響度分析，繪制出特征響度VS.time VS. Bark的瀑布圖，計算70th頻率曲線，和參考曲線對比，對于大于參考曲線部分，計算此值和參考曲線的差值，逐點計算，把所有差值相加，為了更好的解析數據，將此值放大10倍，得到70百分位總和超標值。
70th頻率曲線（Percentile Frequency Curve）：小于此頻率的響度之和對此時間點總響度的貢獻量是70%。
其高為某汽車零部件制造商提供以GMW 14155測試流程為標準的聲品質測量，通過相對音調評估等指標，快速準確的定位出此產品是否符合規定的聲品質參數相關指標。
失效件聲品質分析和合格件聲品質分析
本系統滿足的相關標準：DIN 45631、ISO 532、GMW 14172?。
其高聲品質分析之GMW 14155標準軟件的優點：
參數配置簡單，沒有特殊要求默認配置即可；
向導式操作，按照指示一步步順序操作即可；
融合多種判定超標的方法：相對音調總超出值和70百分位總和超標值等；
一鍵式導出報告，分析完畢直接導出標準要求的報告，報告模板可以更改；
所有原始數據存儲、備份、可回放，可根據實際情況選擇感興趣的數據段重新計算分析、導出報告。
其高部分軟件操作界面
其高一鍵式報告
