NVH常用评价指标

I’mNVH

汽车噪声、振动和声振粗糙度（NVH）性能是衡量车辆乘坐舒适性的关键指标之一。NVH不仅影响驾驶和乘坐体验，而且在汽车设计和制造过程中，对车辆的整体性能和市场竞争力有着显著影响。本文旨在详细介绍NVH声学指标，包括频谱分析、声压、声功率、声强、声品质指标等。这些指标不仅涵盖了声音的物理特性，还包括了声音的主观感受。文章将探讨这些指标的定义、测量方法和在汽车NVH性能评估中的应用。

频谱分析

频谱分析的基本原理是利用傅立叶变换将被测时域信号转换到频域，分析声音或振动信号的频率成分和振动特性。主要用于识别噪声和振动的主要频率成分，从而确定噪音源、诊断故障、也可用于优化隔音材料和声音设计，减少特定频率的噪声，优化声音设计。

声压级

声压级是衡量声音强度的一个重要参数，它描述了声音在空气中产生的压力变化。声压级是基于声压的对数刻度，通常用分贝（dB）来表示。声压级是一个客观的物理量，可以用来量化声音的大小，但它并不直接反映人耳对声音的主观感受。

声压级可通过以下公式计算：

$$L_p=20log_{10}(\frac{p}{p_{r}})$$

其中:

  • $L_p$是声压级，单位是分贝(dB)
  • $p$是测量的声压
  • $p_{r}$是参考声压，通常取人耳能够听到的最小声压，即$20{\mu}Pa$

声功率

声功率是描述声源在单位时间内发出的总声能量的物理量，它是声学中衡量声音产生能力的一个重要参数。声功率与声源的声压和振动特性有关，通常用于评估和比较不同声源的噪声水平。

声功率（P）可以通过以下公式计算：

$$P=\int_0^{\infty}{p^2df}$$

其中：

  • $P$是声功率，单位W
  • $p$是声压，单位$Pa$
  • $f$是频率，单位$Hz$

声功率级的计算：

$$L_w=10log_{10}(\frac{P}{P_r})$$

其中：

  • $P$是被测声功率，单位W
  • $P_r$是参考声功率，通常是人耳能够听到的最小声功率，即$10^{-12}W$

声强

声强是描述声波在特定方向上流动的声能量的物理量，它代表了单位时间内通过单位面积的声能量。声强是一个矢量量，具有大小和方向，通常指向声波传播的方向。声强的测量和分析在声学工程、环境噪声评估以及建筑声学中非常重要。

声强（I）可以通过以下公式计算

$$I=\int_0^{\infty}p(v)cos(\theta)df$$

其中：

  • $p(v)$是声压，单位$Pa$，代表声波在介质中产生的压力变化
  • $v$是声粒子速度，单位m/s，代表介质中粒子由于声波作用而产生的振动速度
  • $\theta$代表声波传播方向与面积矢量之间的夹角

声强的测量通常使用声强计进行，声强计是一种特殊的麦克风，能够同时测量声压和声粒子速度。通过将这两个参数结合起来，声强计可以确定声波在特定方向上的强度。

声强测试可用于声源识别、噪声评估和声学设计等方面。

声振粗糙度

声振粗糙度（Harshness）是NVH（噪声、振动和声振粗糙度）中的一个组成部分，它是描述人体对振动和噪声的主观感受的指标。声振粗糙度与声音的品质有关，通常用来评价声音是否刺耳、粗糙或者令人不悦。这种感觉通常与声音的高频成分、振动的幅度和频率以及声音的瞬态特性有关。

由于声振粗糙度的主观性，它的评估通常需要结合实验和听音测试，以及使用心理声学参数和模型来进行，目前粗糙度计算方法并没有统一的国际标准，有些软件采用下面的公式进行计算：

$$R=\sum_z{C_rN’(z)g(z)}$$

其中：

  • $R$是粗糙度值，单位是asper
  • $C_r$为计算系数，用于调整不同频率的贡献
  • N’(z)是某个临界频带(Bark)上的响度值
  • g(z)是某个临界频带(Bark)的附加系数

响度

响度是心理声学中用于描述声音感知强度的指标，它是声音的一个主观属性。响度不仅取决于声音的物理强度（声压级），还受到声音的频率、持续时间、波形以及个体的听觉敏感度等因素的影响。

响度的计算和评估：

响度的评估通常基于声压级，并结合人类对不同频率声音的敏感度。人耳对某些频率的声音更为敏感，尤其是对中频范围内的声音。因此，响度的计算需要一个频率加权函数，这个函数反映了人耳对不同频率的相对敏感度。

响度（L）可以通过以下公式近似计算：

$$L=10log_{10}(\frac{p}{p_r})+20log_{10}(\frac{f}{1000})$$

其中：

  • $p$是声压，单位Pa
  • $p_r$是参考声压，通常为$20\mu Pa$
  • $f$是声音的频率
  • $20log_{10}(\frac{f}{1000})$为频率加权，用于模拟人耳对不同频率的响应

锐度

锐度（Sharpness）是心理声学中的一个指标，用于描述声音的尖锐或刺耳程度。它是声音的一个主观属性，通常与声音的频谱内容有关，尤其是高频成分的强度和分布。锐度的感受受到声音的物理特性和听者的感知能力的影响。

锐度的评估通常基于声音的频谱分析，特别是高频区域的能量分布。心理声学研究表明，人耳对高频声音的敏感度较高，因此，声音中的高频成分对锐度的感知有显著影响。尖锐度的计算目前尚没有统一的国际标准，但是比较通用的计算模型是Zwicker尖锐度计算方法：

$$S=kN\sum_zN’(z)g(z)$$

其中：

  • $S$为尖锐度值，单位acum
  • $k$为加权系数，通常取0.1
  • $N$是总响度
  • $N’(z)$为临界频带$z$上的响度
  • g(z)为Zwicker在临界频带上的响度计权系数

测量标准

另外DIN45692，ISO532-1(2017)，ISO532-2(2017)，ANSI S3.4(2007)对声品质等项目也有标准规定。