異響，是一個令每位NVH工程師都聞之而色變的名詞。它經(jīng)常躲避在一些隱秘的角落，令人捉摸不定。不過，沒有什么問題是可以難住我們?nèi)^六臂的NVH工程師的，克服恐懼的最好辦法就是去勇敢地面對它，歐里給！魔高一尺，道高一丈。它既然喜歡躲，那我們就把它給拎出來。在科學(xué)家們的智慧下，頻譜分析、小波分析、高級濾波等等工具層出不窮，在這些工具的幫助之下，異響終將無處遁形。

今天我們就介紹一個特殊的異響分析手段--Relative Approach。如果將頻譜分析比作是廣譜藥的話，那Relative Approach就是一劑特效藥，專制那些微小的，不易察覺的，但又十分惱人的異響。

WHAT is Relative Approach?

Relative Approach，顧名思義，這個參數(shù)的計算以參考量（reference）為基礎(chǔ)，但是區(qū)別于聲壓級/響度的地方在于，該計算所使用的參考量不是一個固定的值，而是聲音信號中某點時域以及（或者）頻域區(qū)間內(nèi)的信號。計算結(jié)果反映的是信號中時域/頻域上的突變，也就是我們平常所述的異響。該方法由Professor Klaus Genuit 于1996年提出，并且同時通過了專利申請。



WHY must Relative Approach?

相較于絕對的量級，人耳對聲音在時域/頻域上的突變反而更加敏感。假設(shè)現(xiàn)在有40dBA和38dBA的兩組噪聲，如果不連續(xù)地去聽這兩組聲音（中間間隔一段時間），其實很難分辨出彼此。但是如果把這兩個聲音銜接在一起，那么就可以非常清楚地分辨出來。同樣的，如果有一個聲音非常緩慢地從38dBA增強(qiáng)到40dBA，在這個過程中，人耳也一般覺察不到這樣的變化，因為人耳擁有一定的自適應(yīng)性。這也是為什么人耳對異響非常敏感的原因，即使該異響在頻譜圖上的能量并不明顯。Relative Approach正是模擬人耳對聲音的感知，利用聲音自身信號建立一系列的參考量，通過分析實際信號和這些參考量之間的變化，將聲音中的異響給提取出來。同時因為參數(shù)選擇的靈活性，Relative Approach可以用于分析各種聲音中的異響成分。

HOW to calculate Relative Approach?

Relative Approach的計算主要分為兩步：Basic Analysis 和Variation Analysis。

其中Basic Analysis屬于預(yù)處理，主要將時間信號轉(zhuǎn)換為時頻信號，即將每個時間點的頻譜計算出來，并且不同頻率的幅值/響度大小也會隨著時間的變化而變化。有如下四種方法可供選擇：

1）倍頻程（倍頻程濾波器法）：該方法計算結(jié)果的頻率分辨率取決于所選的倍頻程帶寬，時間分辨率則取決于所設(shè)置的積分時間參數(shù)。因此如果希望提高結(jié)果的時間分辨率（能分析到極短促的異響），需要將時間參數(shù)設(shè)置得小一些。這個方法比較適用于分析既有tonal成分，同時又有時域上突變的聲音。

2）倍頻程（FFT法）：該方法先使用FFT計算得聲音信號的時頻譜，然后根據(jù)設(shè)置的倍頻程帶寬，合并相應(yīng)的譜線能量，得到倍頻程譜。該方法的優(yōu)勢在于計算時間短，適用于分析聲音里的頻率成分，只是頻率分辨率會受到倍頻程帶寬限制。

3）Hearing Model：利用Sottek聽覺模型得到信號的時頻譜。該結(jié)果相較于A計權(quán)倍頻程譜，在頻率分辨率以及幅值精確性上都更加符合人耳的感官，適用于分析在聲音中低頻處較短異響成分。

4）Loudness（FFT/HEAD）：使用HEAD開發(fā)的基于FFT頻譜結(jié)果的特征響度譜，如果同時Variation Analysis采用Prominence 3D的話，該方法非常適合于分析聲音中的tonal成分。

Variation Analysis就是對預(yù)處理之后的結(jié)果進(jìn)行后處理，從而分析出聲音中的異響。首先根據(jù)某點時域頻域周圍一定區(qū)間內(nèi)的信號計算出一個預(yù)估值，然后將實際值和預(yù)估值之間進(jìn)行比較，這兩個值之間的差距越大，說明突變越明顯，也就是人耳所感受到的異響特征越強(qiáng)。有兩個方法可選：

1）Regression：使用回歸算法，對時/頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)估處理，根據(jù)關(guān)注的異響成分的性質(zhì)來選擇回歸計算的對象。如果需要分析時域上的突變，就選擇Time Pattern。同理若是需要分析頻域里的頻率成分則選擇Frequency Pattern。如果兩者都需要的話，則選擇Time + Frequency Pattern，同時根據(jù)兩者之間的則重點分別設(shè)置其權(quán)重。

2）Prominence 3D：這個方法不區(qū)別時頻，而是直接選取時頻譜上周圍1Bark以及50ms的平均值作為參考值計算。

由于該結(jié)果是頻譜值（Pa）之間的差值，但是物理意義又不是常規(guī)的聲壓，所以為了以示區(qū)分，這邊結(jié)果的單位采用cPa（compressed Pasca）。

WHERe to apply Relative Approach?

1）雨刮器異響分析：如下圖為某雨刮器運行時的FFT頻譜圖，該雨刮器在400-1400Hz區(qū)間范圍內(nèi)存在tonal成分，同時在低頻處也包含周期性短促異響。



分別對該信號進(jìn)行基于time Pattern和frequency pattern的Relative Approach計算之后，則可以清晰地顯示出tonal成分所對應(yīng)頻率，以及低頻的異響所發(fā)生的時間點。


2）卡車Rattle異響分析：在1.2s的時候可以聽到明顯的咯咯聲，F(xiàn)FT頻譜圖上并不能反映出聽覺上的感受，使用Relative Approach則可以非常清楚地將該異響給顯示出來。



3）電冰箱異響分析：如下圖所示，該電冰箱在2000-3000Hz區(qū)間內(nèi)有明顯的斷斷續(xù)續(xù)短促的異響（可能是冷凝劑流動產(chǎn)生），通過Relative Approach可以分析出該異響發(fā)生的間隔區(qū)間以及強(qiáng)度（惱人度明顯高于低頻/高頻處的運行噪聲）。

結(jié)束語

Relative Approach是一個非常適合于將所聽到異響可視化的工具，不過為了得到更好的分析結(jié)果，我們常常需要對分析參數(shù)進(jìn)行特定的設(shè)置。在分析最開始的時候，可以先使用FFT倍頻程法（計算快速）大概地瀏覽一下聲音中頻率/時間成分，然后再根據(jù)聲音中的成分進(jìn)行更加細(xì)致的分析，比如使用時間參數(shù)較短的Filter倍頻程法來檢測時域上短促的異響等。當(dāng)然判斷異響最重要的還是要去聽，所以如果同時配合高級濾波回放的話，異響診斷將會變得事半而功倍。