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電動(dòng)車NVH的法寶：HEAD專利算法Tonality(Hearing Model)

2018-11-23 18:24:33·  來源：海德聲科  
　
隨著新能源汽車研發(fā)力量的加大并逐步量產(chǎn)，其NVH問題也成為熱門領(lǐng)域。電機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)后，動(dòng)力總成的噪聲大幅降低，看似大大改善了車輛的NVH性能。實(shí)際上，電機(jī)產(chǎn)
隨著新能源汽車研發(fā)力量的加大并逐步量產(chǎn)，其NVH問題也成為熱門領(lǐng)域。電機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)后，動(dòng)力總成的噪聲大幅降低，看似大大改善了車輛的NVH性能。實(shí)際上，電機(jī)產(chǎn)生的量級(jí)雖然不一定很大，但含有極易被人耳辨識(shí)出來的純音成分，因此目前亟需一個(gè)能反映人耳對(duì)純音成分真實(shí)感受的衡量指標(biāo)。
 
純音算法的現(xiàn)狀及缺陷
新能源汽車起步較晚，目前沒有專門針對(duì)電動(dòng)車純音成分的標(biāo)準(zhǔn)。但在IT行業(yè)，純音成分非常常見，如電腦的風(fēng)扇等，針對(duì)此方面的算法也已發(fā)展多年。因電動(dòng)機(jī)的電機(jī)與IT行業(yè)有很大的相似性，故目前汽車行業(yè)對(duì)純音成分的分析都引用了IT行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
    
目前針對(duì)純音成分的標(biāo)準(zhǔn)，主要有ECMA、ISO 7779、DIN45681，其中ISO 7779中關(guān)于純音成分的部分是參考ECMA74的。這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要涉及以下幾個(gè)算法：
 
但這幾種算法都存在一定的缺陷（2018年發(fā)布的最新ECMA 74中有闡述）:
  • Tone to noise ratio、Prominence ratio和Tonality(DIN 4681)雖然都使用了臨界帶，但都是基于聲壓級(jí)進(jìn)行計(jì)算的，而非心理聲學(xué)中的響度，這就會(huì)造成一定的誤差，不能反應(yīng)人耳的真實(shí)聽覺感受(比如，這三種算法就不會(huì)考慮：耳廓腔會(huì)將4KHz的成分放大12dB)；
  • 前三種算法不適用瞬態(tài)工況（因?yàn)槎家筝^高的頻域分辨率，導(dǎo)致時(shí)域分辨率較差）；
  • Tone to noise和Prominence ratio只適用于離散的純音（Pure tone，ECMA 74中已明確提出），而新能源車并非只產(chǎn)生理想的純音；
  • Tonality vs. time算法只有時(shí)域結(jié)果，沒有頻域結(jié)果，故不便分析結(jié)果，因此很少被使用。
因上述的幾種算法進(jìn)行純音成分分析時(shí)，都存在一定的缺陷，因此亟需新的算法來滿足目前電動(dòng)車行業(yè)的NVH問題。

Sottek教授對(duì)純音的算法
 
針對(duì)目前純音成分算法的缺陷，HEAD acoustics的Sottek教授，基于其專利算法“聽覺模型”，發(fā)展出專門針對(duì)新能源汽車的純音成分的評(píng)價(jià)指標(biāo)：Tonality(Hearing Model)。
        
聽覺模型算法的流程如下圖所示：
基于聽覺模型發(fā)展來的Tonality（Hearing Model），是根據(jù)與心理聲學(xué)更相關(guān)的響度等推導(dǎo)出來的，而以前的幾種算法都是基于聲壓級(jí)推導(dǎo)出來的，因此Tonality(Hearing Model)能更好的反映人耳對(duì)純音的真實(shí)感受。
 
ECMA74(2018)錄入Tonality(Hearing Model)算法
Sottek教授的Tonality（Hearing Model）算法在多次會(huì)議、學(xué)術(shù)交流中被認(rèn)可。2018年ECMA 74標(biāo)準(zhǔn)在指出了其它幾種算法有明顯缺陷的同時(shí)，錄入了Tonality(Hearing Model)算法。
 
HEAD acoustics的專利算法Tonality(Hearing Model)與其它算法的對(duì)比如下：
可以看出，基于跟人耳聽覺感受更相關(guān)的響度推導(dǎo)出的聽覺模型，進(jìn)而發(fā)展來的Tonality（Hearing Model）算法，能真實(shí)反映人耳的聽感強(qiáng)度變化，且適用于瞬態(tài)工況，因此將越來越廣泛的使用在電動(dòng)車的音調(diào)度分析中。

應(yīng)用案例

電機(jī)升速過程隨著轉(zhuǎn)速的升高，人耳對(duì)其中的純音成分感受越來越強(qiáng)烈。
    
我們分別用TonalityDIN45681、Prominence Ratio、Tonality(HearingModel)進(jìn)行分析，
    可以看出：
  • Tonality DIN45681和Prominence ratio可以清晰地反映出純音成分，但在電機(jī)的整個(gè)升速過程中，人耳感受到的純音成分是越來越強(qiáng)烈的，而這兩種算法無法反映出該特征；
  • Tone to noise ratio的結(jié)果與Tonality DIN 45681類似；
  • Tonality(Hearing Model)不僅可以清晰地反映純音成分，彩圖還能反映出：隨著轉(zhuǎn)速的升高，人耳對(duì)純音的感受越來越強(qiáng)烈。
總結(jié)

基于Sottek教授的“聽覺模型”發(fā)展來的Tonality (Hearing Model)算法，可以較好地反映人耳對(duì)電動(dòng)車純音的真實(shí)感受，已被錄入ECMA 74(2018)中，后期也極有可能錄入ISO 7779中。此外，基于“聽覺模型”發(fā)展來的粗糙度也有望在不久的將來錄入某標(biāo)準(zhǔn)中，從而改變粗糙度沒有標(biāo)準(zhǔn)的境況。
 
HEAD acoustics在聲品質(zhì)領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，致力于為客戶提供更優(yōu)化的解決方案。 
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