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应用沙龙 | 电动零部件异响分析参数方案（一）
作者：金鹏
HBK中国区应用服务经理
在车辆或其他类型机械结构中，经常使用电机驱动各种结构和部件，比如电动座椅调节电机、车窗玻璃升降电机等。在电动部件工作的开始、运行和停止阶段，都容易产生让人烦躁的噪声。在下图显示的数据中，在开始和停止的瞬间，存在冲击声音；在运行阶段，声音听起来不够平稳，给人带来不好的印象。工程上，人们通常将这些扰人的噪声称为异响。
为了更好地对比、分析、改进异响问题，我们需要借助某些参数来对异响数据进行量化。本文将举例介绍一些针对此类问题的分析参数，这些参数成功地应用于车辆电动零部件行业，同样也适用于其他行业各种电动机械结构的异响分析。
常规参数：
电动零部件异响问题首先应考虑常见的声学参数，比如声压级、响度、尖锐度、抖动度、粗糙度、突出比、音调度、特征频带、1/3倍频程等相关参数，下面将详细介绍这些参数的特点。
声压级（SPL)：
声音在空气中传播时，空气压力会产生变化。传声器是专门测试声音的传感器，它将空气压力变化转化为电信号，实现声压的采集。声压是最常见的声学参数之一，很多其他的声学参数都是由声压数据计算而得。声压级是评价声音大小的参数，包括A计权声压级(A-weighted SPL)等，能够反映不同频段的声音大小。最简单的测试设备是手持式声级计，或者使用多通道的PULSE系统，在Labshop或BK Connect软件中测试得到声压级。
响度(Loudness)、
尖锐度(Sharpness)：
使用A计权声压级在评价声音大小时，声压级数值大小与人对声音大小的主观感受仍然存在着一定的偏差，因此在声压级SPL基础上，BK Connect提供了另一参数：响度（单位sone）和响度级（单位phon）。它们比A计权声压级更接近人耳对声音大小的主观感受，所以在评价声音大小的主观感受时，响度成为了主要参数。对于稳态信号，通常使用稳态响度。而对于非稳态信号，则采用时变响度，计算出瞬态响度，包括最大值、最小值、平均值等，如右图中的Nmax、Nmin、Nmean。
BK Connect提供了两种响度计算模型：Zwicker模型和Moore-Glasberg模型。Zwicker模型使用一个传声器，假设这个传声器位于人头中心位置，所以测试时不考虑人头对声场的影响。Moore-Glasberg模型使用耳膜位置的声压级计算响度，所以Moore-Glasberg模型不需要像Zwicker模型那样假设声场环境。Moore-Glasberg模型又可细分为FFT方法和CPB方法。FFT方法比CPB方法的结果更准确，尤其是当声音具有明显的纯音成分的时候，FFT方法更适合一些。而CPB方法的优点是方便与其他基于CPB方法的响度计算模型进行对比，它的计算效率比FFT方法更高。
另外，由于人耳对高频噪声非常敏感，即使高频噪声的声压级和响度不是很大，仍然会很容易被人耳感知，影响主观感受，因此在评价高频噪声时，常推荐使用尖锐度（单位acum）。尖锐度是在响度结果中加入了针对高频的计权（下图中的红色计权曲线）与响度计算类似，尖锐度也适用于稳态和瞬态信号，比如上图中的Smax、Smin、Smean等。
抖动度(Fluctuation Strength)、
粗糙度(Roughness)：
除了声音大小的主观感受之外，电动零部件在运行时，声音经常有明显的低频波动，此时通常需要计算抖动度（单位vacil）和粗糙度（单位asper）。左下图显示了抖动度的含义，将载波为1000Hz、60dB并且调制频率为4Hz、100%调幅的噪声设置为参考声音，当被测声音与参考声音具有相同的抖动感觉时，定义为1vacil。抖动度主要反映声音的极低频调幅特征，主观感觉为声音有明显波动、不稳定。右下图显示了粗糙度的含义，与抖动度类似，只是将调制频率改为70Hz、100%调幅做为参考声音。粗糙度反映声音在较低频调幅特征，主观感受为声音不平顺。
未完待续......
下期文章中，我们将继续聊聊调制、包络分析、纯音比、突出比 、音调、FFT、1/3倍频程、临界频带等其他参数，敬请期待。
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