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电动车NVH的法宝:HEAD专利算法Tonality(Hearing Model)

2018-11-23 18:24:33·  来源:海德声科  
 
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随着新能源汽车研发力量的加大并逐步量产,其NVH问题也成为热门领域。电机取代发动机后,动力总成的噪声大幅降低,看似大大改善了车辆的NVH性能。实际上,电机产
随着新能源汽车研发力量的加大并逐步量产,其NVH问题也成为热门领域。电机取代发动机后,动力总成的噪声大幅降低,看似大大改善了车辆的NVH性能。实际上,电机产生的量级虽然不一定很大,但含有极易被人耳辨识出来的纯音成分,因此目前亟需一个能反映人耳对纯音成分真实感受的衡量指标。
 
纯音算法的现状及缺陷
新能源汽车起步较晚,目前没有专门针对电动车纯音成分的标准。但在IT行业,纯音成分非常常见,如电脑的风扇等,针对此方面的算法也已发展多年。因电动机的电机与IT行业有很大的相似性,故目前汽车行业对纯音成分的分析都引用了IT行业的标准。
    
目前针对纯音成分的标准,主要有ECMA、ISO 7779、DIN45681,其中ISO 7779中关于纯音成分的部分是参考ECMA74的。这几个标准主要涉及以下几个算法:
 
但这几种算法都存在一定的缺陷(2018年发布的最新ECMA 74中有阐述):
  • Tone to noise ratio、Prominence ratio和Tonality(DIN 4681)虽然都使用了临界带,但都是基于声压级进行计算的,而非心理声学中的响度,这就会造成一定的误差,不能反应人耳的真实听觉感受(比如,这三种算法就不会考虑:耳廓腔会将4KHz的成分放大12dB);
  • 前三种算法不适用瞬态工况(因为都要求较高的频域分辨率,导致时域分辨率较差);
  • Tone to noise和Prominence ratio只适用于离散的纯音(Pure tone,ECMA 74中已明确提出),而新能源车并非只产生理想的纯音;
  • Tonality vs. time算法只有时域结果,没有频域结果,故不便分析结果,因此很少被使用。
因上述的几种算法进行纯音成分分析时,都存在一定的缺陷,因此亟需新的算法来满足目前电动车行业的NVH问题。

Sottek教授对纯音的算法
 
针对目前纯音成分算法的缺陷,HEAD acoustics的Sottek教授,基于其专利算法“听觉模型”,发展出专门针对新能源汽车的纯音成分的评价指标:Tonality(Hearing Model)。
        
听觉模型算法的流程如下图所示:
基于听觉模型发展来的Tonality(Hearing Model),是根据与心理声学更相关的响度等推导出来的,而以前的几种算法都是基于声压级推导出来的,因此Tonality(Hearing Model)能更好的反映人耳对纯音的真实感受。
 
ECMA74(2018)录入Tonality(Hearing Model)算法
Sottek教授的Tonality(Hearing Model)算法在多次会议、学术交流中被认可。2018年ECMA 74标准在指出了其它几种算法有明显缺陷的同时,录入了Tonality(Hearing Model)算法。
 
HEAD acoustics的专利算法Tonality(Hearing Model)与其它算法的对比如下:
可以看出,基于跟人耳听觉感受更相关的响度推导出的听觉模型,进而发展来的Tonality(Hearing Model)算法,能真实反映人耳的听感强度变化,且适用于瞬态工况,因此将越来越广泛的使用在电动车的音调度分析中。

应用案例

电机升速过程随着转速的升高,人耳对其中的纯音成分感受越来越强烈。
    
我们分别用TonalityDIN45681、Prominence Ratio、Tonality(HearingModel)进行分析,
    可以看出:
  • Tonality DIN45681和Prominence ratio可以清晰地反映出纯音成分,但在电机的整个升速过程中,人耳感受到的纯音成分是越来越强烈的,而这两种算法无法反映出该特征;
  • Tone to noise ratio的结果与Tonality DIN 45681类似;
  • Tonality(Hearing Model)不仅可以清晰地反映纯音成分,彩图还能反映出:随着转速的升高,人耳对纯音的感受越来越强烈。
总结

基于Sottek教授的“听觉模型”发展来的Tonality (Hearing Model)算法,可以较好地反映人耳对电动车纯音的真实感受,已被录入ECMA 74(2018)中,后期也极有可能录入ISO 7779中。此外,基于“听觉模型”发展来的粗糙度也有望在不久的将来录入某标准中,从而改变粗糙度没有标准的境况。
 
HEAD acoustics在声品质领域不断开拓创新、引领行业发展,致力于为客户提供更优化的解决方案。