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                    GMW 14155 標準測試流程解讀

                    2020年03月27日 13:55

                    GMW 14155標準的意義

                    近年來,汽車NVH性能已成為用戶選購車輛的重要參考因素之一。而整車NVH性能的好壞,與汽車子系統和零配件的設計密切相關,因此很多整車廠商對汽車子系統和零配件有明確的NVH測試規范和要求,例如,美國通用汽車制定了GMW 14155( General Motors Worldwide 14155)測試標準。

                    其高依照GMW 14155標準,制定了一套對應的測試流程。本測試流程得到通用認可,并已應用于通用的多個汽車零配件供應商中,例如麥格納、李爾等知名廠商。

                    測試現場圖(李爾座椅和麥格納后視鏡)

                    GMW 14155標準測試流程介紹

                    最新的GMW 14155標準是2016年11月發布的4.0版本,下面就詳細介紹一下其高測試軟件基于該版本的測試流程。

                    1.測試環境要求

                    本測試應該在消聲室或半消聲室中進行。

                    除非有其他標準特別說明,否則用于測量的消聲室/半消聲室應該滿足背景噪聲在0~5 bark范圍內小于0.2 sones/bark,在5bark以上的頻段小于0.1 sones/bark。其總計Zwicker響度應該小于1.2 soneGF。

                    背景噪聲除了房間本身的環境噪聲外,還應該包括支持設備運轉時所發出的噪聲。

                    2.測試儀器要求

                    a、自由場麥克風(Free field measurement microphone):要求使用12.7mm (1/2英寸)的自由場麥克風,設備應包含連接線、麥克風支架及激勵電源(若需)。

                    b、聲級計校準器(Sound Level Calibrator)

                    c、聲音采集記錄系統(Digital Sound Recording System):聲音采集記錄系統應該使用48kHz或更高的采樣率。

                    d、自由場聲場(Free field)

                    e、其他可選測量設備(Other Equipment):在某些特定測量中,可能還會用到車門速度計、數字電壓表、直流電源、小型的加速度計(重量小于6克)。

                    3.測試時間及測試人員要求?

                    a、測試時間(Test Time):一般進行一次測試耗時為8~16小時,其中不包括4~8小時的協調、準備實驗時間。

                    b、測試人員要求(Personnel/Skills):本測試可以由一名測試人員或工程師獨立完成,但該人員應接受過噪聲分析的培訓,并理解Zwicker響度和相關聲品質參數的計算方法,例如:百分比頻率法,相對音調估計法等。

                    4.實驗開始前準備

                    a、設備安裝正確且消聲室環境符合要求

                    b、儀器校準:檢查儀器校準在有效期內,并對麥克風靈敏度進行現場校準(參考 GMW 14172標準)。

                    c、采集數據:讓子系統在全行程范圍內運行并采集運行時的噪聲。采集過程應該包括動作之前2秒及動作之后2秒或更長的靜止狀態信號,以保證在系統運行過程中不受外來噪聲干擾。對于電驅動的系統,在系統運行停之后,應保持開關按下狀態至少2秒以避免開關的切換噪聲對測量造成干擾。

                    對所有待測子系統的所有運行模式重復以上步驟。

                    5.數據分析

                    5.1 時變響度相關參數?

                    按照 GMW 14155 標準中定義,子系統動作過程響度變化的時間歷程可以劃分為三部分:起始脈沖、穩態過程和終止脈沖,其典型的曲線及劃分如下圖所示:

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    GMW 14155標準計算的參數:

                    穩態平均響度(Average Steady-State Loudness):穩態過程響度的算數平均值。

                    穩態響度斜率(Steady-State Loudness Slope):它反映的是穩態過程的聲音大小是否平穩,是否有增大或是減小的趨勢;理想情況下,斜率應非常接近 0。

                    穩態響度截距(Steady-State Loudness Intercept):穩態過程的衡量指標,理想情況下接近穩態平均響度。

                    最大脈沖響度(Maximum Impulsive Loudness):起始和終止脈沖是由于機械結構,尤其是電動機,在做起停動作時所發出的高頻噪聲造成的;對于這兩部分,感興趣的是響度所能達到的最大值。?

                    計算過程

                    如下圖所示,截取穩態響度波形(紅色曲線),以一階曲線對其進行擬合(最小二乘法)顯示(白色曲線),得到穩態響度斜率和穩態響度截距。

                    其高軟件界面

                    5.2 穩態部分特征響度相關參數?

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    GMW 14155標準計算的參數:

                    Bark域響度譜:穩態噪聲的響度頻域特征

                    特征響度(Specific Loudness)

                    特征響度級(Specific Loudness Level)

                    相對音調總超出值(Specific loudness Summed Exceedance)?

                    計算過程

                    特征響度:Bark域響度譜曲線直接積分得到特征響度;

                    特征響度級:響度級和響度的關系如下:

                    其中:S—響度,單位“宋”; P—響度級,單位“方”

                    相對音調總超出值:

                    導入標準曲線(黃色曲線),對于超過標準曲線的值(紅色部分),減去標準曲線,逐點計算,把這些值相加得到相對音調總超出值。

                    其高界面

                    5.3 穩態相對音調分析評估?

                    GMW 14155標準計算的參數:

                    用于計算的最高頻率(Maximum Frequency Used in the Calculations)

                    相對音調斜率(Relative Pitch Slope)

                    相對音調截距(Relative Pitch Intercept)

                    總計超過數(Allowable Pith Variation Summed Exceedance)?

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    色譜圖顯示的是穩態過程中,功率密度譜隨時間變化的情況。GMW 14155標準要求使用漢寧窗,4096點或8192點塊大小,50%~70%的重疊率進行計算。

                    計算過程

                    A、在色譜圖上定位音調頻率范圍。

                    選擇頻段的要求:在色譜圖中選擇比較完整,靠近高頻段的音調線,因為越靠近高頻段,其相對頻率分辨率越好。

                    B、根據上一步色譜圖分析中所確定的音調范圍,對于每一時間點的每一幀功率密度譜,搜索范圍內的最大值,獲得其所對應的頻率值。

                    C、對每一個時間點重復步驟B,從而得到最大值對應頻率隨時間變化的曲線。亦即將色譜圖中的高亮譜線展現在Frequency vs. Time的圖上。

                    D、對于圖線中的每一個點,計算相對音調曲線(以 scale-step 為單位),使用的公式為:

                    Relative Pitch = 19.9371 * Log (data value/max value)

                    其中data value為每個數據點的頻率值max value為所有數據點的最大頻率值,即用于計算的最高頻率。

                    E、對相對音調曲線進行線性擬合,得到相對音調斜率和相對音調截距。

                    F、 根據設置的容差值(缺省為 0.3 scale-steps)將擬合所得一階曲線向正、負方偏置,得到合格區間。凡是落在合格區間外的相對音調曲線點均為超標,統計超標的總計超過數。

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    5.4 穩態顫音評估

                    GMW14155標準計算的指標:

                    顫音頻率(the Frequency of the Fluctuation)

                    最大百分比差異(Largest Percentage Difference)

                    最大響度(Maximum Loudness(from Largest %Difference))

                    最小響度(Minimum Loudness(from Largest %Difference))?

                    計算過程

                    音調評估反映的是穩態過程中,聲音頻率的波動;顫音評估反映的則是聲音幅度的波動。其反映為響度隨時間變化的曲線上,頻率為1~10Hz的波動。需要注意,這種波動有可能存在,也有可能不存在。

                    若觀察到存在明顯的波動,應該計算其波動頻率(即顫音頻率,波動時間周期的倒數),并計算每一個波動周期的相對幅度變化百分比(本周期內,(最大幅度-最小幅度) /最小幅度*100%),求取最大百分比差異及其所對應的最大響度和最小響度,下圖所示的顫音頻率為0.5Hz。

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    5.5 脈沖信號均方根響度、均方根銳度?

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    GMW 14155標準計算的參數:

                    均方根響度(Root Mean Square Loudness)

                    均方根銳度(Root Mean Square Sharpness)?

                    計算過程

                    根據子測試程序列出的閾值確定計算的開始和結束時間(例如:從響度大于5sones開始,小于15sones結束),根據響度VS.時間曲線計算,公式如下:

                    RMS Loudness from 5 Sones to 15 Sones =RMS*duration (Sones*ms)

                    RMS Sharpness from 5 Sones to 15 Sones =RMS*duration (Acum*ms)

                    5.6 脈沖信號的頻率分析?

                    圖片來源于GMW 14155標準

                    GMW 14155標準計算的參數:

                    70百分位總和超標值(70th Percentile Summed Exceedance value)?

                    計算過程

                    對脈沖信號做特征響度分析,繪制出特征響度VS.time VS. Bark的瀑布圖,計算70th頻率曲線,和參考曲線對比,對于大于參考曲線部分,計算此值和參考曲線的差值,逐點計算,把所有差值相加,為了更好的解析數據,將此值放大10倍,得到70百分位總和超標值。

                    70th頻率曲線(Percentile Frequency Curve):小于此頻率的響度之和對此時間點總響度的貢獻量是70%。

                    GMW 14155標準應用案例

                    其高為某汽車零部件制造商提供以GMW 14155測試流程為標準的聲品質測量,通過相對音調評估等指標,快速準確的定位出此產品是否符合規定的聲品質參數相關指標。

                    失效件聲品質分析和合格件聲品質分析

                    本系統滿足的相關標準:DIN 45631、ISO 532、GMW 14172?。

                    其高聲品質分析之GMW 14155標準軟件的優點:

                    參數配置簡單,沒有特殊要求默認配置即可;

                    向導式操作,按照指示一步步順序操作即可;

                    融合多種判定超標的方法:相對音調總超出值和70百分位總和超標值等;

                    一鍵式導出報告,分析完畢直接導出標準要求的報告,報告模板可以更改;

                    所有原始數據存儲、備份、可回放,可根據實際情況選擇感興趣的數據段重新計算分析、導出報告。

                    其高部分軟件操作界面

                    其高一鍵式報告

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