基于小波分析的汽車聲品質(zhì)研究綜述

摘 要：小波算法在信號處理方面效果較好，具有無可比擬的時(shí)頻特性。目前小波分析的應(yīng)用領(lǐng)域主要有模式識別、故障診斷、信號處理、狀態(tài)監(jiān)測、圖象處理等眾多學(xué)科領(lǐng)域。把小波分析應(yīng)用于聲品質(zhì)改善工作在國內(nèi)還沒有深入的研究。本課題的研究即屬于理論方法的研究又屬于工程應(yīng)用的研究。從理論和應(yīng)用的角度利用小波分析和聲品質(zhì)相結(jié)合，尋找改善汽車車內(nèi)聲品質(zhì)的途徑。這一研究工作的思路和方法構(gòu)成了本項(xiàng)目研究工作的一個特色，并對實(shí)際設(shè)計(jì)工作有很重要的意義。

關(guān)鍵詞：小波分析;汽車聲品質(zhì);噪聲分析

1 國內(nèi)外研究綜述

對汽車聲品質(zhì)的研究國內(nèi)外主要集中在三個部分：

（1）對汽車聲品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)的客觀參量研究。1991年奧地利AVLLIST公司組織了軟件工程、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)和聲學(xué)測試分析各方面的專家，給出了系統(tǒng)描述聲學(xué)屬性的48個物理特征量，并把它們歸納出8類評價(jià)指標(biāo)，包括聲壓級、綜合級參數(shù)、周期性測量、響度、尖銳度、脈沖性、粗糙度和聲壓分布。以此為研究契機(jī)，經(jīng)過國內(nèi)外研究學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究最終得出在對汽車聲品質(zhì)客觀評價(jià)時(shí)可以采用響度、尖銳度、粗糙度和抖動度四個參量。

（2）對汽車聲品質(zhì)主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。同濟(jì)大學(xué)毛東興在 2003 年研究時(shí)對汽車內(nèi)噪聲進(jìn)行了主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)研究，為了減少主觀評價(jià)模型的錯誤，提出了分組成對比較法、參考語義細(xì)分法和三角循環(huán)誤差的計(jì)算模型。在隨后的研究中，分組成對比較法和誤判分析成了研究重點(diǎn)。

（3）對汽車聲品質(zhì)進(jìn)行主客觀相關(guān)性的研究。2007 年吉林大學(xué)劉宗巍采用等級評分方法對8種不同類型國產(chǎn)轎車中的32個穩(wěn)態(tài)噪聲樣本進(jìn)行了主觀評價(jià)試驗(yàn)，應(yīng)用回歸分析方法，建立了以心理聲學(xué)客觀參量響度和尖銳度描述的聲品質(zhì)煩躁度數(shù)學(xué)模型。在進(jìn)行主客觀相關(guān)性研究中多數(shù)采用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的回歸分析方法進(jìn)行研究。

在多數(shù)汽車噪聲信號分析中使用的是傅里葉變換。傅里葉變換是信號處理領(lǐng)域中完美度較好、廣泛應(yīng)用、效果突出的一種分析手段。唯一不足是傅里葉變換只在純頻域的范圍內(nèi)進(jìn)行分析，在時(shí)域內(nèi)定位性準(zhǔn)確性很差。經(jīng)過傅里葉變換所反映的是整個信號全部時(shí)間內(nèi)的整體頻域特征，不能提供任一局部時(shí)間段上或者點(diǎn)時(shí)間上的頻域信息。文章《小波變換在柴油發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用》指出傅立葉分析法對于非平穩(wěn)振動信號，有可能錯誤診斷，傅立葉分析可能給出錯誤的結(jié)果，經(jīng)過研究分析小波變換不會出現(xiàn)類似的誤判情況。

與Fourier分析相比小波分析的優(yōu)點(diǎn)是良好的局部化性質(zhì)，而且在時(shí)域和頻域同時(shí)具有。實(shí)際應(yīng)用時(shí)在時(shí)域和頻域自動調(diào)節(jié)采樣步長以適應(yīng)信號的不同的頻率成分的分析。

小波分析是由Fourier分析基礎(chǔ)上的一個新的數(shù)學(xué)方法，它既有豐富的數(shù)學(xué)理論，又是工程應(yīng)用上的方法和工具。小波分析是一種對信號和信息進(jìn)行處理的工具，通過引入可變的尺度因子和平移因子，有效的解決了時(shí)頻局部化的問題，彌補(bǔ)了Fourier分析的不足，成為一種有效的時(shí)頻分析方法。將小波分析結(jié)合汽車聲品質(zhì)應(yīng)用研究，探討小波分析的新理論和新方法是一個有前途和富有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。

2研究意義分析

在汽車領(lǐng)域就表現(xiàn)為對汽車乘坐舒適性的要求，聲品質(zhì)是消費(fèi)者能直接感受到的，由此聲品質(zhì)的好壞會影響消費(fèi)者選購產(chǎn)品。在實(shí)踐中檢驗(yàn)得到結(jié)論：小波分析方法是很有效的噪聲分析方法。但是國內(nèi)關(guān)于小波應(yīng)用于汽車噪聲聲品質(zhì)的研究剛剛起步，研究還不夠深入，方法也不完善，所以應(yīng)該加大科研力度，爭取早日取得成果應(yīng)用于實(shí)踐領(lǐng)域，使國內(nèi)汽車行業(yè)的競爭力更強(qiáng)。研究的意義在于：

（1）在于改善汽車車內(nèi)的乘坐舒適性，減少車內(nèi)聲品質(zhì)較差帶給乘客的干擾。噪聲對人的心理、生理、聽覺器官和體內(nèi)營養(yǎng)代謝，尤其對孕婦和胎兒有著不同程度的危害與影響，環(huán)保專家形象稱之為無形殺手。

（2）在于應(yīng)用小波算法處理聲音信號，解決Fourier分析無法解決的聲品質(zhì)問題。將小波變換的方法應(yīng)用于汽車車內(nèi)聲品質(zhì)改善工作研究，是汽車降噪系統(tǒng)的質(zhì)量檢驗(yàn)與性能改善的效的手段。

（3）在于提升國產(chǎn)汽車車內(nèi)聲品質(zhì)的質(zhì)量，促進(jìn)國產(chǎn)轎車的社會品牌地位。

因此，小波分析在汽車聲品質(zhì)的應(yīng)用研究備受學(xué)術(shù)界和工程界的重視。國內(nèi)關(guān)于小波應(yīng)用于汽車噪聲聲品質(zhì)的研究剛剛起步，研究還不夠深入，方法也不完善，所以應(yīng)該加大科研力度，爭取早日取得成果應(yīng)用于實(shí)踐領(lǐng)域，使國內(nèi)汽車行業(yè)的競爭力更強(qiáng)。

3 基于小波分析的汽車聲品質(zhì)研究步驟

與傅里葉變換相比小波分析的優(yōu)點(diǎn)是良好的局部化性質(zhì)，而且在時(shí)域和頻域同時(shí)具有。小波變換可以在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率。因此小波變換可處理到信號的任意細(xì)節(jié)，解決傳統(tǒng)分析方法無法解決的應(yīng)用問題。研究內(nèi)容包括：

（1）車內(nèi)噪聲樣本采集。本課題選用某品牌國產(chǎn)汽車為研究對象。當(dāng)汽車以不同速度勻速運(yùn)行時(shí)，采集車內(nèi)關(guān)鍵部位噪聲信號。在副駕駛位置布置人工頭（HMSⅢ雙耳信號采集器），并后座、頂棚等部位安放傳聲器進(jìn)行噪聲信號采集。

（2）聲品質(zhì)主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)。利用半消聲室對車內(nèi)噪聲樣本進(jìn)行聲品質(zhì)主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)。在這一步研究中重點(diǎn)需要解決的是主觀評價(jià)方法的選用和誤判率的計(jì)算。應(yīng)該選取客觀的聲音樣本和足夠多的評價(jià)者進(jìn)行主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)。

（3）小波分析在汽車聲品質(zhì)中的應(yīng)用。應(yīng)用小波分析對信號經(jīng)行處理，確定噪聲源，得到處理后圖形（已經(jīng)改善聲品質(zhì)，去除脈沖噪聲）。

（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)。對處理后的聲信號進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果與先前未經(jīng)改善的聲音信號的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)聲品質(zhì)質(zhì)量的改善情況。并檢驗(yàn)經(jīng)小波算法這種處理手段得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否能夠在應(yīng)用中得到讓人滿意的結(jié)果。

（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果為設(shè)計(jì)工作提供改進(jìn)依據(jù)。確定噪聲信號中對聲品質(zhì)主要影響因素，提取噪聲信號的相關(guān)信息（頻率，幅值，產(chǎn)生噪聲的主要零部件等），為設(shè)計(jì)工作提供改善意見。

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作者簡介：張曉娟（1980-），女，河北石家莊人，碩士研究生，副教授，研究方向：汽車噪聲及聲品質(zhì)。