汽車噪聲聲音品質(zhì)主觀評價及控制

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2011屆本科畢業(yè)論文- PAGE 83 -汽車噪聲聲音品質(zhì)主觀評價及控制第一章 緒論1.1 論文研究的背景隨著現(xiàn)代社會的的發(fā)展以及對對高質(zhì)量生活活的不斷追求求，人們對車車輛乘坐的舒舒適性要求越越來越高。車車內(nèi)噪聲不僅僅降低了乘坐坐的舒適性，還還增加了駕駛駛員的疲勞感感，容易使人人煩躁，甚至至危及行車安安全。除此之之外，也影響響到人們對汽汽車質(zhì)量的評評價，進一步步影響到汽車車的銷售。因因此，如何控控制和改善車車內(nèi)噪聲就顯顯得尤為重要要。傳統(tǒng)的噪聲控制制，只強調(diào)噪噪聲量級的大大小，認為噪噪聲級越低越越好。為了得得到舒適的車車內(nèi)環(huán)境，以以前主要采取取降低車內(nèi)噪噪聲的聲壓級級的辦

2、法。隨隨著研究的不不斷深入，我我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)統(tǒng)的聲壓級不不足以描述汽汽車噪聲的全全部特征，單單純地降低聲聲壓級并不能能改善汽車乘乘坐的舒適性性。近年來人人們提出了聲聲品質(zhì)(Soound QQualitty)：聲品品質(zhì)是在特定定的技術(shù)目標標或任務(wù)內(nèi)涵涵中聲音的適適宜性。汽車車聲品質(zhì)就是是在滿足人和和環(huán)境的要求求下，尋求符符合汽車特性性的產(chǎn)品聲音音。聲品質(zhì)的的研究實際上上提出了現(xiàn)代代噪聲控制的的理念，即噪噪聲控制不僅僅僅是消極被被動地降低噪噪聲的聲壓級級，而是能夠夠根據(jù)顧客的的主觀評價，通通過合理有效效的措施，使使特定產(chǎn)品的的噪聲聽上去去不僅僅安靜靜，而且盡可可能的悅耳，甚甚至調(diào)節(jié)噪聲聲至理想狀態(tài)態(tài)

3、，并使不同同的產(chǎn)品有各各自獨特的聲聲音特性。除除了頻率及強強度兩大因素素外，聲品質(zhì)質(zhì)的研究更強強調(diào)心理聲學(xué)學(xué)及非聲學(xué)因因素等的直接接影響。1.2 汽車NNVH 研究汽車噪聲就就要談到NVVH技術(shù)，汽汽車NVH是是指汽車的NNoise(噪聲)、VVibrattion(振振動)和Haarshneess(舒適適性)，主要要是研究汽車車噪聲振動對對整車性能及及舒適性的影影響。Noise(噪噪聲)是指引引起人煩躁而而危害人體健健康的聲音。汽汽車噪聲不但但增加駕駛員員和乘員的疲疲勞從而影響響汽車的行駛駛安全，而且且對環(huán)境造成成噪聲污染。噪噪聲常用聲壓壓級評價，其其頻率范圍在在20Hz-20kHzz。汽車噪

4、聲聲主要包括結(jié)結(jié)構(gòu)噪聲(車車身壁板振動動產(chǎn)生的噪聲聲)、輻射噪噪聲(如發(fā)動動機、排氣系系統(tǒng)、制動器器等輻射的噪噪聲)、空氣氣動力噪聲(風(fēng)噪、空氣氣摩擦車身形形成的噪聲)等。Vibratiion(振動動)描述的是是系統(tǒng)狀態(tài)的的參量(如位位移)在其基基準值上下交交替變化的過過程。汽車低低頻振動危害害駕駛員和乘乘員的身體健健康，同時不不良的振動會會給汽車零部部件帶來損壞壞，影響零部部件的壽命。振振動是噪聲產(chǎn)產(chǎn)生的原因，因因此，振動和和噪聲的研究究是密不可分分的。Harshneess(舒適適性)指的是是振動和噪聲聲的品質(zhì)，它它并不是一個個與振動、噪噪聲相并列的的物理概念，而而是描述人體體對振動和噪噪聲

5、的主觀感感覺，不能用用客觀測量方方法來直接度度量。由于聲聲振粗糙度描描述的是振動動和噪聲使人人不舒服的感感覺，因此有有人稱Harrshnesss為不平順順性。又因為為聲粗糙度經(jīng)經(jīng)常用來描述述沖擊激勵產(chǎn)產(chǎn)生的使人極極不舒服的瞬瞬態(tài)響應(yīng)，也也有人稱Haarshneess為沖擊擊特性?？偟牡恼f來，舒適適性描述的是是振動和噪聲聲共同作用而而使人感到疲疲勞的程度在在研究汽車噪噪聲與振動時時，通常采用用 NVH 指標.1.3 論文的的主要內(nèi)容與與結(jié)構(gòu)聲品質(zhì)的研究與與應(yīng)用己成為為噪聲控制研研究的熱點與與發(fā)展方向，我們試圖在消費者主觀感受、客觀評價與產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)間建立聯(lián)系，以便通過主觀感受及客觀評價指標，設(shè)計

6、出聲學(xué)特性讓人們滿意、甚至令人愉悅的產(chǎn)品。就現(xiàn)在噪聲控制的研究狀況而言，由于許多產(chǎn)品設(shè)計較為成熟，人們對噪聲影響的感受己經(jīng)由單一的對聲級大小的關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)β犛X舒適度的關(guān)注，產(chǎn)品輻射噪聲降低到一定程度再進行降噪在技術(shù)實現(xiàn)上比較困難；開展這一新的研究，是新世紀人們追求高質(zhì)量生活的需要。因此，基于當(dāng)前迅速發(fā)展的汽車工業(yè)，確立汽車聲品質(zhì)的目標，選取合適的汽車聲品質(zhì)評價的參數(shù)，結(jié)合人的生理特征和主觀感覺，建立系統(tǒng)的聲品質(zhì)評價方法是必須的。系統(tǒng)的評價方法建立是進行汽車聲品質(zhì)改進與設(shè)計的基礎(chǔ)是實現(xiàn)汽車聲品質(zhì)工程的基礎(chǔ)，也是進行汽車NVH改善與設(shè)計的重要一環(huán).因此論文的主要內(nèi)容是討論汽車噪聲聲品質(zhì)的評價方法。論

7、文結(jié)構(gòu)：第一章介紹聲品品質(zhì)概念的提提出，然后簡簡單的介紹聲聲品質(zhì)在汽車車實驗技術(shù)上上的應(yīng)用技術(shù)術(shù)，汽車NVVH實驗技術(shù)術(shù) 。第二章介紹了汽汽車噪聲的產(chǎn)產(chǎn)生、傳播、控控制的基礎(chǔ)知知識。為進一一步討論汽車車噪聲的主觀觀評價奠基。第三章總體上介介紹聲音感知知模型和噪聲聲主觀評價研研究的內(nèi)容。第四章詳細介紹紹噪聲評價的的實驗步驟與與評價方法，以以及常用參量量的計算。第五章主觀評價價試驗及總結(jié)結(jié)。第二章 噪聲聲產(chǎn)生、傳播播機理及控制制技術(shù)2.1 汽車車車內(nèi)噪聲的形形成汽車車內(nèi)噪聲指指的是行駛汽汽車車廂內(nèi)存存在的各種噪噪聲。車內(nèi)噪噪聲極易使乘乘車人員感到到疲勞對汽車車的舒適性有有著重要影響響。從聲源來來看

8、車內(nèi)噪聲聲和車外噪聲聲的來源基本本相同，即:發(fā)動機噪聲聲，進排氣噪噪聲，底盤噪噪聲等。這些些噪聲聲源的的噪聲能經(jīng)由由空氣和固體體兩個途徑傳傳進車內(nèi)，如如圖2.1所所示。進排氣系統(tǒng)進排氣系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)動機傳動系空氣波動車內(nèi)噪聲車身振動風(fēng)扇氣流流動輪胎路面固體空氣 圖2.1車內(nèi)噪聲聲的主要來源源與傳播途徑徑前人研究的結(jié)果果表明，車廂廂外的噪聲向向車廂內(nèi)的傳傳播是按空氣氣傳播的規(guī)律律進行的，具具體途徑有兩兩個:第一個個途徑是通過車廂壁壁板(包括地地板、頂板和和四周的壁板板)，門窗上上所有的孔、縫縫，直接傳入入車廂內(nèi)。稱稱之為空氣聲聲。第二個途途徑是車廂外的聲聲源或振動(源)動，作作用于車身壁壁板，激發(fā)壁壁

9、板振,并向向車廂內(nèi)輻射射噪聲。稱之之為固體聲.傳播過程如如下圖所示:聲源聲源孔縫傳聲振動源機體振動壁板振動室內(nèi)混響室內(nèi)噪聲圖2.2車廂內(nèi)內(nèi)部噪聲傳播播示意圖振源產(chǎn)生的振動動，通過汽車車的機體傳遞遞到車廂與機機體的聯(lián)結(jié)處處，激發(fā)車廂廂產(chǎn)生強烈振振動，并向車車廂內(nèi)輻射強強烈的噪聲。機機體傳給車廂廂壁的振動與與車廂外聲波波激發(fā)起的車車廂壁的振動動是迭加在一一起的，很難難區(qū)分，但因因它們的傳播播途徑不同，頻頻率特性不盡盡相同，因而而采取的降噪噪措施不同。車車廂內(nèi)的噪聲聲實際上是直直達聲與多次次反射聲迭加加的結(jié)果，因因此在未加降降噪措施的情情況下，車廂廂內(nèi)的噪聲有有可能比卸去去車廂后相同同位置的噪聲聲要

10、大(指未未采用任何吸吸聲材料的空空車廂)。2.2 汽車車車內(nèi)噪聲主要要聲源機理分分析2.2.1 發(fā)發(fā)動機噪聲的的產(chǎn)生機理發(fā)動機噪聲的發(fā)發(fā)生機理，可可用圖2.33來說明。它它的發(fā)生過程程可分為內(nèi)部部激振力，振振動傳遞系統(tǒng)統(tǒng)和外部輻射射源三個部分分。內(nèi)部激振振力有燃燒激激振力和機械械激力兩種:前者是氣缸缸的燃燒壓力力，由此產(chǎn)生生燃燒噪聲;后者主要是是慣性力，活活塞撞擊氣缸缸，齒輪因扭扭振而相互撞撞擊，進排氣氣門落座等。由由此產(chǎn)生機械械噪聲。在發(fā)發(fā)動機中，由由于激振力多多為沖擊力，故故包含的頻率率成分豐富，其其頻率范圍主主要分布在00.5k-10kHzz。同時，被被激振的發(fā)動動機構(gòu)造也很很復(fù)雜，多數(shù)

11、數(shù)零件用螺栓栓機械地聯(lián)接接起來，分別別具有無數(shù)個個固有頻率，它它們或獨立或或復(fù)合起來，以以各自的固有有振型相互影影響，引起復(fù)復(fù)雜的振動，再再沿不同的途途徑傳遞，最最后由發(fā)動機機表面輻射出出噪聲來。發(fā)發(fā)動機表面的的聲輻射是由由于結(jié)構(gòu)表面面的振動產(chǎn)生生的，發(fā)動機機表面輻射的的聲功率與發(fā)發(fā)動機表面的的振動功率成成正比。與機機體或缸蓋直直接聯(lián)結(jié)的油油底殼、齒輪輪室蓋、氣門門罩蓋等，由由于它們一般般為薄殼零件件，與機體、缸缸蓋相比，剛剛度小、振動動大，往往是是噪聲的主要要輻射源。燃燒噪聲源機械噪聲源力產(chǎn)生放熱氣缸壓力壓力脈沖慣性力扭矩變動活塞撞擊燃燒噪聲源機械噪聲源力產(chǎn)生放熱氣缸壓力壓力脈沖慣性力扭矩變

12、動活塞撞擊正時齒輪撞擊氣門機構(gòu)撞擊振動傳播汽缸蓋活塞正時齒輪箱連桿曲軸主軸承缸套噪聲輻射氣門罩蓋進排氣歧管曲軸皮帶輪機體油底殼齒輪箱蓋發(fā)動機主要激力力壓力(慣性性力，扭振激激力)的基頻及諧諧波為: (2-1)其中:n發(fā)動動機轉(zhuǎn)速(rr/min)沖程數(shù)，四四沖程: =2，二沖沖程：=1m=整數(shù)，m=1，2，33當(dāng)發(fā)動機運行時時，若壓力或或慣性激力諧諧波 與直接或間間接受激勵的的零件固有頻頻率吻合時，就就會產(chǎn)生共振振而輻射出很很大的噪聲來來。2.2.2 進進、排氣噪聲聲 汽車車發(fā)動機的進進、排氣噪聲聲是汽車的空空氣動力性噪噪聲源之一。 1.進氣噪聲聲進氣噪聲是由進進氣門的周期期性開閉，而而產(chǎn)生的壓

13、力力起伏變化所所形成的。其其主要頻率范范圍為505OOHzz。進氣噪聲聲的主要成分分為: Hz (2-2)式中：n發(fā)動動機轉(zhuǎn)速(rr/min)i氣缸數(shù)沖程數(shù)，四四沖程: =2一般來講，進氣氣噪聲中，ff、2f、3f的諧波成成分較為明顯顯，更高次諧諧波，能量逐逐漸減弱。除除了進氣脈動動以外，還有有渦流成分，它它是由高速氣氣流經(jīng)過進氣氣門時，產(chǎn)生生大量渦流而而形成，是寬寬帶、連續(xù)的的高頻噪聲，渦渦流噪聲的峰峰值頻率為: HHz （2-3）式中：S11斯托羅哈數(shù)數(shù)，一般取00.05 VV進氣門處，進進氣截面的氣氣流流速(mm/s) dd進氣門桿直直徑（m）當(dāng)周期性進氣噪噪聲的主要頻頻率與進氣管管空氣

14、柱的固固有頻率一致致時，空氣柱柱的共鳴聲也也很突出。管管中的氣柱共共振頻率由下下式計算： （2-4）式中:c聲速速(m/s)l總管長（mm）n=1,2,332. 排氣噪聲聲排氣噪聲是汽車車主要噪聲源源之一。其主主要頻率范圍圍是50一55000Hzz。它主要由由排氣脈動噪噪聲、管道氣氣柱共振噪聲聲和廢氣噴注注噪聲等組成成，它的排氣氣脈動計算式式同式(2.3)，管道道氣柱共振噪噪聲頻率同式式(2.5)，當(dāng)排氣噪噪聲中的某頻頻率成分恰好好等于氣柱共共振頻率時，會會激發(fā)管道氣氣柱共振噪聲聲。另外，在在發(fā)動機的排排氣系統(tǒng)中，排排氣系統(tǒng)薄壁壁管道及殼體體表面的振動動也將輻射出噪聲，排氣氣系統(tǒng)產(chǎn)生振振動的原

15、因有有兩個:a. 由發(fā)動機機排氣歧管傳傳來的振動;b. 由排氣壓壓力波在排氣氣管、消聲器器內(nèi)部所激發(fā)發(fā)的振動。排氣系統(tǒng)的振動動噪聲有時會會成為汽車的的主要噪聲源源。2.2.3 風(fēng)風(fēng)扇噪聲風(fēng)扇噪聲是空氣氣動力性噪聲聲。主要由旋旋轉(zhuǎn)噪聲(葉葉片噪聲)和和渦流噪聲組組成。主要頻頻率范圍為2200-2000HHz。旋轉(zhuǎn)噪聲是由風(fēng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)葉片片周期性的拍拍擊空氣，引引起空氣壓力力脈動而激發(fā)發(fā)出的噪聲，它它的基頻計算算式為:= （2-5）式中:n1風(fēng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(rr/min)z風(fēng)扇葉片數(shù)數(shù)i1曲軸的傳傳動比n發(fā)動機轉(zhuǎn)速速(r/miin)除了基頻外，它它的高頻成分分2f、3f有時也很很重要。渦流流噪聲是由于于

16、風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時時，葉片周圍圍產(chǎn)生的空氣氣渦流而形成成的。渦流噪噪聲的頻率由由下式計算: （2-6）式中:St斯斯脫羅哈數(shù)SSt =0.114-0.20V氣體與葉片片的相對速度度D葉片的正面面寬度在垂于于速度平面的的投影K諧波次數(shù)KK=1，2，33.渦流噪聲的頻率率取決于葉片片與氣體的相相對速度，而而葉片的圓周周速度則隨著著與圓心距離離線性變化，所所以噪聲頻率率也是連續(xù)的的。2.2.4 傳傳動系的振動動與噪聲 汽車傳傳動系包括發(fā)發(fā)動機與汽車車驅(qū)動輪之間間的一系列旋旋轉(zhuǎn)部件，傳傳動系是多質(zhì)質(zhì)量的彈性系系統(tǒng)。當(dāng)傳動動系的固有頻頻率之一與干干擾力矩頻率率吻合時，便便會發(fā)生扭振振，而產(chǎn)生強強烈的噪聲。傳傳動

17、系的彎曲曲振動，通過過支承傳給車車身，引起車車身部件的振振動與噪聲。傳動系(尤其變變速器)，齒齒輪系噪聲也也較為明顯。齒齒輪噪聲主要要是由輪齒嚙嚙合強制振動動造成的，它它由齒輪嚙合合噪聲和齒輪輪固有振動噪噪聲組成。1. 齒輪嚙合合噪聲 這種噪噪聲是指齒輪輪傳動時，齒齒與齒之間因因撞擊所產(chǎn)生生的噪聲，它它的頻率計算算式如下: Hz (2-7)式中: n齒輪轉(zhuǎn)速(r/minn)z齒數(shù)K諧波次數(shù)KK=1，2，33.2. 齒輪的固固有振動噪聲聲齒輪嚙合時，由由于外激力的的作用，齒輪輪本身也會產(chǎn)產(chǎn)生一些固有有振動，在負負荷較大或者者低速運轉(zhuǎn)時時，此噪聲一一般較為突出出。如果齒輪輪的嚙合頻率率與固有振動動

18、頻率接近時時，往往會發(fā)發(fā)生共振而產(chǎn)產(chǎn)生大的噪聲聲。此外，齒輪箱壁壁的振動噪聲聲一般也很大大，尤其應(yīng)避避免齒輪的嚙嚙合頻率與箱箱壁的固有自自振頻率相吻吻合，應(yīng)有足足夠的壁厚;為了提高箱箱壁的固有自自振頻率，可可適當(dāng)加筋。2.2.5 輪輪胎噪聲輪胎噪聲主要包包括輪胎花紋紋噪聲和彈性性振動噪聲。1. 輪胎花紋紋噪聲當(dāng)輪胎在地面滾滾動時，輪胎胎胎面花紋凹凹部所包含的的氣體，在離離開所接觸的的地面時，因因受擠壓作用用，使空氣向向后方排出，引引起周圍空氣氣壓力變化而而產(chǎn)生，等距距花紋噪聲頻頻率為: Hz (2-88)式中:Va車車速(Km/h)S輪胎花紋節(jié)節(jié)距數(shù)R輪胎的滾動動半徑(m)它的諧頻為2ff、f

19、.2. 彈性振動動噪聲車輪行駛過程中中，由于輪胎胎彈性變化和和路面凸凹不不平等原因，激激發(fā)輪胎本身身振動而產(chǎn)生的噪噪聲。它的頻頻率一般小于于200Hzz。2.3 噪聲控控制要求及評評價指標2.3.1 噪噪聲控制要求求近些年來，世界界各國普遍提提高了對汽車車噪聲的控制制標準，尤其其是發(fā)達國家家對汽車噪聲聲非常重視。歐歐共體、日本本、美國等從從七十年代起起，每六年左左右就修訂一一次相關(guān)法規(guī)規(guī)和標準，使使汽車噪聲限限值有了大幅幅度降低。雖雖然我國汽車車噪聲控制工工作從19779年就開始始，當(dāng)時發(fā)布布了兩項國家家標準，GGB14955-79機動車車輛允許噪聲聲和GBB1496-79機動車車輛噪聲測量量

20、方法，但但與發(fā)達國家家相比還存在在較大差距，直直到20022年我國才又又頒布了新的的汽車及發(fā)動動機噪聲法規(guī)規(guī)GBl4955-2002汽汽車加速行駛駛車外噪聲眼眼值及測量方方法，并作作為強制標準準加以實施。 表1-1國內(nèi)外外車輛行駛噪噪聲限值標準準的比較(單單位：dBAA)汽車分類國內(nèi)79年標準準國內(nèi)02年標準準歐盟標準85年前產(chǎn)85年后產(chǎn)05年前產(chǎn)05年后產(chǎn)90年R51/0196年R51/02轎車848277747774載重汽車8t載重量15t9289858383783.5t載重重量8t908682808080載重量3.55t898479777977公共汽車4t載重量11tt898685838

21、380載重量4t888378767876輕型越野車898479772.3.2 噪噪聲評價噪聲評價指標主主要是指車內(nèi)內(nèi)、外的噪聲聲值和振動適適應(yīng)性，評價價方法可分為為主觀評價和和客觀評價。主主觀評價是顧顧客對車內(nèi)外外噪聲振動的的直觀感覺，是是聲品質(zhì)的真真實反映。通通常根據(jù)不同同的條件，可可采用簡單排排序法、等級級評分法、成成對比較法和和語義區(qū)分法法進行主觀評評價。客觀評評價是使用通通過分析和測測量的方法得得到噪聲和振振動的參數(shù)來來評價其大小小和好壞。第第四章將會詳詳細介紹。2.4 汽車噪噪聲控制方法法國內(nèi)外科研人員員已經(jīng)對這方面面進行很多研研究。到目前前為止，有關(guān)關(guān)車內(nèi)噪聲控控制的研究，綜綜合起

22、來可大大致分為被動動控制、主動動控制和NVVH性能試驗驗。2.4.1 傳傳統(tǒng)的噪聲控控制方法 早期的車車內(nèi)噪聲控制制途徑主要有有減弱聲源強強度、隔絕傳傳播途徑和吸吸聲處理三個個方面。1. 聲源降噪噪 識別并降降低聲源噪聲聲是噪聲控制制中最根本、最最有效、最直直接的途徑。降降低汽車上任任何聲源的噪噪聲能量都有有利于控制車車內(nèi)外噪聲。尤尤其是降低汽汽車發(fā)動機和和傳動系等主主要噪聲源的的噪聲更具重重要意義。為為了降低聲源源噪聲，首先先必須識別出出噪聲源，弄弄清聲源產(chǎn)生生噪聲的機理理和規(guī)律，然然后改進設(shè)計計，降低產(chǎn)生生噪聲的激振振力，降低發(fā)發(fā)聲部件對激激振力的響應(yīng)應(yīng)，從而達到到根治噪聲的的目的。隔斷傳

23、播途徑降降噪 當(dāng)對噪聲聲源難以進行行控制時，我我們就需要在在噪聲的傳播播途徑中采取取措施，例如如吸聲、隔聲聲、消聲、減減振及隔振等等措施。又稱稱無源噪聲控控制。2. 吸聲降噪噪 在噪聲源源周圍的有限限空間內(nèi)布置置一些具有吸吸聲作用的材材料，就會減減少噪聲能量量的反射，使使混響聲部分分大大降低，從從而達到降噪噪的目的。這這種方法叫做做吸聲法。工程上具有吸聲聲作用并有工工程應(yīng)用價值值的材料大多多為多孔性吸吸聲材料，而而穿孔板等具具有吸聲作用用的材料，通通常被歸為吸吸聲結(jié)構(gòu)。多多孔吸聲材料料種類很多，按按成型形狀可可分為制品類類和砂漿類；按照材料可可以分為玻璃璃棉、巖棉、礦礦棉等：按多多孔性形成機機

24、理及結(jié)構(gòu)狀狀況又可分為為三種：纖維維狀、顆粒狀狀和泡沫塑料料等。在吸聲聲材料內(nèi)部有有大量微小的的連通的孔隙隙，聲波沿著著這些材料孔孔隙可以深入入材料內(nèi)部，與與材料發(fā)生摩摩擦作用將聲聲能轉(zhuǎn)化成熱熱能。吸聲結(jié)結(jié)構(gòu)的作用原原理。多是利利用赫姆霍茲茲共振原理。這這類吸聲類似似于暖水瓶的的聲共振：當(dāng)當(dāng)聲波射入赫赫姆霍茲共振振吸聲器時，容容器內(nèi)口的空空氣受到激勵勵，將產(chǎn)生振振動，容器內(nèi)內(nèi)的介質(zhì)將產(chǎn)產(chǎn)生壓縮或膨膨脹變形，以以此來消耗聲聲能。當(dāng)赫姆姆霍茲共振吸吸聲器達到共共振時，振動動速度達到最最大，對噪聲聲的吸收也達達到最大。工工程中常用的的吸聲結(jié)構(gòu)有有空氣層吸聲聲結(jié)構(gòu)、薄膜膜共振吸聲結(jié)結(jié)構(gòu)和薄板共共振吸聲

25、結(jié)構(gòu)構(gòu)、穿孔板吸吸聲結(jié)構(gòu)、微微穿孔吸聲結(jié)結(jié)構(gòu)、吸聲尖尖劈等，其中中最簡單的吸吸聲結(jié)構(gòu)就是是吸聲材料后后留空氣層的的吸聲結(jié)構(gòu)。吸吸聲材料和吸吸聲結(jié)構(gòu)在汽汽車上主要應(yīng)應(yīng)用于發(fā)動機機和車內(nèi)降噪噪。在發(fā)動機機殼體上，我我們通常使用用吸聲材料來來吸收和降低低聲輻射。一一般是以玻璃璃纖維、泡沫沫、毛氈類為為基體的材料料，用非織物物進行表面處處理，背后設(shè)設(shè)計成空氣層層結(jié)構(gòu)。而在在汽車室內(nèi)，全全部內(nèi)飾都裝裝有吸聲材料料，這樣的設(shè)設(shè)計有效的降降低了車內(nèi)噪噪聲，例如在在汽車頂棚采采用吸聲處理理。可在乘員員耳朵的位置置處降低2 dB以上的的噪聲。3. 隔聲降噪噪 隔聲降降噪的原理是是：當(dāng)聲波在在傳播途徑中中，遇到勻

26、質(zhì)質(zhì)屏障物(如如木版、金屬屬板、墻體等等)時，部分分聲能被屏障障物反射回去去，一部分被被屏障物吸收收，只有一部部分聲能可以以透過屏障物物輻射到另一一空間去，透透射聲能僅是是入射聲能的的一部分。反反射與吸收降降低了噪聲的的傳播。隔聲聲構(gòu)件隔聲量量的大小與其其材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)和聲波的頻頻率有關(guān)。常常見的隔聲結(jié)結(jié)構(gòu)有單層壁壁和雙層壁兩兩種。最簡單單的隔聲結(jié)構(gòu)構(gòu)是單層均勻勻密實壁，如如鋼板、鉛板板、磚墻、鋼鋼筋混凝土墻墻等。試驗發(fā)發(fā)現(xiàn)，單層壁壁的隔聲量與與壁的單位面面積質(zhì)量有密密切關(guān)系。單單位面積質(zhì)量量越大，其隔隔聲量越高，同同樣厚度的鋼鋼板比鋁板隔隔聲效果好，同同樣材料的厚厚度大的隔聲聲效果好，這這個規(guī)

27、律稱為為隔聲的質(zhì)量量定律。雙層層壁就是在雙雙列平行的單單層壁之間留留有一定尺寸寸的空氣層。一一般情況下，由由于空氣層的的存在提高了了隔聲效果，雙雙層壁比單層層勻質(zhì)壁隔聲聲量大5-110dBA；如果隔聲量量相同，雙層層壁的總重比比單層壁減少少213左右右。在汽車上上，隔聲降噪噪主要應(yīng)用于于發(fā)動機。發(fā)發(fā)動機罩就是是一種典型的的隔聲罩，它它將噪聲輻射射強烈的發(fā)動動機遮蔽起來來，減少噪聲聲的透射。汽汽車駕駛室和和客車車廂也也都屬于隔聲聲室類的隔聲聲裝置：在高高速公路兩旁旁采用聲屏障障來抑制交通通噪聲對兩旁旁居民的干擾擾，也是采用用了這種原理理。阻尼降噪 汽車的的殼體及機器器的護壁、外外罩、通風(fēng)管管道等

28、都是金金屬薄板制成成的，當(dāng)汽車車行駛或機器器運轉(zhuǎn)時，這這些金屬薄板板受激勵而振振動時，往往往輻射噪聲，是是很嚴重的噪噪聲源。對于于這類金屬薄薄板振動輻射射的噪聲，我我們常采用阻阻尼降噪技術(shù)術(shù)。在機械物物理學(xué)中，阻阻尼是指系統(tǒng)統(tǒng)耗散能量的的能力。從減減振的角度看看，就是將機機械振動的能能量轉(zhuǎn)變成熱熱能或其他可可以消耗的能能量，從而達達到減振的目目的。阻尼降降噪技術(shù)就是是充分運用阻阻尼耗能的一一般規(guī)律，從從材料、工藝藝、設(shè)計等各各項技術(shù)發(fā)揮揮阻尼在減振振方面的潛力力，以提高機機械結(jié)構(gòu)的抗抗振性、降低低機械產(chǎn)品的的振動、減少少因機械振動動所產(chǎn)生的聲聲輻射，降低低機械噪聲。噪噪聲控制中多多采用的阻尼尼

29、材料為泡沫沫多孔材料和和減振降噪的的復(fù)合型材料料。2.4.2 噪噪聲主動控制制噪聲主動控制是是近20年來來發(fā)展起來的的一種全新的的噪聲控制方方法。與傳統(tǒng)統(tǒng)降噪措施相相比，其突出出優(yōu)勢在于低低頻噪聲控制制效果好，此此外，它還具具有對原系統(tǒng)統(tǒng)的附加質(zhì)量量小和占用空空間小等特點點。主動噪聲聲控制通常是是利用聲波干干涉的原理進進行以聲消聲聲的控制。當(dāng)當(dāng)兩個聲波在在疊加點處振振動的方向一一致、頻率相相同及相位差差恒定時，它它們會發(fā)生干干涉現(xiàn)象，引引起聲波能量量在空間的重重新分配，此此時利用人為為的聲源(次次級聲源)，使使其產(chǎn)生的聲聲場與原噪聲聲源(初級聲聲源)產(chǎn)生的的聲場發(fā)生相相干性疊加，產(chǎn)產(chǎn)生“靜區(qū)”

30、，從而達到到降低噪聲的的目的。還有有一些學(xué)者嘗嘗試采用主動動減振來降低低板件聲輻射射達到消聲目目的。曾經(jīng)有有人提出采用用激振器對發(fā)發(fā)動機支承處處振動進行主主動控制來降降低車內(nèi)噪聲聲，但這種方方法需要消耗耗較多的能量量，且作動器器布置困難，因因而沒有得到到足夠的重視視。2.4.3 汽汽車NVH試試驗技術(shù)汽車NVH(NNoise、VVibrattion、HHarshnness)指指的是噪聲、振振動與舒適性性，其觀點是是，汽車是一一個由激勵源源(發(fā)動機、變變速器等)、振振動傳遞器(由懸掛系統(tǒng)統(tǒng)和邊接件組組成)和噪聲聲發(fā)射器(車車身)組成的的系統(tǒng)。NVVH試驗技術(shù)術(shù)是以整車作作為研究對象象，從噪聲、振

31、振動與舒適性性的角度分析析車內(nèi)外噪聲聲的產(chǎn)生機理理，通過駕駛駛員或成員的的感受來尋找找噪聲振動的的激勵源，再再對激勵源產(chǎn)產(chǎn)生噪聲及振振動的機理和和傳播途徑進進行分析研究究，找到降噪噪減振的方法法，來達到降降低車內(nèi)外噪噪聲、提高汽汽車乘坐舒適適性的目的。NNVH試驗技技術(shù)對新車型型的開發(fā)和現(xiàn)現(xiàn)有車型的性性能改善都起起著重要的作作用。其主要要的研究方法法是，根據(jù)設(shè)設(shè)定的汽車NNVH目標值值，建立數(shù)學(xué)學(xué)模型，進行行整車仿真分分析。但由于于汽車系統(tǒng)極極為復(fù)雜。因因此我們常將將整車分解成成多個子系統(tǒng)統(tǒng)進行研究，如如底盤子系統(tǒng)統(tǒng)、車身子系系統(tǒng)等；也可可以研究某個個激勵源產(chǎn)生生的或某種工工況下的NVVH特性

32、。通通過曲線、圖圖表的形式，或或者借助于虛虛擬現(xiàn)實環(huán)境境，我們可以以向有關(guān)技術(shù)術(shù)人員、專家家及最終用戶戶提供身臨其其境般的聽覺覺、觸覺及視視覺感受，來來提供分析結(jié)結(jié)果，從而針針對某種車型型進行主觀、客客觀評價和改改進設(shè)計方案案。 汽車車NVH試驗研研究對于新車車型開發(fā)和現(xiàn)現(xiàn)有車型的性性能改善都起起著重要的作作用。對汽車車NVH特性性的研究既貫貫穿于新車型型的研發(fā)過程程，也可以體體現(xiàn)在現(xiàn)有車車型的改進設(shè)設(shè)計中。1、在新車型開開發(fā)過程中的的應(yīng)用在新車型的研發(fā)發(fā)中，汽車NNVH特性研研究可以看作作是建立在計計算機仿真分分析基礎(chǔ)之上上的以汽車NNVH特性為為設(shè)計目標的的一種設(shè)計方方法。在整車車研發(fā)過程

33、中中，NVH性性能研究可以以分為以下44個階段:(1)調(diào)研并確確定整車目標標通過對政府法規(guī)規(guī)的要求、消消費者的要求求和競爭車型型的NVH性性能水平的調(diào)調(diào)研，制定新新開發(fā)車型的的NVH標準準。這個階段段一般通過對對政府法規(guī)要要求的查閱，新新型消費者市市場問卷調(diào)研研，同時對競競爭車型進行行NVH性能能目標值測試試等手段，獲獲得所要設(shè)計計的新車型的的NVH性能能的目標數(shù)據(jù)據(jù)，從而根據(jù)據(jù)這些數(shù)據(jù)來來制定新型的的NVH目標標值。(2)整車仿真真分析并匹配配子系統(tǒng)目標標根據(jù)整車NVHH性能目標值值來確定各個個子系統(tǒng)的性性能目標值。子子系統(tǒng)一般括括發(fā)動機、懸懸架系統(tǒng)、動動力總成懸置置系統(tǒng)、車身身、座椅和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

34、向系統(tǒng)等。例例如車輛與路路面之間產(chǎn)生生的振動通過過懸架系統(tǒng)傳傳遞到車身壁壁板，使壁板板產(chǎn)生振動而而形成車內(nèi)部部噪聲。在這這個過程中，車車身結(jié)構(gòu)和車車室內(nèi)空腔可可以通過數(shù)學(xué)學(xué)模來描述，即即可以通過建建立整車的CCAE模型來來進行仿真研研究。通過CCAE仿真，以以將結(jié)構(gòu)實際際的道路特性性與子系統(tǒng)參參數(shù)(如懸架架剛度等)聯(lián)聯(lián)系起來，這這樣就以根據(jù)據(jù)整車的NVVH性能目標標值來確定各各個子系統(tǒng)的的NVH目標標值。但要注注意，個子系系統(tǒng)目標值的的確定要符合合試驗設(shè)計和和可靠性設(shè)計計的要求。(3)通過元件件的結(jié)構(gòu)設(shè)計計實現(xiàn)子系統(tǒng)統(tǒng)和整車的性性能目標在此須完成以下下工作:第一一，確定每個個元件的詳細細特征，

35、這些些特征可能以以前的建模分分析中沒有表表現(xiàn)出來，如如連接孔、工工藝、焊點位位置等。第二二，進各個子子系統(tǒng)元件的的可靠性設(shè)計計和多目標優(yōu)優(yōu)化設(shè)計，改改善汽車的NNVH特性，以以保結(jié)構(gòu)元件件的設(shè)計方案案為最佳。第第三，必須滿滿足設(shè)計模型型條件(如極極限尺寸等，進進行極限工況況的校核(如如懸架撞擊)。(4)樣車的試試驗與調(diào)整生產(chǎn)出樣車后，就就可以進行實實車試驗，試試驗一般在試試驗室中或者者道路上行，通通過加速度傳傳感器、傳聲聲器等對整車車的NVH目目標值進行檢檢驗，從而根根據(jù)試產(chǎn)品的的性能與設(shè)計計目標之間的的差異，進行行必要的調(diào)整整與修改。2、在現(xiàn)有車型型NVH性能能改善過程中中的應(yīng)用(1)對于用

36、戶戶提出的車輛輛存在的不明明的、異常的的噪聲振動進進行測試，給給定的主客觀觀評價結(jié)果。這這些工作要求求對測量方法法和測量儀器器的掌握和正正確運用。(2)根據(jù)步驟驟(1)的測測試結(jié)果，對對存在的噪聲聲振動問題有有了初步的了了解后，進行行噪聲振動源源識別、噪聲聲振動源傳遞遞路徑分析等等試驗方案的的制定，進行行試驗分析，分分析的試驗結(jié)結(jié)果可以與CCAE仿真計計算的結(jié)果進進行對比，使使得故障診斷斷和噪聲振動動源的識別更更加準確。(3)根據(jù)測試試分析的結(jié)果果進行有效的的工程治理，實實施降噪減振振，達到客戶戶的要求。實實現(xiàn)降噪減振振的基本方法法:A、消除振動噪噪聲產(chǎn)生的根根源。這涉及及到修改產(chǎn)生生振動噪聲

37、的的零部件結(jié)構(gòu)構(gòu)，例如改善善其振動特性性，避免共振振;B、切斷振動噪噪聲傳遞的路路徑。涉及到到對結(jié)構(gòu)振動動傳遞特性的的分析和改進進，使之對振振動噪聲具有有明顯的衰減減作用而不是是放大。第三章 汽汽車聲品質(zhì)與與心理聲學(xué)隨著汽車行業(yè)的的快速發(fā)展以以及人們生活活水平的不斷斷提高，越來來越多的人加加入有車一族族，汽車已經(jīng)經(jīng)不再單純的的是一種交通通工具，也是是人們追求高高質(zhì)量生活的的一個象征。人人們不僅要求求汽車“安靜”，還關(guān)心它它的頻率組成成成分，與發(fā)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的的關(guān)系等因素素，即考慮聲聲音的質(zhì)量。而而傳統(tǒng)的汽車車噪聲控制中中，只強調(diào)噪噪聲量級的大大小，認為噪噪聲級越低越越好，這樣的的產(chǎn)品已無法法滿足

38、人們的的消費要求。因因此，在汽車車開發(fā)過程中中，聲品質(zhì)越越來越重要，甚甚至影響到汽汽車的品牌。3.1 聲品質(zhì)質(zhì)概念的提出出國際上對于聲品品質(zhì)的認識首首先開始于220世紀800年代中期歐歐美的汽車工工業(yè)，最初是是想搞清楚為為什么有的車車即使A計權(quán)權(quán)聲級比較高高但聽起來卻卻舒服一些。后后續(xù)的研究更更多地考慮聲聲音信號的時時間歷程、頻頻譜構(gòu)成等。就就在那個時候候創(chuàng)造了“聲品質(zhì)”的概念，即即認識聲音的的多維性。聲聲音的接收器器是人耳，人人的聽覺系統(tǒng)統(tǒng)具有很大的的變化性。同同時借用心理理聲學(xué)方面的的研究成果，引引入了響度、尖尖銳度、粗糙糙度、音色等等概念。隨著研究的發(fā)展展，研究者發(fā)發(fā)現(xiàn)，聲品質(zhì)質(zhì)的研究包

39、含含許多感官和和主觀的因素素，不是傳統(tǒng)統(tǒng)的心理聲學(xué)學(xué)成果就能解解決的。其原原因在于：心理聲學(xué)參參數(shù)的數(shù)學(xué)描描述目前僅建建立在對理想想聲學(xué)環(huán)境中中測試信號的的研究基礎(chǔ)之之上，對復(fù)雜雜的聲學(xué)環(huán)境境，包括空間間分布的聲源源，其應(yīng)用有有一定的局限限性；沒有考慮人人耳對聲音的的應(yīng)性功能、雙雙耳聽聞特性性等；沒有統(tǒng)一的的標準，其測測量結(jié)果沒有有可比性。到到了20世紀紀90年代中中期，逐步建建立了聲品質(zhì)質(zhì)確定的含義義，即“adequuacy oofthe soundd of aa prodduct”，人們對產(chǎn)產(chǎn)品聲學(xué)特性性的滿意程度度。聲品質(zhì)來來源于人們對對產(chǎn)品聲音特特性的主觀判判斷，也就是是說，聲品質(zhì)質(zhì)不

40、僅與產(chǎn)品品的聲音特性性這一客觀物物理量有關(guān)，還還與人們對產(chǎn)產(chǎn)品的認知度度、人自身的的生理心理狀狀態(tài)有關(guān)。同同時，人的聽聽覺喜好會不不斷發(fā)生變化化，因此聲品品質(zhì)也是一個個不斷發(fā)展完完善的概念。3.2 聲品質(zhì)質(zhì)的心理聲學(xué)學(xué)特征從心理學(xué)角度來來說，聲品質(zhì)質(zhì)具有以下三三個特征：1.激勵響應(yīng)相相適性心理學(xué)中通常將將有關(guān)適宜性性的問題用激激勵響應(yīng)相適適性來說明，即即信息與反應(yīng)應(yīng)對應(yīng)的一致致性。視覺和和聽覺信息的的激勵響應(yīng)相相適性程度可可以用作出反反應(yīng)或決定的的時間來判別別。2.聲音的舒適適性Metzgerr調(diào)查研究了了日常生活中中舒適概念對對個人住處和和工作場所表表達的含義。研研究發(fā)現(xiàn)，舒舒適是人對特特定

41、的物體或或環(huán)境的質(zhì)量量描述。舒適適與人-環(huán)境境交互作用的的評價有關(guān)，被被試人員全部部表現(xiàn)出了對對舒適的敏感感程度。數(shù)據(jù)據(jù)顯示舒適主主要與安逸、放放松、方便和和安寧有關(guān)。此此外，舒適與與有關(guān)協(xié)助或或支持的形容容有關(guān)。同時時與功能、有有用和生活的的質(zhì)量之間有有密切的關(guān)系系。另一方面面，與安全、親親密和安心或或奢侈、高雅雅和風(fēng)格等概概念的牽連較較少。Mettzger得得出結(jié)論，舒舒適的含義并并不主要由物物質(zhì)資源決定定，而更主要要地由主觀需需要和利益決決定。假如心心理聲學(xué)是尋尋求聽覺感知知與引起這種種感知的物理理特性之間的的關(guān)系，那么么當(dāng)代心理學(xué)學(xué)方法就是嘗嘗試將聽覺感感知看作是與與激勵的接受受、主動

42、搜尋尋與詮釋有關(guān)關(guān)的主動過程程。Genuuit認為主主觀(心理學(xué)學(xué))和客觀(聲學(xué)和心理理聲學(xué))因素素共同決定聲聲音事件的感感知。Blaauert&Jekossch等也提提出在對聽覺覺激勵的感知知、詮釋、評評價及反應(yīng)中中，除應(yīng)考慮慮聲學(xué)和心理理聲學(xué)參量外外，還應(yīng)考慮慮認知和情感感過程的影響響。3.聲或聲源的的可識別性當(dāng)人聽到一個聲聲事件時，最最明顯的行為為就是有辨識識聲源的傾向向，而不能“識別”聲源(指確確定發(fā)聲物體體、位置、聲聲源特征等)時就會變得得不自在。因因此，在產(chǎn)品品的開發(fā)階段段，最好要請請聽眾來辨識識聲音。一方方面，他們的的回答可以讓讓開發(fā)者了解解聲音中是否否有不利的語語義內(nèi)涵；另另一

43、方面，聲聲音是否是其其他某個廠家家產(chǎn)品的，而而不符合自己己產(chǎn)品的“聲文化”。3.3 聲品質(zhì)質(zhì)的心理聲學(xué)學(xué)基礎(chǔ)3.3.1 人人類基本的聽聽覺系統(tǒng) 聲品質(zhì)質(zhì)研究是一個個集聲品質(zhì)的的感知、評價價和設(shè)計于一一體的綜合的的研究領(lǐng)域，其其中聲品質(zhì)的的感知是聲品品質(zhì)評價和設(shè)設(shè)計的基礎(chǔ)。聲聲品質(zhì)的感知知是純粹的生生理和心理過過程，是人類類聽覺系統(tǒng)的的機能。人類類的聽覺系統(tǒng)統(tǒng)由聽覺器官官、各級聽覺覺中樞及其聯(lián)聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)組成成。聽覺器官官通稱為耳，其其結(jié)構(gòu)中有特特殊分化的細細胞，能感受受聲波的機械械振動并把聲聲能轉(zhuǎn)換為神神經(jīng)沖動。為為了準確、有有效地開展聲聲品質(zhì)評價，必必須對人類的的聽覺系統(tǒng)有有充分的認識識。為此，

44、人人們開展了生生理聲學(xué)、心心理聲學(xué)和神神經(jīng)生物學(xué)等等方面的研究究，試圖揭示示人類聽覺的的規(guī)律，并取取得了初步的的進展。 人類基本本的聽覺系統(tǒng)統(tǒng)由耳、各級級聽覺中樞及及其聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)組成。人耳耳又分為外耳耳、中耳和內(nèi)內(nèi)耳，其解剖剖簡圖見圖33-1。外耳包包括耳廓和耳耳道。耳廓是是人耳唯一暴暴露在體外的的部分，耳廓廓不僅具有聚聚集聲音進入入外耳道的功功能，而且在在聲源定位方方面起著重要要作用。耳道道可被看作為為位于外耳和和中耳之間的的諧振腔，其其共振頻率大大約3-5KKHz之間，這這決定了人耳耳對中等頻率率的聲音比較較敏感。圖3-1人耳的的解剖簡圖中耳由耳膜和三三塊中耳小骨骨錘骨、砧骨骨和鐙骨組成，

45、其其解剖簡圖見見圖3-2。中耳主主要起著阻抗抗匹配和保護護內(nèi)耳的作用用。聲音經(jīng)由由耳膜和中耳耳小骨的阻抗抗匹配后從充充滿空氣的耳耳道傳輸?shù)匠涑錆M液體的內(nèi)內(nèi)耳(耳蝸)。由于液體體的聲阻抗遠遠大于空氣，要要是沒有中耳耳的機械阻抗抗匹配，那么么大部分聲功功率將沿原路路返回而傳遞遞不到內(nèi)耳。低低頻高強度的的聲音易對耳耳蝸造成損害害，中耳通過過鐙骨反射一定定程度上削減減了低頻聲音音向內(nèi)耳的傳傳輸。中耳的的這種反射機機制由低頻高高強度的聲音音觸發(fā)，一方方面起著保護護內(nèi)耳的作用用，另一方面面降低了高強強度低頻聲音音的“掩蔽向上擴擴展”程度。中耳耳的傳輸特性性常用中耳傳傳遞函數(shù)(鐙鐙骨附近液體體的聲壓與耳耳膜

46、處空氣的的聲壓之比)來描述，中中耳傳遞函數(shù)數(shù)相當(dāng)于高通通濾波器，它它在很大程度度上決定了人人耳的低頻聽閉。1錘骨2.砧骨3.橙骨4.耳膜5.圓窗6.耳咽管圖3-2中耳的的剖面簡圖內(nèi)耳埋于骨中，由由半規(guī)管、前前庭、耳蝸所所組成。其中中半規(guī)管和前前庭是聽覺平平衡器官，半半規(guī)管有三個個，呈相互垂垂直關(guān)系，每每個半規(guī)管與與前庭相連處處各形成一個個膨大的壺腹。前前庭位于中部部，為一膨大大的腔，連接接半規(guī)管和前前庭階。耳蝸蝸是聽覺感受器，外形如如蝸牛殼，約約呈2.755轉(zhuǎn)(見圖33-3)。耳蝸蝸管被前庭膜膜和基膜分別別與前庭階和和鼓階隔開，形形成一個三腔腔的管道，耳耳蝸管內(nèi)部充充滿內(nèi)淋巴液液，前庭階和鼓階

47、管腔內(nèi)部部充滿外淋巴巴液，內(nèi)、外外淋巴液互不不相通，內(nèi)、外外淋巴液有營營養(yǎng)內(nèi)耳和傳遞聲波的的作用。前庭庭階和鼓階在在蝸頂處經(jīng)蝸蝸孔連通，鼓鼓階底部與中中耳之間有一圓窗，被薄薄膜封閉，前前庭階與中耳耳之間的橢圓圓窗由鐙骨面板封閉閉。圖3-3耳蝸剖剖面圖 耳蝸的主主要功能是:實現(xiàn)機械振振動和生物電電激勵的轉(zhuǎn)換換以及進行聽聽覺編碼。具具體是由基膜膜和基膜上的的柯蒂氏器官官來實現(xiàn)的。耳耳蝸的展開示示意圖如圖33-4所示。人人類耳蝸的基基膜展開長約約35nnIIl，基膜的的剛度是不均均勻的，越靠靠近橢圓窗剛剛度越大。基基膜隨入射的的聲波而振動動，基膜的運運動是以行波波的形式出現(xiàn)現(xiàn)的，而且不不同頻率的聲聲

48、音能夠激起起基膜不同部部位的振動，基基膜靠近橢圓圓窗的位置對對感應(yīng)高頻最最為敏銳，愈愈向耳蝸頂端端則對低頻愈愈敏感)。而而且聲音的強強度越大，能能夠激起的振振動幅度也越越大。基膜從功功能上看相當(dāng)當(dāng)于一個頻譜譜分析儀，它它能夠把傳入入人耳的聲信信號在頻域上上按頻帶進行行分解。圖3-4耳蝸展展開示意圖耳蝸管內(nèi)基膜上上的柯蒂氏器器官上分布有有內(nèi)毛細細胞胞、外毛細細細胞及聽覺神神經(jīng)等聽覺感感受細胞，其其中毛細胞是是將聲刺激在在底膜所引起起的行波由機機械能轉(zhuǎn)換為為神經(jīng)能的換換能器。人耳耳的內(nèi)毛細胞胞約有35000個，沿基基膜縱向排列列成一單列，每每一內(nèi)毛細細細胞相連約110個聽覺神神經(jīng)纖維，這這些神經(jīng)纖

49、維維有不同的閩閩值。當(dāng)基膜膜向上運動時時，內(nèi)毛細胞胞觸發(fā)與之相相連的神經(jīng)元元，將聲信號號轉(zhuǎn)換成神經(jīng)經(jīng)元的脈沖信信號。任一內(nèi)內(nèi)毛細胞的觸觸發(fā)是受基膜膜運動調(diào)制的的偽隨機信號號。當(dāng)傳入聲聲波是低頻時時，內(nèi)毛細胞胞的觸發(fā)可以以鎖定聲信號號的相位，因因此，聲信號號的相位信息息可被聽覺神神經(jīng)記錄和傳傳送。當(dāng)傳入入聲波的頻率率大于約3kkHz時，內(nèi)內(nèi)毛細胞不能能鎖定聲信號號的相位，只只有聲信號幅幅度包絡(luò)的信信息被聽覺神神經(jīng)記錄和傳傳送。聽覺神神經(jīng)元的平均均觸發(fā)率和兩兩個神經(jīng)脈沖沖之間的相對對觸發(fā)定時描描述了內(nèi)毛細細胞和聽覺神神經(jīng)之間的信信息轉(zhuǎn)化情況況，平均觸發(fā)發(fā)率反映了聲聲信號的強度度，兩個神經(jīng)經(jīng)脈沖之間

50、的的相對觸發(fā)定定時攜帶著聲聲信號更精細細的信息，如如音節(jié)信息等等。對于每一一個內(nèi)毛細胞胞，有3-4個外毛細細胞與之相對對應(yīng)，所示，因因此人耳有約約120000個沿基膜長長度方向分布布的外毛細胞胞。外毛細胞胞主要是起動動態(tài)范圍控制制器的作用，當(dāng)當(dāng)聲信號的聲聲壓級大于665分貝時，壓壓縮聲激勵信信號使之與內(nèi)內(nèi)毛細胞動態(tài)態(tài)范圍(約665分貝)相相匹配，從而而達到進行強強度動態(tài)范圍圍控制的目的的，使人耳可可接受寬達約約120分貝貝動態(tài)范圍的的聲音。內(nèi)毛毛細胞激勵傳傳入神經(jīng)，傳傳出神經(jīng)則支支配外毛細胞胞。聽覺傳出出神經(jīng)的活動動通過外毛細細胞影響基膜膜的機械響應(yīng)應(yīng)特性，外毛毛細胞的這種種主動反饋也也對耳蝸

51、的敏敏感性和頻率率選擇特性、基基膜振動響應(yīng)應(yīng)的非線性以以及耳聲發(fā)射射等起著關(guān)鍵鍵性的作用。人人耳對聲音信信號的處理過過程大致經(jīng)歷歷了這樣一個個過程:聲音音信號經(jīng)外耳耳、耳道傳達達后引起耳膜膜的振動，該該振動經(jīng)與之之連結(jié)的中耳耳聽小骨傳導(dǎo)導(dǎo)至耳蝸，在在鐙骨與橢圓窗窗的連結(jié)處擾擾動耳蝸中的的淋巴液，由由此擾動促使使基膜產(chǎn)生振振蕩，激發(fā)與與毛細細胞相相連的神經(jīng)末末梢產(chǎn)生脈沖沖，并且透過過聽覺神經(jīng)傳傳達到大腦產(chǎn)產(chǎn)生聽覺。3.3.2 聽聽覺認知的基基本特性聲品質(zhì)研究是建建立在人的聽聽覺認知的基基礎(chǔ)之上的。研研究人的聽覺覺系統(tǒng)處理聲聲音信號的過過程和特征，并并對其做出定定量的描述，這這也是心理聲聲學(xué)的研究

52、內(nèi)內(nèi)容。心理聲聲學(xué)探討了人人耳的聽覺特特征如掩蔽效效應(yīng)、特征頻頻帶、雙耳效效應(yīng)和非線性性等特點， 圖3-5柯蒂氏氏器示意圖并提出了響度、尖尖銳度、粗糙糙度等客觀評評價量描述人人的聽覺特性性。1.聽閾、痛閾閾人耳的聽覺是極極其靈敏的，但但對不同頻率率聲音信號的的反應(yīng)是有差差別的。人耳耳通常能聽到到的頻率范圍圍為20Hzz-2OkHzz，這個范圍圍以外的聲激激勵，無論強強度多大，都都無法分辨。對對于特定頻率率的純音信號號將其強度從從零漸次增大大，直到聽者者剛剛聽到，然然后漸次降低低，直至剛剛剛聽不到。這這樣反復(fù)多次次后取剛剛聽聽到和剛剛聽聽不到的兩個個聲強的平均均值作為該頻頻率純音的聽聽閡。1O0

53、0Hzz純音的聽閉閉的聲強為，即即聲強級為00分貝，這個個值己作為“國際標準閉閉強度”。對不同頻頻率的純音作作同樣的實驗驗即得到圖33-6所示的絕絕對聽閉曲線線。從這條聽閉曲線可以得得到:1.在8OOHHz-150OHHz的頻率范范圍內(nèi)，聽閉閉沒有顯著變變化;2.低于8OOOHz的聽覺覺靈敏度隨頻頻率的降低而而降低;3.最靈敏的頻頻率大致在33O00Hzz-4000HHz;4.頻率到60000Hz以以上，靈敏度度又下降。將特定頻率的純純音信號的強強度從零漸次次增大，直至至剛開始感覺覺到疼痛，這這時的聲強值值稱痛閾。從圖3-6上的痛閾曲線可知，痛痛閾隨頻率的變變化不大。聽聽閾和痛閾之間的范圍圍稱

54、聽覺區(qū)域域，圖中標出出了語言和音音樂的聲強-頻率范圍。圖3-6人耳的的聽覺范圍2.掩蔽效應(yīng)由于人耳的聽覺覺特性和耳蝸蝸對聲音吸收收的特點，聲聲音信號在人人耳中會被進進行非線性加加工。如果有有兩種以上的的聲音同時存存在，它們就就會互相干擾擾，使我們分分辨不清。一一個聲音的聽聽閾受另一個聲聲音的影響而而提高的現(xiàn)象象稱為“掩蔽現(xiàn)象”。例如在吵吵鬧的工廠中中，人們彼此此聽不見對方方的談話，這這是語言聲被被噪聲掩蔽的的緣故。該聲聲音聽閾提高的分貝貝數(shù)稱為掩蔽蔽量。為定量量的研究掩蔽蔽效應(yīng)，需要要測定掩蔽閾閾。掩蔽閾是指掩蔽聲聲環(huán)境下被掩掩蔽聲即測試試音(通常是是正弦純音)的聽閉，除除極個別的情情況外，掩

55、蔽蔽閾總是大于絕絕對聽閩;如如果掩蔽聲和和被掩蔽聲的的頻率分得很很開的話，掩掩蔽閾等于絕對聽聽閉。掩蔽分為頻域掩掩蔽和時域掩掩蔽。所謂頻頻域掩蔽是指指強信號附近近頻率的弱信信號(或噪聲聲)被強信號號掩蔽而聽不不到的現(xiàn)象。頻頻率掩蔽又稱稱為同時掩蔽蔽，其中強音音稱為掩蔽音音，被掩蔽而而聽不到的聲聲音信號或噪噪聲稱為被掩掩蔽音。根據(jù)據(jù)掩蔽聲和被被掩蔽聲的不不同，可以將將掩蔽效應(yīng)大大致分為寬帶帶噪聲對純音音的掩蔽和窄窄帶噪聲對純純音的掩蔽。白噪聲被定義為為頻譜連續(xù)且且均勻的噪聲聲，是典型的的寬帶噪聲，白白噪聲對純音音的掩蔽如圖圖3-7所示。圖圖中最下面的的曲線代表絕絕對聽閉，其其他曲線表示示白噪聲不

56、同同譜密度級時時的掩蔽閾。如測試音音在2kHz時，如如果其聲壓級級小于等于660dB將會會被譜密度級級大于等于44OdB的白白噪聲所掩蔽蔽。從圖中可可以看出，隨隨著白噪聲譜譜級LWN即掩蔽級級的增大，白白噪聲的掩蔽蔽閾線性地向測測試音高聲壓壓級方向平移移。在頻在5OOHZ的的范圍內(nèi)，掩掩蔽閾是水平的;高于5OOHz的的，掩蔽閾線以10dBB/1O倍程程的斜率增大大。在靠近可可聽頻率域的的兩端，掩蔽蔽閉等于絕對對聽閉。由圖圖可知，白噪噪聲譜密度級級LWN為負值時時，即聽覺域域之外的噪聲聲也可產(chǎn)生掩掩蔽效應(yīng);白白噪聲的譜密密度級與頻率率無關(guān)，但是是白噪聲的掩掩蔽閾卻與頻率相相關(guān)。圖3-7不同譜譜密

57、度級時白白噪聲的掩蔽蔽閾圖3-8所示帶帶寬為1600Hz中心頻頻率為1Hkz的窄窄帶噪聲在不不同聲壓級LLCB時的掩蔽閾。與圖3-7一樣，圖圖中最下方的的曲線代表絕絕對聽閾。絕對聽閾和掩蔽閾線將平面分分成三個區(qū)域域:絕對聽閉閉曲線以下為為不可聽域、絕絕對聽閉和掩掩蔽閾線間的區(qū)域為掩蔽域(部分可聽域域)以及掩蔽蔽閾線以上部分分為完全可聽聽域。如測試試音(被掩蔽蔽聲)頻率為為2kHz聲壓壓級小于等于于40dB時，將將被噪聲級LLCB8OdB的掩掩蔽聲掩蔽掉。從從圖中可看出出，在低噪聲聲級LCB40dB時，窄窄帶的掩蔽閾閾關(guān)于中心頻頻是對稱的;當(dāng)噪聲級增增大到LCBB高于40ddB時，隨著著噪聲級L

58、CCB的增大，在在窄帶聲中心心頻率左側(cè)的的掩蔽閾向上平移，在在窄帶噪聲中中心頻率右側(cè)側(cè)掩蔽閾的斜率則得得越來越平坦坦。圖3-8 窄帶帶噪聲的掩蔽蔽閾從圖3-7和圖圖3-8可以看出出頻域掩蔽主主要有以下規(guī)規(guī)律:1.被掩蔽聲的的頻率越接近近掩蔽聲，掩掩蔽量越大，頻頻率相近的純純音掩蔽效果果顯著，最大大掩蔽出現(xiàn)在在掩蔽頻率附附近;2.掩蔽聲的聲聲壓級越高，掩掩蔽量越大，且且掩蔽的頻率率范圍越寬;3.低頻聲容易易掩蔽高頻聲聲，而高頻聲聲較難掩蔽低低頻聲。所謂時域掩蔽是是指掩蔽效應(yīng)應(yīng)發(fā)生在掩蔽蔽聲與被掩蔽蔽聲不同時出出現(xiàn)的時候，又又稱異時掩蔽蔽。異時掩蔽蔽又可分為導(dǎo)導(dǎo)前掩蔽和滯滯后掩蔽。時時域掩蔽的測測

59、試聲(被掩掩蔽聲)必須須是短時聲脈脈沖。若掩蔽蔽聲音出現(xiàn)之之前的一段時時間內(nèi)發(fā)生掩掩蔽效應(yīng)，則則被稱為導(dǎo)前前掩蔽，若掩掩蔽聲音出現(xiàn)現(xiàn)之后的一段段時間內(nèi)發(fā)生生掩蔽效應(yīng)被被稱為滯后掩掩蔽。產(chǎn)生時時域掩蔽的主主要原因是人人耳接收聲音音信息和大腦腦處理這些信信息需要花費費一定的時間間，異時掩蔽蔽也隨著時間間的推移很快快會衰減，是是一種較弱的的掩蔽效應(yīng)。聲聲音的時域掩掩蔽如下圖33-9所示，從從圖中可以看看出，一般情情況下，導(dǎo)前前掩蔽只有3ms到2Omms時間，而滯滯后掩蔽卻可可以持續(xù)100Oms以上上，因此導(dǎo)前前掩蔽經(jīng)常忽忽略不計。圖3-9聲音的的導(dǎo)前掩蔽、同同時掩蔽和滯滯后掩蔽掩蔽效應(yīng)的時域域特性可

60、用如如圖3-10和圖33-11所示，它它反映了人耳耳的延遲效應(yīng)應(yīng)。圖3-10中虛線線表示時間常常數(shù)為1m0s的指指數(shù)衰減，實實線為后掩蔽蔽曲線。從圖圖可知，人類聽覺覺系統(tǒng)的延遲遲效應(yīng)既是非非線性的，又又不是指數(shù)過過程，并且不不管初始聲級級如何，2OOms后掩蔽效應(yīng)應(yīng)就消失了。圖圖3-11表明掩掩蔽聲持續(xù)時時間較長的(200ms，實實線)比持續(xù)續(xù)時間較短的的(5ms，虛線線)掩蔽閾隨延遲時間間下降的緩慢慢，這一現(xiàn)象象再次表明人人類聽覺系統(tǒng)統(tǒng)的延遲效應(yīng)應(yīng)是非線性的的。再者，從從這兩圖中可可以明顯地看看出，掩蔽聲聲在時間上越越接近被掩蔽蔽聲，掩蔽量量越大，即掩掩蔽效應(yīng)越強強。圖3-10 不不同聲級掩