GMW 14155 标准测试流程解读

GMW 14155标准的意义

近年来，汽车NVH性能已成为用户选购车辆的重要参考因素之一。而整车NVH性能的好坏，与汽车子系统和零配件的设计密切相关，因此很多整车厂商对汽车子系统和零配件有明确的NVH测试规范和要求，例如，美国通用汽车制定了GMW 14155（ General Motors Worldwide 14155）测试标准。

其高依照GMW 14155标准，制定了一套对应的测试流程。本测试流程得到通用认可，并已应用于通用的多个汽车零配件供应商中，例如麦格纳、李尔等知名厂商。

测试现场图（李尔座椅和麦格纳后视镜）

GMW 14155标准测试流程介绍

最新的GMW 14155标准是2016年11月发布的4.0版本，下面就详细介绍一下其高测试软件基于该版本的测试流程。

1.测试环境要求

本测试应该在消声室或半消声室中进行。

除非有其他标准特别说明，否则用于测量的消声室/半消声室应该满足背景噪声在0~5 bark范围内小于0.2 sones/bark，在5bark以上的频段小于0.1 sones/bark。其总计Zwicker响度应该小于1.2 soneGF。

背景噪声除了房间本身的环境噪声外，还应该包括支持设备运转时所发出的噪声。

2.测试仪器要求

a、自由场麦克风（Free field measurement microphone）：要求使用12.7mm (1/2英寸)的自由场麦克风，设备应包含连接线、麦克风支架及激励电源（若需）。

b、声级计校准器（Sound Level Calibrator）

c、声音采集记录系统(Digital Sound Recording System)：声音采集记录系统应该使用48kHz或更高的采样率。

d、自由场声场（Free field）

e、其他可选测量设备（Other Equipment）：在某些特定测量中，可能还会用到车门速度计、数字电压表、直流电源、小型的加速度计（重量小于6克）。

3.测试时间及测试人员要求‍

a、测试时间（Test Time）：一般进行一次测试耗时为8~16小时，其中不包括4~8小时的协调、准备实验时间。

b、测试人员要求（Personnel/Skills）：本测试可以由一名测试人员或工程师独立完成，但该人员应接受过噪声分析的培训，并理解Zwicker响度和相关声品质参数的计算方法，例如：百分比频率法，相对音调估计法等。

4.实验开始前准备

a、设备安装正确且消声室环境符合要求

b、仪器校准：检查仪器校准在有效期内，并对麦克风灵敏度进行现场校准（参考 GMW 14172标准）。

c、采集数据：让子系统在全行程范围内运行并采集运行时的噪声。采集过程应该包括动作之前2秒及动作之后2秒或更长的静止状态信号，以保证在系统运行过程中不受外来噪声干扰。对于电驱动的系统，在系统运行停之后，应保持开关按下状态至少2秒以避免开关的切换噪声对测量造成干扰。

对所有待测子系统的所有运行模式重复以上步骤。

5.数据分析

5.1 时变响度相关参数‍

按照 GMW 14155 标准中定义，子系统动作过程响度变化的时间历程可以划分为三部分：起始脉冲、稳态过程和终止脉冲，其典型的曲线及划分如下图所示：

图片来源于GMW 14155标准

GMW 14155标准计算的参数：

稳态平均响度(Average Steady-State Loudness)：稳态过程响度的算数平均值。

稳态响度斜率(Steady-State Loudness Slope)：它反映的是稳态过程的声音大小是否平稳，是否有增大或是减小的趋势；理想情况下，斜率应非常接近 0。

稳态响度截距(Steady-State Loudness Intercept)：稳态过程的衡量指标，理想情况下接近稳态平均响度。

最大脉冲响度(Maximum Impulsive Loudness)：起始和终止脉冲是由于机械结构，尤其是电动机，在做起停动作时所发出的高频噪声造成的；对于这两部分，感兴趣的是响度所能达到的最大值。‍

计算过程

如下图所示，截取稳态响度波形（红色曲线），以一阶曲线对其进行拟合（最小二乘法）显示（白色曲线），得到稳态响度斜率和稳态响度截距。

其高软件界面

5.2 稳态部分特征响度相关参数‍

图片来源于GMW 14155标准

GMW 14155标准计算的参数：

Bark域响度谱：稳态噪声的响度频域特征

特征响度（Specific Loudness）

特征响度级(Specific Loudness Level)

相对音调总超出值（Specific loudness Summed Exceedance）‍

计算过程

特征响度：Bark域响度谱曲线直接积分得到特征响度；

特征响度级：响度级和响度的关系如下:

其中：S—响度，单位“宋”; P—响度级，单位“方”

相对音调总超出值：

导入标准曲线（黄色曲线），对于超过标准曲线的值（红色部分），减去标准曲线，逐点计算，把这些值相加得到相对音调总超出值。

其高界面

5.3 稳态相对音调分析评估‍

GMW 14155标准计算的参数：

用于计算的最高频率（Maximum Frequency Used in the Calculations）

相对音调斜率（Relative Pitch Slope）

相对音调截距（Relative Pitch Intercept)

总计超过数（Allowable Pith Variation Summed Exceedance）‍

图片来源于GMW 14155标准

色谱图显示的是稳态过程中，功率密度谱随时间变化的情况。GMW 14155标准要求使用汉宁窗，4096点或8192点块大小，50%~70%的重叠率进行计算。

计算过程

A、在色谱图上定位音调频率范围。

选择频段的要求：在色谱图中选择比较完整，靠近高频段的音调线，因为越靠近高频段，其相对频率分辨率越好。

B、根据上一步色谱图分析中所确定的音调范围，对于每一时间点的每一帧功率密度谱，搜索范围内的最大值，获得其所对应的频率值。

C、对每一个时间点重复步骤B，从而得到最大值对应频率随时间变化的曲线。亦即将色谱图中的高亮谱线展现在Frequency vs. Time的图上。

D、对于图线中的每一个点，计算相对音调曲线（以 scale-step 为单位），使用的公式为：

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

其中data value为每个数据点的频率值max value为所有数据点的最大频率值，即用于计算的最高频率。

E、对相对音调曲线进行线性拟合，得到相对音调斜率和相对音调截距。

F、 根据设置的容差值（缺省为 0.3 scale-steps）将拟合所得一阶曲线向正、负方偏置，得到合格区间。凡是落在合格区间外的相对音调曲线点均为超标，统计超标的总计超过数。

图片来源于GMW 14155标准

5.4 稳态颤音评估

GMW14155标准计算的指标：

颤音频率（the Frequency of the Fluctuation）

最大百分比差异（Largest Percentage Difference）

最大响度（Maximum Loudness(from Largest %Difference)）

最小响度（Minimum Loudness(from Largest %Difference)）‍

计算过程

音调评估反映的是稳态过程中，声音频率的波动；颤音评估反映的则是声音幅度的波动。其反映为响度随时间变化的曲线上，频率为1~10Hz的波动。需要注意，这种波动有可能存在，也有可能不存在。

若观察到存在明显的波动，应该计算其波动频率（即颤音频率，波动时间周期的倒数），并计算每一个波动周期的相对幅度变化百分比（本周期内，（最大幅度-最小幅度） /最小幅度*100%），求取最大百分比差异及其所对应的最大响度和最小响度，下图所示的颤音频率为0.5Hz。

图片来源于GMW 14155标准

5.5 脉冲信号均方根响度、均方根锐度‍

图片来源于GMW 14155标准

GMW 14155标准计算的参数：

均方根响度(Root Mean Square Loudness)

均方根锐度(Root Mean Square Sharpness)‍

计算过程

根据子测试程序列出的阈值确定计算的开始和结束时间（例如：从响度大于5sones开始，小于15sones结束），根据响度VS.时间曲线计算，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 脉冲信号的频率分析‍

图片来源于GMW 14155标准

GMW 14155标准计算的参数：

70百分位总和超标值（70th Percentile Summed Exceedance value）‍

计算过程

对脉冲信号做特征响度分析，绘制出特征响度VS.time VS. Bark的瀑布图，计算70th频率曲线，和参考曲线对比，对于大于参考曲线部分，计算此值和参考曲线的差值，逐点计算，把所有差值相加，为了更好的解析数据，将此值放大10倍，得到70百分位总和超标值。

70th频率曲线（Percentile Frequency Curve）：小于此频率的响度之和对此时间点总响度的贡献量是70%。

GMW 14155标准应用案例

其高为某汽车零部件制造商提供以GMW 14155测试流程为标准的声品质测量，通过相对音调评估等指标，快速准确的定位出此产品是否符合规定的声品质参数相关指标。

失效件声品质分析和合格件声品质分析

本系统满足的相关标准：DIN 45631、ISO 532、GMW 14172‍。

其高声品质分析之GMW 14155标准软件的优点：

参数配置简单，没有特殊要求默认配置即可；

向导式操作，按照指示一步步顺序操作即可；

融合多种判定超标的方法：相对音调总超出值和70百分位总和超标值等；

一键式导出报告，分析完毕直接导出标准要求的报告，报告模板可以更改；

所有原始数据存储、备份、可回放，可根据实际情况选择感兴趣的数据段重新计算分析、导出报告。

其高部分软件操作界面

其高一键式报告