冀軍鶴，石緯緯，徐飛飛，易豐收

(南京奧特佳新能源科技有限公司 中央研究院，江蘇 南京 210000)

1 引言

渦旋式壓縮機由于體積小、噪聲振動小等特點，在汽車行業(yè)得到了廣泛應用。隨著居民生活水平的提高，私家車越來越普及，同時空調(diào)壓縮機的搭載量得到日益提升。壓縮機作為車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)裝置的核心零部件，工作時產(chǎn)生的噪聲振動不可忽視，嚴重時可引起車主投訴并造成索賠等一系列影響。

渦旋式壓縮機設有閥片，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中心腔壓力逐漸升高，當中心腔壓力高于背壓時，壓縮機開始排氣；當中心腔的體積達到最小時排氣結(jié)束，閥片進而周期性的開啟與關閉并產(chǎn)生“嗒嗒音”[1]。

針對某批市場返回機出現(xiàn)的“嗒嗒音”伴隨金屬敲擊感、主觀評價不可接受事宜，通過優(yōu)化加工工藝，將閥片底部兩處平面銑平的方式控制了敲擊感。最終，將噪聲原始信號聲壓級、復雜寬帶噪聲選取茲維克爾響度(以下簡稱響度)及粗糙度與主觀評價進行關聯(lián)性分析[2]，由壓縮機輻射噪聲的頻譜特征可知，聲壓級與響度關聯(lián)性較好，但兩者均不能作為評價閥片敲擊音的聲品質(zhì)指標；粗糙度是聲音受到幅值調(diào)制時的聲品質(zhì)評價參數(shù)，其值越大表明調(diào)制程度越深，這里可作為“嗒嗒音”受到敲擊音調(diào)制的聲品質(zhì)評價指標[3]。

2 敲擊音問題識別

2.1 噪聲信號采集

隨機抽取一臺返回機進行臺架噪聲試驗，以便確認問題是否復現(xiàn)。測試工況模擬實車：壓縮機轉(zhuǎn)速1000 r/min，吸排氣壓力分別為絕壓0.28 MPa、1.6 MPa，吸氣溫度8.7 ℃，傳聲器布置在壓縮機后方1 m位置。

2.2 主觀評價及頻譜分析

待工況穩(wěn)定后，壓縮機運行噪聲除正常的排氣“嗒嗒音”外、同時存在敲擊音。其他參數(shù)不變的情況下，調(diào)整吸氣溫度，發(fā)現(xiàn)敲擊音隨吸氣溫度增大顯得更難以接受。同樣的測試工況下，完成了正常抽檢機的噪聲信號采集與頻譜分析，如圖1所示為返回機與抽檢機的colormap對比，結(jié)果表明返回機頻譜存在典型的寬帶特征、且粗糙特征明顯。

圖1 返回機與抽檢機噪聲colormap對比

3 解決措施介紹及改善效果驗證

3.1 機理分析

通過上述頻譜分析及主觀評價可知，本文研究的敲擊音伴隨排氣“嗒嗒音”周期性出現(xiàn)、且具有沖擊性質(zhì)，推測為排氣側(cè)零部件之間的配合撞擊引起。

圖2為排氣側(cè)結(jié)構實物照片，排氣閥片根部靠螺栓及特殊膠水進行固定，頭部靠自重對排氣孔進行密封；限位器起到限制閥片行程的作用。當壓縮機工作時，閥片受排氣孔排出氣體的沖擊力作用上下往復運動，在特定條件下會產(chǎn)生敲擊支撐面或限位器的可能[4]。排除了敲擊限位器的可能性后，對支撐面處進行分析驗證。

圖2 排氣側(cè)實物照片

最終通過先目測后三坐標測量的方法，鎖定了固定面與支撐面存在高度差是閥片產(chǎn)生敲擊支撐面的根源。如圖3所示，以毛坯面為參考平面，由于特殊的加工方式使得頭部支撐面始終高于根部固定面，導致在特定的質(zhì)量流量及流速條件下，產(chǎn)生閥片敲擊支撐面的可能。對比測量抽檢機與返回機此處的高度差，兩者分別為0.03 mm與0.15 mm。

圖3 高度差說明照片

3.2 措施介紹及改善效果評估

通過改變加工方式，將支撐面與固定面(由兩個加工工序完成)優(yōu)化為一刀銑的方式控制了敲擊音的產(chǎn)生。對返回機按照此種方式加工后進行上述試驗，主觀評價表明“嗒嗒音”的敲擊感已察覺不到，處理前后噪音colormap對比如圖4所示，整個頻帶能量改善明顯。

圖4 返回機處理前后噪聲colormap對比

4 敲擊音聲品質(zhì)指標研究

聲品質(zhì)指標研究是通過客觀參數(shù)規(guī)范聲音的主觀可接受程度，根據(jù)聲音頻譜及主觀感受，選取合適的客觀參數(shù)與主觀評價進行對比分析，最終找到一種合適的客觀參數(shù)用于聲品質(zhì)指標[5]。

4.1 客觀參數(shù)選取及關聯(lián)性分析

提取噪聲原始信號的聲壓級、響度與粗糙度作為分析對象，將其測試結(jié)果與主觀評價進行對比分析。為了節(jié)約篇幅，這里僅列出了四組樣本的測試數(shù)據(jù)分析結(jié)果，分別是返回機、正常抽檢機、抽檢機(加抽)與返回機高度差銑平。

由圖5所示的聲壓級頻譜可知，噪聲能量主要集中在1～1.5 kHz左右，由等響曲線可知，人耳對于高頻噪聲1～5 kHz左右比較敏感[6]，故聲壓級與響度關聯(lián)性應較好。

圖5 聲壓級頻譜圖

結(jié)合圖6聲壓級時域信號與圖7響度時域信號的測試結(jié)果可知，聲壓級最大的狀態(tài)為抽檢機(加抽)，其響度亦最大，反之亦然，這表明聲壓級與響度的關聯(lián)性與理論相符。

圖6 聲壓級時域信號

圖7 響度時域信號

如圖8所示為幾組樣本的粗糙度時域信號。由此可知，粗糙度最大的樣本為返回機，這表明它與響度及聲壓級關聯(lián)性較差。

圖8 粗糙度時域信號

4.2 主客觀相關性分析及聲品質(zhì)指標建立

表1匯總了上述客觀參數(shù)的測試結(jié)果、高度差信息及主觀感受結(jié)果，以便更直觀分析客觀參數(shù)與主觀評價的關聯(lián)性，進而選擇合適的參數(shù)作為聲品質(zhì)指標。這里將主觀評價結(jié)果劃分為5個刻度，分別為好、良好、一般、可接受、差，依次表示聲音可接受度降低。

由表1可知，聲壓級與響度雖關聯(lián)性較好，但無法客觀評價敲擊音的主觀感受；相反，粗糙度大小與主觀感受呈正相關性，表現(xiàn)為主觀感受越差、粗糙度愈大，且高度差愈大；反之亦然，這表明粗糙度可作為敲擊音的聲品質(zhì)指標。抽檢機(加抽)的粗糙度為0.7Asper，噪聲主觀感受為可接受狀態(tài)。故內(nèi)部制訂以此水平作為敲擊音可接受的臨界狀態(tài)，當粗糙度大于0.7Asper時不可接受。

表1 噪聲客觀參數(shù)與主觀評價一覽表

5 結(jié)語

(1)本文對市場返回機出現(xiàn)的異常敲擊音進行研究，通過頻譜分析及三坐標測量的方法，識別出閥片根部固定面與頭部支撐面的高度差是產(chǎn)生敲擊音的根本原因，優(yōu)化兩處加工面的加工工藝、將其高度差消除后敲擊音消失，主觀評價噪聲表現(xiàn)較好。

(2)對敲擊音的聲品質(zhì)指標進行研究，旨在建立此類聲音的評價標準，用于規(guī)范同類聲音的可接受度。通過客觀參數(shù)與主觀評價相結(jié)合的分析方法可知，噪聲粗糙度大小與主觀感受關聯(lián)性較強，表現(xiàn)為噪聲粗糙度越大，高度差越大，主觀感受越差，因此可將粗糙度作為敲擊音的聲品質(zhì)指標，內(nèi)部制訂當粗糙度不大于0.7Asper時可接受。

(3)由壓縮機的噪聲頻譜分析可知，響度與聲壓級關聯(lián)性較強，但兩者無法同主觀感受建立對應關系。

(4)由于測量誤差及試驗資源等原因，本文僅對高度差與粗糙度進行了定性分析，而未對兩者的定量關系開展研究。后續(xù)如有條件，可建立兩者的回歸模型，便于預測不同高度差范圍噪聲的主觀感受水平。