从洗发液瓶到汽车的座椅,几乎在所有的产品中都蕴含着精雕细琢的、给用户带来极高附加值的声学设计,使人们可以通过工作中的噪声对产品质量进行监控。
良好的声学效果标志着良好的产品质量。工作时,产品的噪声应能够提供有价值的声学信息,使您容易辨别其功能是否正常。日常生活中,最典型的实例是盖好洗发香水瓶盖时的“咔吧”声,它清楚告地诉用户瓶盖已经盖好,不会漏出洗发液了。而汽车关门声或强有力的发动机噪声都是正常发出的声响。
在几乎所有可以发出噪声的车辆零部件设计中,都涉及声学设计。在车辆内部,采用了声学设计的零部件(包括机械调节的汽车座椅)囊括了几乎所有电力调节的部件。汽车不同的驱动装置、安全限位、弹簧和电动机都会发出不同的噪声,构成汽车众多的、令人不舒服的噪声源。但这些噪声应更多地告诉驾驶员一些信息,如确认座椅调节到位了等。此外,车辆行驶过程中可能发出的振击声、响亮刺耳的声音或者共振噪声等应尽可能予以排除。
作为汽车座椅专业企业,江森自控公司在总部所在地Solingen市建造了一个声学和振动实验室。在该实验室中,他们将对汽车座椅的声学性能进行优化,并利用全球独一无二的声学检测方法对面向全球座椅产品的质量进行监测。
“通常情况下,噪声被视为杂乱无章的声波,因为产生和影响噪声的因素太多了,如空气声波、固体声波、频率和方向等。产品的噪声也是这样,它既不能被简简单单地测量,也无法被可靠地预测,但它可以通过源于实践的、有着经验数据的样本比来识别,类似于天气预报。”声学和振动实验室的领导人Stefan Lingnau先生说道。
图1 在江森自控公司的声学和震动实验室中,利用声学摄像机可以清楚、准确的拍摄到座椅噪声发声点的照片
进入人耳的技术
除了物理声学之外,声学技术方法和知识对噪声工程师来说也非常重要。因为他们必需知道,座椅发出的“嘎嘎声”、“咔咔声”或者“哒哒声”在技术上是什么意思。利用所谓的噪声样本,声学工程师们才可以对噪声的来源进行判断、分析、检测和再现,并从中采集到160多种不同的参数。
每一个试验台都有着不同的双重配置。也就是说,每一个试验台除了机械方面的测试之外,还具有声学测试的功能。声学工程师们可以用他训练有素的耳朵采集各种声音数据,而试验台的机械部分则采集着大量的技术测试数据。Stefan Lingnau先生说:“当机械设备和声学工程师的耳朵都可靠地得出了相同的结果时,我们才打开新的试验台。”
在界定噪声源的时候,噪声摄像机有着极大的帮助。这种噪声摄像机由许多环形配置的微型麦克风和中央的摄像机(见图1)组成。将声学摄像机对准被测座椅,通过噪声声波到达各个麦克风的时间差可以清楚地测定噪声源的位置。噪声摄像机的控制软件用不同的颜色表示出照片中不同的噪声源,其原理类似于红外线摄像机拍摄照片。这样,设计师们就能够根据很小的、人类耳朵很难听到的声音找出噪声的踪迹。
图2 江森自控公司总部所在地Solingen市建成的声学和振动实验室,并已扩建了声学质量保证实验室部门
声学指纹
为了能够可靠地检测座椅的噪声,Solingen市的工程师们开发了被称之为“声学指纹”的系统。该系统能够采集并存储电动调节座椅模型的各种噪声样本,包括所有调节可能性时发出的噪声。这些噪声样本被作为江森自控公司座椅生产过程中最有力的对照、参考资料,来识别可能出现的质量偏差。
江森自控公司在其世界各地的生产基地中共建造了219个类似的声学试验台,来对生产的每一个电动调节座椅进行检验,并与标准的声学指纹进行比较。“我们Solingen市的实验室可以调取全球各地的声学照片,当出现差异时,可以在中央实验室在线分析出现噪声差异的原因。大多数情况下,我们根据拍摄到的声学照片可以迅速地判断问题的原因,并及时地通知生产厂。”Stefan Lingnau先生说道。
结语
声学工程师们不用亲眼看到座椅就可以找到问题的原因。98%的声学噪声问题都可以迅速地给出解决方案,这大大地节约了后续支出的费用和成本。因为新车型座椅投诉中,有65%的投诉都涉及到座椅的噪声问题,所以座椅生产时,检测记录下来的录音资料将在音响资料库中会被保存3个月。当出现用户投诉时,可以用这些录音资料证明座椅生产时的质量是可靠的,产生噪声的原因可能还有其他方面,如装配不当等。噪声检测的方法、检测软件和检测硬件都是江森自控公司研发团队自主研发的,目前为止,仍是全球独一无二的技术。
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