一种可视化比较振动噪声colormap图的方法及装置

摘要

本发明公开了一种可视化比较振动噪声colormap图的方法，包括如下步骤：根据第一colormap图获得第一时-频声压级矩阵H

说明书

技术领域

本发明涉及振动噪声测试领域，特别涉及一种可视化比较振动噪声colormap 图的方法及装置。

背景技术

在汽车测试领域，特别是在NVH(噪声、振动与平顺度，Noise、Vibration、 Harshness)测试领域经常会用到colormap图(彩图)。colormap图的原理是通过 一个m*3的矩阵，将具体的颜色变成colormap图中的相应Index，即相应的 数值通过转算矩阵，将指定的数值向量(矩阵)，映射成相应的颜色，形成 colormap图。

colormap图应用在NVH测试中，是进行NVH数据分析的重要途径之一。 将噪声、振动数值与发动机转速、频率同时在一张colormap图显示，可以清晰 全面的反映当前的振动或噪声状态，进而进行优化设计或者故障诊断。在 colormap图中，一般将X轴向变量设定为频率(HZ)，将Y轴向变量设置为发 动机转速(RPM)，而在X-Y区域内则相对应的为噪声或者振动的测试数值， 其大小可以通过颜色的深浅来表示，颜色越深，表示在这个转速和频率下，噪 声或者振动的测试数值越大。通过colormap图可以让工程师直观的看出，在升 速或者降速过程中，在哪些频率下的振动和噪声比较大。如图1示出了一辆汽 车在怠速和全加速下的colormap图示意图。

在现有技术中，每张colormap图中的信息比较直观，但是不便于两张或者 多张colormap图的对比。例如，如果要对比图2a和图2b两张图之间的差异， 目前只能靠工程师的肉眼进行人工对比，以便找出差异较大的部分，如图2a中 示出的椭圆圈的部分区域，即是人工区分出两张图中差异较大的部分。

故在现有的这种对比方法中，存在如下的不足之处：

首先，只能靠人工肉眼时行观察，并进行主观判断进行对比；而且在这种 对比中，需要将两张colormap图的量程调整到一致，比如上图2a和图2b的量 程都调整到80dB；

另外，通过人工进行判断，只能大概地指出差异较大的部分，但无法量化 这种差异。如果存在几个存在差异的区域，也很难分辨出哪个区域中的差异性 更大，或者对整体的影响更大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可视化比较振动噪声colormap 图的方法及装置，可以量化两张colormap图的差异，并在一张colormap图中进 行显示。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种可视化比较振动噪声colormap 图的方法，包括如下步骤：

步骤一，根据第一colormap图获得随转速和频率变化的第一时-频声压级矩 阵H₁，根据第二colormap图获得随转速和频率变化的第二时-频声压级矩阵H₂， 单位为声压级；

步骤二，将所述第一时-频声压级矩阵H₁和时-频声压级矩阵H₂以下述公式 (1)和(2)进行计算，分别获得第一时-频声压矩阵H₃和第二时-频声压矩阵H₄， 单位为Pa；

$H_3={10}^{H_1/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(1\right)$

$H_4={10}^{H_2/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(2\right)$

其中，p_ref为听阈声压；

步骤三，根据公式(3)和(4)将所述第一时-频声压矩阵H₃和第二时-频声 压矩阵H₄分别进行平方计算，分别获得第一时-频能量矩阵H₅和第二时-频能量 矩阵H₆；

H₅＝H₃.^2…………………………………………(3)

H₆＝H₄.^2…………………………………………(4)

步骤四，对所述第一时-频能量矩阵H₅和第二时-频能量矩阵H₆以公式(5) 进行相减处理，并将所有负值置为0，获得能量差异矩阵H₇；

H₇＝H₅-H₆…………………………………………(5)

步骤五，根据公式(6)，将所述能量差异矩阵H₇转换为声压级差异矩阵H₈；

$H_8=20{\log }_{10}(\sqrt{H_7}/p_{\mathrm{ref}})...\left(6\right)$

步骤六，根据所述声压级差异矩阵H₈，生成一张差异colormap图。

其中，所述步骤一具体为：

利用短时傅里叶变换计算，根据第一colormap图获得随转速和频率变化的 第一时-频声压级矩阵H₁，根据第二colormap图获得随转速和频率变化的第二时 -频声压级矩阵H₂。

其中，进一步包括：

利用冒泡法对所述第一colormap图和第二colormap图进行处理，以保证第 一colormap图和第二colormap图在各时间点转速保持一致。

其中，所述第一colormap图为改善前的colormap图，所述第二colormap 图为改善后的colormap图；

或者，所述第二colormap图为改善前的colormap图，所述第一colormap 图为改善后的colormap图。

相应地，本发明实施例还提供一种可视化比较振动噪声colormap图的装置， 包括：

时-频声压级矩阵获取单元，用于根据第一colormap图获得随转速和频率变 化的第一时-频声压级矩阵H₁，根据第二colormap图获得随转速和频率变化的第 二时-频声压级矩阵H₂，单位为声压级；

时-频声压矩阵获取单元，用于将所述第一时-频声压级矩阵H₁和时-频声压 级矩阵H₂以下述公式(1)和(2)进行计算，分别获得第一时-频声压矩阵H₃和 第二时-频声压矩阵H₄，单位为Pa；

$H_3={10}^{H_1/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(1\right)$

$H_4={10}^{H_2/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(2\right)$

其中，p_ref为听阈声压；

时-频能量矩阵获取单元，用于根据公式(3)和(4)将所述第一时-频声压 矩阵H₃和第二时-频声压矩阵H₄分别进行平方计算，分别获得第一时-频能量矩 阵H₅和第二时-频能量矩阵H₆；

H₅＝H₃.^2…………………………………………(3)

H₆＝H₄.^2…………………………………………(4)

差异矩阵获取单元，用于对所述第一时-频能量矩阵H₅和第二时-频能量矩阵 H₆以公式(5)进行相减处理，并将所有负值置为0，获得能量差异矩阵H₇；

H₇＝H₅-H₆…………………………………………(5)

声压级差异矩阵获取单元，用于根据公式(6)，将所述能量差异矩阵H₇转 换为声压级差异矩阵H₈；

$H_8=20{\log }_{10}(\sqrt{H_7}/p_{\mathrm{ref}})...\left(6\right)$

差异colormap图生成单元，用于根据所述声压级差异矩阵H₈，获得一张差 异colormap图。

其中，所述时-频声压级矩阵获取单元具体利用短时傅里叶变换计算，根据 第一colormap图获得随转速和频率变化的第一时-频声压级矩阵H₁，根据第二 colormap图获得随转速和频率变化的第二时-频声压级矩阵H₂。

其中，进一步包括：

对齐单元，用于利用冒泡法对所述第一colormap图和第二colormap图进行 处理，以保证第一colormap图和第二colormap图在各时间点转速保持一致。

其中，所述第一colormap图为改善前的colormap图，所述第二colormap 图为改善后的colormap图；

或者，所述第二colormap图为改善前的colormap图，所述第一colormap 图为改善后的colormap图。

实施本发明，具有如下的有益效果：

首先，通过实施本发明提供的方法，可以将两张colormap图的差异，在一 张差异colormap图中进行可视化展示，省却了人工进行查找比较的麻烦，无需 调整两张colormap图的量程；

而且，对于两张colormap图存在不同区域的差异时，可以在一张差异 colormap图中，通过颜色的深浅表示出哪些差异对结果总值影响较大，即可以 找出两张colormap图中差异最大并且影响最大的区域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一辆汽车在怠速和全加速下的Colormap图示意图；

图2a和图2b示出了对振动噪声进行改善前后的两张Colormap图示意图；

图3是本发明提供的可视化比较振动噪声colormap图colormap图的方法的 一个实施例的主流程示意图；

图4是本发明提供的可视化比较振动噪声colormap图colormap图的方法中 进行对齐处理的示意图；

图5是本图3中所生成的差异colormap图示意图；

图6是本发明提供的可视化比较振动噪声colormap图colormap图的装置的 结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图3所示，示出了本发明提供的可视化比较振动噪声colormap图的 方法的一个实施例的主流程示意图。在该实施例中，该方法包括如下步骤：

步骤S10，根据第一colormap图获得随转速和频率变化的第一时-频声压级 矩阵H₁，根据第二colormap图获得随转速和频率变化的第二时-频声压级矩阵 H₂，单位为声压级(db)，具体地，通过利用短时傅里叶变换计算来获得所述矩 阵H₁和H₂，其中，短时傅里叶变换为时-频信号分析常用的方法，在此不进行详 述；

其中，声压级的定义为将测到的声压有效值p(e)与参考声压p(ref)的比值取 常用对数，再乘以20，故矩阵H₁和H₂中各点的值均为spl＝20log₁₀(p(ei)/p_ref)。其 中，p(ei)为各转速和频率条件下的测到的声压有效值。而p(ref)为空气中的参 考声压，一般取为2*10E-5帕，这个数值是正常人耳对1千赫声音刚刚能觉察 其存在的声压值，也就是1千赫声音的听阈声压。而该矩阵H₁和H₂就是对应的 各转速和频率条件下的声压级矩阵集合。

具体地，可以以图2示出的两个colormap图为例进行说明。可以理解的是， 在一个例子中，可以将图2a中改善前的colormap图作为第一colormap图，将 图2b中改善后的colormap图作为第二colormap图；在其他的例子中，也可以 将图2b中改善后的colormap图作为第一colormap图，将图2a中改善前的 colormap图作为第二colormap图，从而获得其对应的矩阵H₁和H₂。

步骤S12，将所述第一时-频声压级矩阵H₁和时-频声压级矩阵H₂以下述公式 (1)和(2)进行计算，分别获得第一时-频声压矩阵H₃和第二时-频声压矩阵H₄， 单位为Pa；

$H_3={10}^{H_1/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(1\right)$

$H_4={10}^{H_2/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(2\right)$

其中，p_ref为听阈声压。

可以理解的是，由于工程上习惯以声压级dB(A)来表征噪声大小，因为 dB(A)不宜直接相减(因为两者均是相对值)，要准确获得两个colormap图之间 的差异，故需要将时-频声压级矩阵转换成时-频声压矩阵；

步骤S14，根据公式(3)和(4)将所述第一时-频声压矩阵H₃和第二时- 频声压矩阵H₄分别进行平方计算，分别获得第一时-频能量矩阵H₅和第二时-频 能量矩阵H₆；

H₅＝H₃.^2…………………………………………(3)

H₆＝H₄.^2…………………………………………(4)

可以理解的是，由于声压也不宜直接进行相减，需要将H₃和H₄转换成能量 矩阵H₅，H₆。

步骤S16，对所述第一时-频能量矩阵H₅和第二时-频能量矩阵H₆以公式(5) 进行相减处理，并将所有负值置为0，获得能量差异矩阵H₇；

H₇＝H₅-H₆…………………………………………(5)

可以理解的是，由于在后续步骤中会涉及开方运算，由于负数不能开方， 故将能量差异H₇矩阵中所有的负值全部置为0。如果第一colormap图为改善前 的colormap图，而第二colormap图为改善后的colormap图，则此能量差异矩阵 H₇中的正值表示噪声情况有所改善，负值表示噪声情况恶化，则后续根据该计 算得出的差异colormap图可以主要显示出改善的情形；反之，如果第一colormap 图为改善后的colormap图，而第二colormap图为改善前的colormap图，则此能 量差异矩阵H₇中的正值表示有所恶化，负值表示情况改善,则后续根据该计算 得出的差异colormap图主要显示出恶化的情形；

步骤S18，根据公式(6)，将所述能量差异矩阵H₇转换为声压级差异矩阵H₈；

$H_8=20{\log }_{10}(\sqrt{H_7}/p_{\mathrm{ref}})...\left(6\right)$

步骤S19，根据所述声压级差异矩阵H₈，生成一张差异colormap图。

如图5所示，示出了一张差异colormap图，其是以图2a中改善前的colormap 图作为第一colormap图，以图2b中改善后的colormap图作为第二colormap图， 通过上述步骤S10至S19所获得的。在图5中将改善的效果以椭圆圈画出，与 图2进行对比可以看出，除了下面一个椭圆圈与图2中标出的相同，在图5中 还标记出了另外两处改善效果较大的区域(见图5中上面两个椭圆圈)，且差异 性非常明显。

可以理解的是，在一些实施例中，在步骤S16之间进一步包括步骤：利用 冒泡法对所述第一colormap图和第二colormap图进行处理，以保证第一 colormap图和第二colormap图在各时间点转速保持一致。这样可以在步骤S16 中进行噪声能量相减时为对应转速下能量相减，避免错位相减带来误差，具体 的对齐效果图如图4所示。

如图6所示，是本发明提供的一种可视化比较振动噪声colormap图的装置 的一个实施例的结构示意图。在该实施例中，该可视化比较振动噪声colormap 图的装置包括：

时-频声压级矩阵获取单元10，用于根据第一colormap图获得随转速和频率 变化的第一时-频声压级矩阵H₁，根据第二colormap图获得随转速和频率变化的 第二时-频声压级矩阵H₂，单位为声压级，具体地具体利用短时傅里叶变换计算， 获得所述H₁和H₂；

时-频声压矩阵获取单元12，用于将所述第一时-频声压级矩阵H₁和时-频声 压级矩阵H₂以下述公式(1)和(2)进行计算，分别获得第一时-频声压矩阵H₃和第二时-频声压矩阵H₄，单位为Pa；

$H_3={10}^{H_1/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(1\right)$

$H_4={10}^{H_2/20}*p_{\mathrm{ref}}...\left(2\right)$

其中p_ref：听阈声压

时-频能量矩阵获取单元14，用于根据公式(3)和(4)将所述第一时-频声 压矩阵H₃和第二时-频声压矩阵H₄分别进行平方计算，分别获得第一时-频能量 矩阵H₅和第二时-频能量矩阵H₆；

H₅＝H₃.^2…………………………………………(3)

H₆＝H₄.^2…………………………………………(4)

差异矩阵获取单元16，用于对所述第一时-频能量矩阵H₅和第二时-频能量 矩阵H₆以公式(5)进行相减处理，并将所有负值置为0，获得能量差异矩阵H₇；

H₇＝H₅-H₆…………………………………………(5)

声压级差异矩阵获取单元17，用于根据公式(6)，将所述能量差异矩阵H₇转换为声压级差异矩阵H₈；

$H_8=20{\log }_{10}(\sqrt{H_7}/p_{\mathrm{ref}})...\left(6\right)$

差异colormap图生成单18元，用于根据所述声压级差异矩阵H₈，获得一 张差异colormap图。

以及对齐单元19，用于利用冒泡法对所述第一colormap图和第二colormap 图进行处理，以保证第一colormap图和第二colormap图在各时间点转速保持一 致。

可以理解的是，其中，所述第一colormap图为改善前的colormap图，所述 第二colormap图为改善后的colormap图；或者，所述第二colormap图为改善前 的colormap图，所述第一colormap图为改善后的colormap图。

可以理解的是，实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

首先，在本发明提供的可视化比较振动噪声colormap图的方法和装置中， 将两张colormap图的差异性用一张差异colormap图来表示，可视化且更精确的 比较两张colormap图的变化情况，不需要人工进行比较，避免了人工比较的不 精确性；

其次，对于两张colormap图存在不同区域的差异时，可以在一张差异 colormap图中，通过颜色的深浅表示出哪些差异对结果总值影响较大，即可以 找出两张colormap图中差异最大并且影响最大的区域。由于本发明的实施例中 不是直接将colormap图声压级的数值进行相减，而是首先获得各点的原始能量 值，通过各点的原始能量值进行相减处理，故在所生成的差异colormap图中可 以完全显示两张图中差异最大并且影响最大的部份，包括差异最大的部分，以 及差异最大并且对总值影响最大的部分。

另外，在本发明的一些实施例中，考虑了两张colormap图所采集数据时转 速不一致的情形，由于采样点不一定会对的很齐，故在该实施例中采用转速触 发的方式来采集数据。如果转速不一致，可以采取就近对齐的方式，比如图2a 中的1500rpm，基准图中只存在1480rpm和1550rpm，那么可以就近对齐 1480rpm，这样，能保证频率也大概一致，不会出现错位的现象，从而在视觉上 不会影响最终结果。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的 范围。