听到了吗?产品设计中的调性

当设计一个产品时，很多人会考虑它是如何工作的。但它听起来会怎么样呢?吹口哨的吹风机、吹口哨的笔记本电脑或嗡嗡作响的电动汽车很快就会被消费者拒绝。提高音质在他们的产品中，工程师分析各种声音指标，包括测量整体声音或音调中的频率成分。

什么是调性?

调性或调性是一种心理声学指标，可以识别背景噪音中出现的音调，以确定它们对声音感知的贡献。音源的调性是一个主要的指标，通常看提高产品的音质，以及响度、锐度、粗糙度和波动强度。

量化调性意味着翻译“调性”如何人的耳朵能感知声音转化为客观指标。在工业应用中，如汽车、航空、铁路或消费品，调性表示音调成分相对于其周围频率内容的相对权重。

调性例子:两架飞机

为了理解调性是如何影响我们听到的，听一下这两个飞机的音阶差异。

在这两个文件中，你可以听到由涡轮机引起的叶片通过频率(BPF)。这对应于涡轮转速乘以叶片数量。你会注意到飞机二听起来比飞机一更有音调。这是因为它包含了从声音的其余部分出现的频率。简单地说，当一个音调的声音是高度可感知的，它是烦人的。

BPF本身和周围的噪声都会影响我们对音调内容的感知。出现频率周围的能量越多，频率就越难以感知，因此声音的音调就越低。

心理声学中的调性

常用几种心理声学指标来计算声信号的调性，采用国际标准的计算方法:

注:在Ansys Sound软件中，对于这些心理声学指标中的每一个，计算配置文件包括一个自动音调检测程序。

例如，TNR (tone-to-noise ratio)是一个音调与以它为中心的噪声临界带(noise critical band, CB)之间的能量比:

突出比(PR)为音调周围的临界带与最接近的两个临界带之间的能量比:

模拟音调

在各种各样的应用程序中，评估调性是至关重要的，例如电动马达，暖通空调系统和建筑机械。但在这些复杂的系统中，识别声音的单一来源是非常困难的。为了将噪音分解成不同的来源，并分析它们如何影响系统的整体声音，工程师可以使用Ansys的声音模拟和测试数据。

风扇噪声仿真

在本例中，工程师使用Ansys流利和声音，以提高风扇的音质。的计算流体动力学(CFD)模拟Fluent确保风扇设计合理，Sound确保风扇发出的噪音正常。

为了预测设计对风机音质的影响，对第二扇进行了叶片扭曲的改进设计。根据Aures和ECMA74模型，修改设计将调性划分约3 tu。对于tnr，只有260 Hz的音调出现在修改后的设计中。通过这个模拟，工程师们证实改变叶片的形状会减少噪音的音调含量，从而提高整体音质。

电机噪声仿真

另一个音调会对用户体验产生负面影响的例子是电动机。

电动机噪声可能是恼人的，由于高音调从滚动和空气动力学噪音。这些音调，相对于马达的速度而进化，被称为“指令”。

由于声音，调性可以计算查看TNR或由电机产生的订单的PR。这显示了订单48和订单60两种强烈的音调出现，这可能会让司机和乘客感到恼火。

设定正确的基调

为了设计出符合音质标准的产品，创造出客户喜欢的听觉体验，分析和解决噪声源是至关重要的。通过声学仿真而像调性这样的声学指标，工程师可以识别每一个吱吱声、嗡嗡声和哨声，并探索为他们的项目创造理想声音的选项。了解更多关于开始与Ansys声学软件Ansys Learning Hub帐户。