（声学专业论文）厅堂音质空间感的主客观评价方法的研究.pdf

摘要 摘要 自上世纪5 0 年代提出厅堂音质空间感概念以来，一直是国外建筑声学研究 者研究热点之一，其理论和评价体系在不断的发展和完善中。虽然空间感对厅 堂音质的重要性早已得到确认，但不论是客观测量还是主观评价上，有关这一 领域的研究仍然还存在着许多尚未解决的问题。有关厅堂音质空间感的主观评 价方面，目前在国内的研究工作甚少。得益于国家自然科学基金的资助，这项 研究工作目前在同济大学声学所得以开展，本论文是其中的部分成果。 有关厅堂音质空间感的研究历程颇有意思，严格的实验研究始于5 0 年代有 了电声模拟系统的发展，使得实验可以在消声室中模拟单一的直达声，早期反 射声以及后期混响。传统的观点认为空间效果仅仅是与后期混响有关，近6 0 年来 的相关研究表明厅堂音质空间感是一种多维的听觉感受，受到多个客观因素的 影响。目前得到广泛确认的空间感主观参量为表观声源宽度a s w 和听者包围感 l e v ，客观参量主要有早期侧向声能因子l f e 、内耳互相关系数i a c c 、后期侧向 声压级l g 等，对于描述空间感的客观参量的选取仍存在分歧，客观评价参量至 今还无法完全统一。 论文从建立虚拟声环境的原理出发，选择多通路相似模拟的方法，在同济 大学消声室内建立了一套多通路扬声器声场模拟系统。该系统可以根据研究的 需要来定量地建立声场，避免了双耳听觉模拟系统中采用耳机回放带来的头相 关传输函数不匹配的问题，同时也克服了基于实际厅堂环境下的客观音质参量 受到限制，无法自由控制的缺陷。因此，运用该系统更容易和有效地寻找出空 间感变化的规律。同时，针对该系统建立了一套高效的系统校准方法，不仅可 简化系统配置，还能大幅提高实验效率。 主观评价实验的合理设计，获得真实、准确的主观评价实验数据并对其进 行合理、有效的处理及分析，对于提高评价实验数据的一致性、重复性以及对 于空间感评价研究来说，是非常重要的。本文对目前在厅堂音质研究中常用的 几种主观评价实验方法的优缺点进行了比较，以此选择适合厅堂音质空间感主 摘要 观实验研究的主观实验方法。在对实验信度的考察中，引入一类应用于对偶比 较判别的特殊检验一三角循环误差检验，并提出两两比较时做两种判别的三角循 环次数的准确统计方法。 从室内声学角度研究反射声对厅堂音质空间感中表观声源宽度a s w 的影 响，是本文的一项重要研究内容。基于离散脉冲序列的统计分析法，反射声的 空间和时间分布及其能量和频率特性是空间感效果的决定因素。利用上述实验 系统，结合主观听音实验方法，在消声室内进行了系统的实验研究，主要目的 是在探讨反射声空间及时间分布两类因素对于空间感中表观声源宽度a s w 的影 响。研究结果表明：早期反射声的方向对于表观声源宽度a s w 影响是显著的， 来自后侧的反射声与来自前向的反射声一样，都会增加对声源宽度的感觉。但 是来自前向的反射声比对称的后侧反射对a s w 的贡献大。研究还发现，对a s w 贡献最大的反射声是来自约4 5 至6 0 度的前向，来自后向的早期反射声的入射角 度与a s w 具有良好的线性相关关系。根据以上的结果，提出了早期反射声入射 角度对表观声源宽度a s w 的函数描述；另一方面，表观声源宽度a s w 与早后期 声能分布之间存在很强的相关性：后期混响声能的增大，会降低人耳对早期侧 向反射效果的敏感程度，对a s w 的感知能力也会随之降低。因此，仅以早期反 射作为表观声源宽度a s w 的影响因素是不全面的，必须重视后期反射声的影响， 才有可能得到全面和准确的评价方法。 最后，关于迸一步工作的方向进行了讨论。 关键词：厅堂音质空间感，表观声源宽度( a s w ) ，听者包围感( l e v ) ，多通 路扬声器声场模拟系统，反射声方向 a b s t r a c t a b s t r a c t s i n c et h ec o n c e p to fs p a t i a li m p r e s s i o nh a sb e e np r o p o s e di n1 9 5 0 s ，t h i sf a c t o r p l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h ed e s i g no fc o n c e r th a l l a s s o c i a t e dw i t hl i s t e n i n gt o m u s i ci nc o n c e r th a l l s ，c o n s i d e r a b l ep r o g r e s sh a sb e e na c h i e v e di nt h eu n d e r s t a n d i n g o ft h es p a t i a le f f e c t t h e r ea l t os i l l ial o to fp r o b l e m sr e m a i nt ob es o l v e do ns o m e a s p e c t so fi t , a l t h o u g hi th a sb e e nw e l lk n o w nt h a tt h es p a t i a li m p r e s s i o ni sv i m lt o g u a r a n t e eg o o da c o u s t i c si nt h ec o n c e r th a l ld e s i g n w i t ht h es u p p o r to fc h i n e s e n a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c e ，al o to fw o r kh a sb e e nd o n ei n0 1 1 1 a c o u s t i ci n s t i t u t eo f t o n g j iu n i v e r s i t yt om a k eat h o r o u g hs t u d yo fs p a t i a li m p r e s s i o n t h es t o r yo fr e s e a r c hi ns p a t i a li m p r e s s i o ni sa l li n t r i g u i n go n e s e r i o u ss t u d i e s o n l yb e g a nw i t l lt h ed e v e l o p m e n to fs i m u l a t i o ns y s t e m st h a tr e p r o d u c e dd i r e c ts o u n d , e a r l yr e f l e c t i o n sa n dr e v e r b e r a t i o ni na n e c h o i cc h a m b e r s at r a d i t i o n a li d e a la t t r i b u t e s p a t i a li m p r e s s i o nt or e v e r b e r a t i o n , n e wi d e a li nr e c e n ty e a r sd e m o n s t r a t e dt h a t s p a t i a li m p r e s s i o ni sac o m p l i c a t e da u d i t o r yp e r c e p t i o n , w h i c ha f f e c tb ym a n y o b j e c t i v ep a r a m e t e r s a sas u b j e c t i v ep a r a m e t e rs p a t i a li m p r e s s i o ni sc o m p o s e do fa t l e a s tt w oa s p e c t s ( i e a p p a r e n ts o u r c ew i d t h ( a s w ) a n dl i s t e n e re n v e l o p m e n t 皿e t h a tl i s t e n e rc a nd i s c r i m i n a t e l o t so fw o r kh a sb e e nd o n et os t u d yt h eo b j e c t i v e p a r a m e t e r st om e a s u r et h es p a t i a li m p r e s s i o ne f f e c t i v e l y , b u tr e s e a r c h e ss u g g e s tt o u s ed i f f e r e n tp a r a m e t e r sa sm e a s u l e n l e n t s u c ha se a r l yl a t e r a le n e r g yf r a c t i o nl f e ， i n t e r a u r a lc r o s s - c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti a c ca n dl a t el a t e r a ll e v e ll g a m u l t i p l el o u d s p e a k e rs y s t e mi sb u i l t i nt h ea n e c h o i cc h a m b e rt os i m u l a t e s o u n df i e l d m e a n w h i l e ，a l le f f i c i e n t c a l i b r a t i n gm e t h o df o rt h es y s t e mw a s e s t a b l i s h e dt os i m p l i f yt h es y s t e mc o n f i g u r a t i o n , a n dt or a i s eh i g h e re x p e r i m e n t a l e f f i c i e n c y o u rs y s t e mc a na c c u r a t e l yb u i l das o u n df i e l da sn e e d e d , w h i c ha v o i dt h e m i s m a t c h i n go fh r t fb e t w e e nt h er e c o r d i n gh e a da n ds u b j e c t sh e a d i td i dh e l pt o o b t a i nt h el a wo fs p a t i a li m p r e s s i o ne a s i l ya n de f f i c i e n t l y a p p r o p r i a t ed e s i g no fs u b j e c t i v ee v a l u a t i o ne x p e r i m e n ti sv e r yi m p o r t a n t w e f i n dt h e a p p r o p r i a t es u b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o df o ro u rs p a t i a li m p r e s s i o n 3 e x p e r i m e n t sa f t e rc o m p a r i n ga m o n gp o s s i b l em e t h o d sw h i c hh a v eb e e nc o m m o n l y u s e di nt h ec o n c e r th a l la c o u s t i c s i nt h er e l a t i v e i n v e s t i g a t i o no ne x p e r i m e n t r e l i a b i l i t y , a na c c u r a t ec a l c u l a t i o nm o d e lf o rc i r c u l a rt r i a d si sd e v e l o p e d t h em a j o rc o n c e r no f0 1 1 1 s t u d yo r i g i n a t e sf i o mt h eq u e s t i o no fw h e t h e ro rn o t t h ee a r l yl a t e r a le n e r g yf r a c t i o nl f ei se f f e c t i v e l yd e s c r i b e dt h ea p p a r e n ts o u r c ew i d t h a s wi nc o n c e r th a n s ag r o u po fp s y c h o l o g i c a le x p e r i m e n t sa r e 唧o n n e d 、矶也 s i m u l a t e ds o u n df i e l d s t h ee f f e c to fe a r l ya r r i v i n gr e f l e c t i o na r r i v i n gf r o md i f f e r e n t d i r e c t i o n so np e r c e i v e da s wi si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed i r e c t i o no f t h er e f l e c t i o n sg i v e sh i g hc o r r e l a t i o nw i t l la s w , w h i l er e f l e c t i o n si nf r o n to ft h e l i s t e n e ra n db e h i n da l s oi n c r e a s e dt h ea s w i na d d i t i o n , t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t r e f l e c t i o na r r i v i n gi nf r o n ti sm o r ee f f e c t i v ef o ra s wt h a ns y m m e t r i c a l l yf r o mb e h i n d f r o mt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w ep r o p o s eam o d i f i e dl f et oc o r r e l a t ew e l l 、) l ，i m a s w a n o t h e rc o n c e r no fo u rs t u d yi so nt h eq u e s t i o no fw h e t h e ro rn o ta s ww a s c r e a t e do n l yb ye a r l ys o u n de n e r g ya l o n e i nt h ee x p e r i m e n t , t h ee f f e c to fl a t es o u n d e n e r g yg lo np e r c e i v e da s w w a se x a m i n e d t h er e l a t i o n sb e t w e e no ft h eg la n d a s wf r o mt h er e s u l tc o n f mt h a td i f f e r e n c eo fp e r c e i v e da s ww o u l di i 船a 辩sa s g ld e c r e a s e s i tm e a n st h a tt h el a t ep a r tr e f l e c t i o n sw o u l dw e a k e nt h es u b j e c t sa b i l i t y t od i s c r i m i n a t et h ed i f f e r e n c eo fa s wa n dr e d u c et h e i rs e n s i t i v i t yt ot h ee f f e c t so f e a r l yl a t e r a lr e f l e c t i o n s f i n a l l y , p r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e rd i s c u s s i o na r ep r o p o s e d k e yw o r d s ：s p a t i a li m p r e s s i o n ；a p p a r e n t ( a u d i t o r y ) s o u r c ew i d t h ( a s w ) ；l i s t e n e r e n v e l o p m e n t ( l e v ) ；m u l t i p l el o u d s p e a k e rs y s t e mf o rs o u n ds i m u l a t i o n ； d i r e c t i o no fr e f l e c t i o b 4 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：丝犯 2 厂年弓月弓。日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：丝蹈 年专月弓。日 第 睾前言 第 章前言 1 。i l 谍题研究的背景及意义 随饕鬓民经济的发展以及人们生活水平的提高，营内各地纷纷兴建文化中 心、电影院、剧院以及音乐厅等文纯设施，迸一步完善现有的音质评价方法， 为厅堂设计提供更为完备的指导体系，是建筑声学领域缀久不衰的课题。 良好的音质效采是建筑声学设计瓣报本嚣鹣，两音旗豹驽坏簧l l 是依靠综合 的音质评价完成的。半个多世纪以来，关于厅堂音质评价方法的研究一直怒建 筑声学的主要同题，基本翦谬赞方法都是霾绕音质参量进行麴，主要势为主蕊 评价法和客观测量法，相应的音质参量分别为主观参量和客观参量。主观参最 表述了入们对厅堂音震好环的主理感受，这种感受不汉反映了人的听觉系统所 接收到的有关厅堂内声场的信息，同时也受到民族心态、地域文化、演唱风格、 瓣代特色、个人爱好、鼹众情绪等各种医素的影响，其主要指标有丰满度、温 暖感、亲切感、清晰度、空间感以及环绕感等。另一方面，为了使厅堂达到具 露良好的主观感受的墨的，还必须寻找能与主观评价摆关的、可以通过仪器测 爨与公式计算得到的、反映厅堂客观特性的物纛指标，即客观参量，而只有通 过这些参量才能对厅堂音质设计起到具体的、定量的指导作用。根据定义，客 鼹参量又可分为两类，一类兔时蠲、髓量评价参量，如混确爵蓠、翠絮衰变时 间、初始时间间隙、相对强感，以及早后期声能比等；另一类为方向性空间评 价参量，如铡宾反射声髭泷、癌耳互耀关透子等。总俸土说，良好魏主飘感受 是音质设计的根本目的，而客观测量则是使音质设计进一步科学化、定量化的 一释手段。 由于各个参量并不是相曩独立的，而是相氨牵连的，主客观参量之间也不 是一一对应鲍，藤是一赣复杂熬、多元煎映射关系，爨她，一般只麓选择个剐 参量，通过因子分析法或人工网络法等加权分析方法，得到一个禚一定程度上 对应厅堂音质的某些特点的总体评价。经过数十年的努力，如今人们对时闽、 1 第1 章前言 能量的评价参量已基本达成共识，客观的脉冲响应测量方法也较为成熟，并得 到了广泛的应用，而另一类评价参量，即方向性空间评价参量则刚刚起步，还 处于发展阶段，正在受到越来越多的关注，并逐渐成为建筑声学研究的热点。 当听众置身于不同的厅堂或同一厅堂的不同位置时，所接收到的反射声除 了能量、到达时间的差异外，还有入射方向的不同。虽然听众不能分辨每一个 反射声的方向，但却能得到厅堂音质的总体映印象，感觉到厅堂的空间效果， 这就是搿空间感”，主观上的空间感表现为声源的方向感、距离感、轮廓感、 立体感、声源的横向拓宽感、纵向延伸感，以及听众被音乐包围的感觉，而现 有的反映空间感的客观参量则主要为早期侧向声能因子、后期侧向声级和内耳 互相关系数。厅堂音质空间感自5 0 多年前逐渐重视并被提出以来，一直是国外 研究者的热门研究内容，其理论和评价体系在不断的发展和完善中，虽然空间 感对厅堂音质的重要性早已得到确认，但不论是客观测量还是主观描述上，有 关这一领域的研究仍然还存在着许多尚未解决的问题。而国内在此相关领域开 展的研究工作甚少，在工程应用中常常只能借鉴国外研究的结果。由于缺乏对 该领域研究工作的全面了解，以及大量系统实验工作对空间感这一音质参量所 累积的直观听感，往往会导致片面的甚至是错误的认识，因而，深入地研究厅 堂音质空间感这一课题，是很有必要的。 1 2 论文的组成及主要工作 论文基于同济大学目前承担的国家自然科学基金研究项目，在对厅堂音质 空间感在国外研究发展的状况进行全面的考察的基础上，选择合理的实验研究 方法，在同济大学消声室建立多通路扬声器声场模拟系统，结合主观听音实验 的方法，从室内声学角度来研究影响厅堂音质空间感的客观因素。 论文第二章较为详尽地论述了厅堂音质空间感的起源、发展和最新的研究 进展，并通过对音质空间感与厅堂整体音质的关系分析，肯定了空间感对于厅 堂音质评价的重要作用。 论文第三章，从声场的空间客观特性出发，基于当今成熟的脉冲响应测量 2 第1 章前言 技术，介绍了描述声场空间特性的几类客观参量及其测量方法。 论文第四和第五两章是为后续的厅堂音质空间感的实验研究部分建立实验 平台和解决实验方法的问题。第四章对声学主观评价实验方法和数据检验及处 理方法进行探讨，第五章为多通路虚拟声场空间感主观实验系统的建立，同时 给出了系统严格校准的方法。 有关厅堂音质空间感a s w 的影响因素的主观实验研究位于论文的第六章和 第七章，也是本文的核心部分。第六章针对b a r r o n 所提出的早期侧向声能因子l f e 这一个已被普遍接受用来评价厅堂音质空间感a s w 的客观参量，作者从b a r t o n 的实验设计及过程出发，对其实验设计的声场未考虑后期混响而得到的结果， 提出了以一组加入后期混响的实验声场，来研究与实际厅堂听音环境较为接近 的条件下l f e 与a s w 的相关关系。另一方面，关于l f e 对于评价a s w 的有效性的 研究，作者是将其归于早期反射的方向性对于空间感的影响，通过一组精心设 计的主观听音实验来进行研究，并给出了自己的实验结果。论文的第七章则是 研究反射声的时间结构对空间感a s w 的影响，同样是借助一组主观听音实验， 对以8 0 m s 划分的早期和后期反射在时间上的分布对a s w 的影响进行研究。 论文的第八章，总结论文工作，并提出了今后进一步研究的方向。 1 3 论文的主要创新 论文的创新工作体现在以下几个方面： 首先，厅堂音质空间感的主观评价方面的研究，在国内尚属首次。作者在 国家自然科学基金项目的资助下，对国际上该领域的研究发展状况进行了全面 的考察，首次在国内较为全面的探讨了听堂音质空间感的评价方法及评价参量。 采用与改善了合适的实验研究方法，从室内声学角度着手研究了反射声对厅堂 音质空间感中表观声源宽度( a s w ) 的影响。 其次，在同济大学消声室中建立了一套独立的多通路扬声器声场模拟系统， 进行完整的实验室主观评价试验。同时，发展了系统检验校准的方法，使之无 需通过反复调试和测量( 国外研究普遍采用这种方法) 来建立实验设计所需的 3 第1 章前言 模拟声场，从而能够有效地提高系统性能。 第三，针对国外研究中不足，对早期反射方向性特征对于厅堂音质空间感 a s w 的影响以及早后期声能分布对a s w 影响进行了系统的实验研究，提出了对 空间感a s w 的研究必须考虑后期反射声，才能得到全面和确切的客观描述；而 关于早期反射方向性对a s w 的影响，得出了早期反射对a s w 的影响具有前后不 对称性，且a s w 最大值出现在4 5 - - 6 0 度之间方向的结论，这一有价值的科学结论， 对目前这一热点领域中的研究是一个补充和完善。 第四，在主观实验数据处理中，引入重测信度检验和三角循环误差检验， 提高了实验结果的可靠性。并在三角循环误差检验中，提出了针对两两比较做 两种判别时精确统计三角循环误差次数的方法，并编制了m a t l a b 计算程序。 4 第2 章厅堂音质空间感研究的内容及进展 第2 章厅堂音质空闻感研究的内容及进展 有关厅堂音矮空闻效果蕊研究历程颇有意愚，严格的实验研究始于5 0 年代 有了电声模拟系统的发展，使得实验可以在消声室中模拟单一的直达声，早期反 射声以及后期混响。传统的观点认为空间效果仅仅是与盾期混响有关，近6 0 年来 的相关研究表明厅堂音质空间感是一种多维的听觉感受，受到多个客观因素的 影响。本章主要针对空间感网外研究进展、结果及研究方法的探讨，确定本文 的研究方向以及詹续实验采用的研究方法。 2 。1 早期的电声系统的模拟实验研究 自赛宾发现混嘀时间t 6 晓后的5 0 年闻( 2 0 世纪蘸5 0 年) ，人们逐渐意识到不 论是以音乐演奏或者是以语裔听闻为使用目的的厅堂，其音质不仪仅只与混响 时间这一经典的室内声学客理参量有关。尽管有人提出了定性化的意见和看法， 但在1 9 5 0 年之前未有研究者提出新的客观参量。直至u 1 9 5 3 年t h i e l e 1 提出以赢达 声之后5 0 m s 之前的早期反射声能与总声能之比作为清晰度或者明晰度的客观参 量，并用德文中的d e u t l i c h k e i t ( 甓晰度) 莳首字母表示： d = ，p 2 ( t ) d t f o p 2 ( t ) d t 1 9 5 6 年a o r 誊 2 在其研究中建立7 语言可懂度与d 的褶关关系。1 9 6 5 年 b e r a n e k j f 【i s c h u l t z 3 也认为这一能量因子对于音乐声而言十分重要。最终在1 9 7 4 年i 童r e i c h a r t 4 等入明确提出了清晰度指数c 8 0 ，它是对蓠8 0 m s 的晕麓声能量与 后期声能量的比值取对数，内此采用c 8 0 作为厅堂内音乐声清晰度的客观评价参 量。 我们通常是通过两种途径寻找描述客观音质参量的方法：能量分析法和统 计分析法。能量分析法基于主观响应与房阕脉冲响应能量积分的测量僮楣关， 它将连续脉冲序列看作整体或者部分整体，寻找其与主观感知以能量表达为基 5 第2 章厅堂音质空间感研究的内容及进展 础的相关关系。比如上述d 和c 8 0 。统计分析法则是研究离散的脉冲响应序列， 它关注的是单个或着是某些离散的反射声的声级和延迟时间。比如，早期有研 究者依照具有一定声能量的反射声数量( 比如与直达声能量差在6 d b 以内的反射 声数量) 对脉冲响应序列进行分类，s c h o d d e r 5 在1 9 5 6 年的文献中介绍了这种分 析方法。另有j u n i u s 6 2 年后介绍了一种可以自动进行统计分析的仪器，p r e i z e r 7 】 在1 9 6 6 年也进行了类似的研究。 早期反射的重要性较早就被提出，然而直到电声模拟系统的发展和完备才 真正促进了有关早期反射重要性的定量化的研究。模拟系统包括了围绕听音者 的多只扬声器，直达声信号为消声室录制的干音乐信号，由位于听音者正前方的 扬声器模拟，反射声延迟e h t a p el o o p 控制，混响声能则是在混响室录制。 由g 6 t t i n g g e n 大学m e y e r 教授主持的声场模拟听音实验开创该领域研究的先 河。1 9 5 1 年【8 】由h a s s 首先发表的文献成为了公共广播系统设计的基本理念。 g 6 t t i n g g e n 大学对1 9 5 0 年至1 9 6 0 年期间的关于声场模拟听音实验的许多工作在 文献 9 】中进行了总结。他们的许多实验旨在解决如何简化房间中的脉冲响应而 又不至于改变听感的问题，这对于后人建立简化的模拟声场提供了重要的实验 基础，对于空间感的实验研究部分也具有重要的意义。当时他们在声场模拟的 主观实验的研究中普遍采用的是阈值测量的方法，1 9 6 1 年b u r g t o r g 1 0 和 s e r a p h i m 11 】在g 6 t t i n g g e n 所做的阈值实验对于后来的空间感的研究非常重要， s e r a p h i m 用语言声信号进行阈值实验，其目的在于研究听音者在听音过程中忽略 掉的脉冲响应的细节部分。s e r a p h i m 的阈值实验结果( 如图2 1 ) 表明了反射声方向 以及延迟时间的重要性。同时，这一结果也表明有必要应用统计分析的方法研 究脉冲响应。当1 9 6 6 年s c h u b e r t 1 2 在实验中把语言声信号换成音乐信号时，他 们发现对于连奏( c o n t i n o u sl e g a t o ) 音乐，其阈值会提高，也就是说，人耳对于 反射声的延时变化变得不敏感，因此反射声的达到时间对于语言声听闻比大多 数类型的音乐声来说更为重要。 回到之前提到的两种研究途径，统计分析法和能量分析法，统计分析法当前 已很少讨论，存在一个例外就是回声的干扰。1 9 5 2 年 1 3 】已经注意到一个较迟到 达的回声所导致的干扰会因为早期反射的加入而降低。与之相反，能量分析法在 6 第2 章厅堂音质空间感研究的内容及进展 厅堂实际应用中被广泛使用，获得了现在大部分的客观参量【1 4 】。然而似乎该方 法过为简单了，它忽略了反射声的方向性，以及不同反射声之间的相互影响等 等诸多因素，因此，早期人们基于统计分析法所进行的模拟声场条件下的许多 相关研究是明智的，也是对后来研究具有重要意义的。 r 。 a j ) ，当， 试验者为一个人时，可从他的m 次( q ，a j ) 的重复比较实验中统计概率值。当试验 者为多个人时，可从聊个人的( q ，a j ) 的比较结果中统计概率概率值只( 口i a j ) 。 在对象o i ，c z 2 ，a n 中选定一个基准，如呸，对偶比较法的目的是对每一个对象找 出一个反映其优越性的相对心理尺度， ，( q ) - f ( 只( q q ) ) 这个心理尺度是某一对象相对选定对象的优越概率的函数，函数f 满足以下关 系： ，( 只( 口j a j ) ) + ，( 只( 口， a o ) - f ( p 。( a j q ) ) ，( 只( 口j 口j ) ) = f ( p , ( a i q ) ) 一，( 只( 口， q ) ) 。f ( a f ) 一f ( a ) 4 7 第4 章室内声学主观评价实验心理学方法及数据处理 假设f 的逆函数存则，即 a a , a j ) - f ( ，( 口i ) 一f ( a j ) ) 根据t h u r s t o n e m o s t e l l e r 模型法则，心理变量是服从正态分布的随机变量x ( “功， 而对象a ，的优势尺度是这个随机变量的均值。 f ( a i ) 一肫( i 1 ，z ，n ) 根据以上的假设，a i a j 的判断可通过x j - x j 的正、负判断实现。x ，一x j 也是 一个正态分布的随机变量，其均值和方差为， e ( x i x ) 一地一p j 0 2 ( x i - x j ) 一田+ 雹一2 嘞 将x ，- x j 化为均值为0 方差为l 的随机变量， 乙。鬻 i 爱x i - x j o 时的乙的值为_ z 替，有， 屹扩面丽。- i r - j a i a i 的概率可由x i - x 0 的概率求得 酏 一去岛胆出一去班州动 同时，由前面的假设可得 f ( a , ) - f ( a j ) 一z 砰+ 仃；一2 0 0 此公式是建立在t h u r s t o n e 较判别法则基础上的对偶比较法的基本心理尺度构 成公式。假设不同评价对象的统计特征相同，两两之间心理尺度的离散关系恒 定，有 研一p 矗一 一 。一p ) 一1 u z , a , , r j p , c r 刊2 ( 1 1 o ? 。 _ f 。 。 一j d ) 第4 章室内声学主观评价实验心理学方法及数据处理 得到，( q ) 一f ( a j ) 一z 拶 取j = 1 ，并规定，( q ) 一0 ，则 ，( 嘎) - z n 例如，只( 口f a o - 0 7e ( 0 5 2 4 ) ，贝u ，( q ) 一0 5 2 4 以上是根据t h u r s t o n e - m o s t e l l e r 【1 2 1 】的模型规则得到的方法，另有一种 b a r d l e y - t e r r y 模型也比较广泛的使用在对偶比较法评价结果的数据分析中，尤其 在噪声主观评价q b b a r d l e y - t e r r y 模型更为适用 1 2 2 。 b a r d l e y t e r r y 模型 1 2 3 的前提是假设每个声样本都存在一个“真值一，如果 用包来表示第价样本的真值，那么第价样本真值大于鳓个样本的可能性可以由 下式计算： p ( 彻一面丽e x p ( 0 i ) ( 4 1 ) 反之，如果概率p 已知，可以预测得到样本的真值： g 一嘭| l n 陋t p ( j i 副, j ) j ( 4 2 ) t h u r s t o n e - m o s t e l l e r 和b a r d l e y - t e r r y 模型是两种不同的处理方法，也有研究者 不断的提出改进的或新的算法，至今，t h u r s t o n e - m o s t e l l e r 方法被认为是更适合 厅堂音质主观评价中的对偶比较实验结果的数据分析。在有关厅堂音质空间感 的实验研究中，几乎所有的研究者都采用这种方法。 4 3 对偶比较法评价结果的数据处理 以下以m 个受试者，就5 个声样本对象配对而成的1 0 个不重复样本对给出两 两之间大于或小于的两类判断为例，来说明数据处理的方法。 首先对第一位评价者的结果进行赋值，当q a j 时，在上半矩阵相应位置中 赋值l ，当a i a t )1 ( a s a t ) 0 ( a 4 a t ) 口2 00 - 0o 5 0 ( a s a d 0 ( a 4 口2 ) 呜 0 ( 1 一1 ) 1 ( 1 - 0 ) 0 5 0 ( a 4 a s ) 吼1 ( 1 - 0 ) 1o - o )1o - o )0 5 1 ( a s a 4 ) a s 0 ( 1 - 1 )0 ( 1 - 1 ) 0 ( 1 - 1 )0 ( 1 - 1 ) 0 5 重复以上步骤，得到m 位受试者的评价矩阵，叠加所有评价矩阵得到整体评价矩 阵，再将矩阵中每一元素除以对应的有效评价次数得到百分比值评价矩阵列 表4 2 百分比值评价矩阵 j 卜jq如c 1 3吼 吩 q o 5 只。( 口2 q )己l ( 鸭 q )只i ( a 4 a t ) a 2只2 ( o l o 2 ) o 5 b 2 ( 如 吗)吃( 口2 呜) 0 5 ( a 4 a s ) a 4气( q a 4 )p m ( 口2 a s )气( 口2 a s )只5 ( 呜 a s )p 4 s ( a 4 a s ) o 5 若根据t h u r s t o n e 模型进行处理，将上述百分比矩阵查正态分布表变换成z 矩阵： 表4 3 正态分布z 矩阵 ，j q o 2c 1 3 a 4a s 口i o z 2 lz 3 iz 4 lz 5 l a 2z 1 2 o z 3 2z 4 2z s 2 龟乙37 z 3 0 z 4 3z 岛 口4 z 1 4z 2 47 3 4 o z 5 4 a s7 t sz z sz s sz 4 5 0 以上矩阵等价为以下更直接的形式，对每列求和、取平均，归一化，即得到对5 第4 章室内声学主观评价实验心理学方法夏数据处理 个样本的评价参量的相对心理尺度。 表4 4 表4 3 的直接表达 八 c z l吒呜 a 5 q o f ( a ：) - f ( a 。)，眩) 一f ( a 。)，瓴) - f ( a ) ，( 口，) 一f ( a 。) 口2 f ( a 。) - f ( a ：) 0 f ( a ，) 一，( 口：)，( 口) 一，( 口：) f ( a ，) - f ( a ：) 吩 ，( 口。) - f ( 口，)，( 口：) - f 似，) o ，( 口) 一f ( a ，) f ( a ，) - f ( a ，) a 4 ，( 口) - f ( 口)，( 口：) - f t a )，( 口，) 一f ( a ) o ，( 口，) - f ( a ) a s ，0 ) - f 0 ，)，( 口：) - f t a ，)，) - f ( a ，)，0 ) - f 0 ，) 0 求和 5 ，( 4 。) 一v ( 口，) 玎( 口：) 一v ( q ) 5 ，( 口，) 一琴( 口。) 5 ，( 口) 一z f ( 口。) 5 ，忆) 一v ( 口。) 平均 f ( a i ) - v ( ”，( 口：) 一 琴( 口)f ( a ，) 一 矽( f ( a ) 一委琴( ” f ( a ，) 一丢髟( ” 若根据b r a d l e y - t e r r y 模型进行处理，方法与t h u r s t o n e 模型计算方法相似，唯一不 同的是在对百分比矩阵进行变换时不是通过查正态分布表变换，而是通过公式 4 1 直接计算得到。 4 3 实验信度检验 实验的信度是指实验结果的可靠程度，只有实验结果接近实际真值或多次 测量结果十分接近，才能认为参量结果是可靠的。涉及到人的心理测验难免受 到与实验设计无关的一些因素的干扰，因此心理测量实验不可避免产生误差。 信度的高低受到实验过程中出现的各种误差的影响，心理测量的误差就是指测 量中与目的无关的变量所产生的不准确度、不一致的效应。这种误差有三类， 一类是抽样误差，当抽样数目很大时，抽样均数与总体均数的离差很小，与测 量的优劣没有必然联系，这类误差一般可以忽略：一类是系统误差，它由与实 验目的无关的因素所引起，是一种恒定的、系统的、有规律的变化，存在于每 次测量中，会导致测量结果以稳定的大小朝稳定的方向偏离，但不会导致测量 结果的不一致性，因此与信度无关；第三类是测量误差，又称随机误差或偶然 误差，它由与实验目的无关的偶然因素引起，使得测量结果发生不稳定的偏离， 导致测量结果不一致，与实验信度有关。 5 l 第4 章室内声学主观评价实验心理学方法及数据处理 信度检验的目的是为了检验受试人的实验数据的可靠性和真实性，因为我 们不能保证所有受试人在整个实验过程中都能保持高度集中的注意力，并且是 在不受外界其他无关因素的干扰的实验条件下进行专心判断，所以需要进行信 度检验，来判断受试人在实验中的稳定性和可信赖性。目的是剔除那些不可靠 的数据。 信度检验有五种类型，重测信度、内在一致性信度、评分者信度、复本信 度和稳定一等值信度，他们都是对实验结果的一致性进行估计，他们表达的是不 同误差来源所引起的不一致性误差的大小，各自研究的侧面不同，应针对不同 的实验设计和实验目的来选择信度检验的方法。内在一致性检验和复本信度检 验是针对实验跨项目和跨形式的一致性，稳定一等值检验也考虑了跨形式一致 性，重测信度考察受试者跨时间的一致性，评分者信度检验的是受试者之间的 一致性。针对后续厅堂音质空间感研究中以对偶比较法设计的主观评价实验， 不存在跨项目与跨形式的影响，而受试者之间的不一致性是t h u r s t o n e 和b r a d l e y 模型的计算基础，因而不需要考虑，而重测信度检验是此类实验中需要考察的， 另外，再引入一类应用于对偶比较判别的特殊检验一三角循环误差检验。 4 3 1 重测信度检验 对偶比较法先后呈现给受试者两个样本，因而此处引入不同回放顺序的重 测信度检验。一对样本在实验