（声学专业论文）车内声品质主观评价成对比较法研究.pdf

同济大学硕士学位论文 摘要 声品质是近年来声学领域的一个新兴研究课题，随着以人为本观念的不断深 入，声品质在汽车、家电等领域的应用越来越广泛。国外由于起步早，在此方面 的研究相对比较深入。本文在借鉴国外经验的基础上，首先研究了晌度调节对评 价结果的影响。接着，从我国人群对声品质的听觉感知及汉语文化背景出发，针 对常用的成对比较法主观评价提出了在样本量较大情况下的实验设计，并以车内 噪声样本为例对其进行了验证，证明了这种方法的正确性与可行性。 论文首先系统地介绍了声品质的概念，概括了国内外的研究进展以及声品质 在汽车、家电领域的应用情况。 接着在主观评价样本预处理方面，采用不同评价量的主观评价试验，分析证 明了响度调节对获得正确评价结果的必要性。结果表明：对于任意声品质特性参 量，在主观评价前对其进行等响度调节至少可以减小响度对该评价量的影响。 然后针对评价样本量较大的情况，提出了分组成对比较法，使全体样本的评 价时间减小为原来的l l n ，并使得主观评价试验更易于实现。文章在对分组成对 比较法的具体原理进行了介绍后，从b r a d l e y - t e r r y 模型拟合、排序与 b r a d l e y - t e r r y 模型拟合的相关性、以及与语义细分法评价结果的一致性等方面证 明了所提出方法在实验设计与实验结果等方面的有效性。 最后，根据本论文的工作，从四个方面提出了需要继续深入研究的课题。 关键词：声品质 主观评价 等响调节分组成对比较法 同济大学硕七学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n c e p to f m a ni sv e r yi m p o r t a n t ”a c c e p t e db ym o r ea n dm o r e p e o p l e ， s o u n dq u a l i t yi san e wd e v e l o p i n gr e s e a r c ha r e aa n di sw i d e l ya p p l i e di na u t o m o b i l e a n de l e c t r i ca p p l i a n c e si n d u s t r y r e s u l t sh a v e b e e na c q u i r e di nt h i sf i e l di no t h e r n a t i o n s ，b u tt h e r ea r ef e w e rd o m e s t i cr e s u l t s i nt h i st h e s i s ，o nt h eb a s e so ff o r e i g n e x p e r i e n c e ，t h ee f f e c to fl o u d n e s se q u i v a l e n c ei ss t u d i e da tf i r s t a n dt h e n ，w i t ht h e p r o p e r t i e so fs o u n dq u a l i t ya u d i t o r ys e n s a t i o no fp e o p l eu n d e rc h i n e s ec u l t u r e b a c k g r o u n d ，an e ws u b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o df o rl a r g ea m o u n to fa c o u s t i cs t i m u l i i sd e v e l o p e d a tl a s t ，r e l i a b i l i t yo fm e t h o di sp r o v e di nd i f f e r e n tw a yb yu s i n gs o u n d s a m p l e sc o l l e c t e do na c t u a la s p h a l tr o a ds u r f a c ew i t hb i n a u r a ld u m m yh e a d t h ec o n n o t a t i o no fs o u n dq u a l i t yi sd i s c u s s e d ，a n dt h e nt h er e c e n td e v e l o p m e n t i nt h ef i e l d ，i n c l u d i n ga p p l i c a t i o n si na u t o m o b i l e ，e l e c t r i ca p p l i a n c e si n d u s t r ye t c ，i s s u m m a r i z e d f o rl o u d n e s se q u i v a l e n c e ，t h en e c e s s i t yo fi ti ss t u d i e db yu s i n gd i f f e r e n ts o u n d q u a l i t ym e t r i c s t h er e s u l t sp r o v et h a t ，f o ra n ys o u n dq u a l i t ym e t r i c ，t h ei n f l u e n c eo f l o u d n e s so ns u b j e c t i v ej u d g m e n tc a nb ea tl e a s tr e d u c e dw h e nl o u d n e s so fs o u n d s t i m u l ii se q u a l e db e f o r es u b j e c t i v et e s t f o rt h em e t h o do fs u b j e c t i v ee v a l u a t i o n ，an e wg r o u p e dp a i r - c o m p a r i s o nm e t h o d f o rl a r g ea m o u n to fs a m p l e si sd e v e l o p e d t h et i m ec o n s u m p t i o no ft h ee x p e r i m e n t c a l lb er e d u c e dt o1 nc o m p a r i n gw i t ht h eo r i g i n a lt i m e t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h e m e t h o di sp r e s e n t e di nd e t a i l f o rt h ev e r i f i c a t i o no ft h em e t h o d ，b r a d l e y t e r r ym o d e lf i tp r o v e st h ev a l i d i t yo f t h ee x p e r i m e n td e s i g na n dt h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t i nt h er a n ks c a l ea n a l y s i so f t h e r e s u l t s ，g r o u p e d r a n ks c a l ea n dt h et o t a ls c a l er e s u l t sa r em a t c h e d g o o d a g r e e m e n tb e t w e e nb r a d l e y - t e r r ym o d e lf i ta n dr a n ks c a l et e s t i f i e st h ev a l i d i t yo f g r o u p e dp a i r - c o m p a r i s o n g o o dr e l a t i o n sb e t w e e nr a n ks c a l ea n ds e m a n t i cd i f f e r e n t i a l p r o v et h ec o r r e c t n e s so f t h eg r o u p e dp a i r - c o m p a r i s o n a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h i sw o r k ，f u r t h e rw o r ki sp r o p o s e d k e yw o r d s ：s o u n dq u a l i t ys u b j e c t i v e e v a l u a t i o nl o u d n e s se q u i v a l e n c e g r o u p e dp a i r - c o m p a r i s o n 声明尸明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成硕士学位论文：奎凼直昌厦圭堑透俭盛盟出筮选硒 定。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未 加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名；高亚丽 2 0 0 4 年3 月1 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的研究背景与意义 近年来，随着对人的主观感受的关注，人们逐渐认识到，用传统a 计权声级的评价标 准远远不能实现对环境交通噪声、工程声学中声信号特征的评价目的。自b l a t 圯 r t 1 9 9 4 首先 给出了声品质的定义以来，有关产品噪声特征的研究有了一个清晰的研究范畴，成为新兴的 研究领域以及国际众多声学研究者新的研究热点，并逐渐形成和完善着声品质研究的理论。 尤其是在汽车工业领域，市场调查研究的结果表明，产品消费者开始从产品的声特征来判断 产品的质量以及运行的性能。声品质从人耳的听觉心理反应角度来分析评价汽车噪声特性， 根据噪声主观感知特性来确定汽车噪声物理参数的改善方向，从而指导汽车噪声特性的改 善，即汽车的声学设计。因此，通过汽车声品质评价的方法来评价和改善汽车噪声特性更是 以人为本的有效方法 在国外，对声品质方面的研究起步较早，到现在已研究取得一些成果。在评价方法方面， 经过多年研究探索与经验的积累，已找到一些适用的评价方法如成对比较法，语义细分法等； 在声品质评价参量方面，国外研究者根据大量主观评价试验的结果。目前已提出了一些声品 质评价的参量，并且对某些参量建立了数学模型，如响度、锐度、粗糙度、抖晃度等。但由 于所采用的评价主体与研究的噪声类别的差异，各国研究者提出的参量也各不相同。可以说 声品质的研究既有着其内在本质的共同性，又存在不同环境和背景下的差异性。比如在汽车 怠速情况下，与欧洲国家的人相比，日本人认为声音要好一些 b r 蛆c u & b i e r m a y e r , 1 9 9 9 。 我国心理声学相关领域的研究相对比较薄弱，心理声学方面的研究成果也较少有文献报 道。因此，我国的心理声学方面的研究工作与其他国家存在较大的差异。心理声学以及声品 质的研究之所以在国外能成为热门的研究领域，是因为在众多行业( 如汽车、电器、机械、 交通等) 中有着强烈的应用需求。随着经济的发展以及产品制造行业技术水平的进步，我国 相关行业中对心理声学以及声品质的研究的需求也在逐渐扩大 本论文的研究工作在借鉴国外声品质研究成果的基础上。首先论证了对我国人群的主观 评价实验中，对原始声样本进行等响调节的必要性。同时，针对我国目前的环境条件，研究 了在汉语文化背景条件下声品质的主观评价方法中常用的成对比较法的适宜性。针对评价 样本量较大。评价者难以完成评价任务的情况，提出了分组成对比较法( g p c ) 的声品质主 观评价的试验方法。论文中详细介绍了分组成对比较法( g p c ) 的设计方法，并以车内噪声 为例，通过与其他分析方法的相关性比较，验证了这种方法的可靠性和有效性。通过实验对 这种方法的验证表明：分组成对比较法( g p c ) 是一种针对大样本量的有效方法，可以较大 地降低评价试验的工作量，提高试验的可行性。 第一章绪论 1 2 论文的结构 论文的第二章在介绍了声品质的概念之后，对国际、国内的声品质研究的发展作了简单 的回顾，其中包括一些评价量的计算模型、评价方法的研究以及声品质在汽车及家电领域的 应用。 论文第三章中首先对常用心理声学评价方法进行了简单介绍，并对各种方法进行了全面 比较，分析了各种不同方法的优劣与适用条件。着重对成对比较法进行了研究，分析了传统 成对比较法在评价样本量较大时的局限，并对其进行了改进。接着以车内噪声信号为例，对 分组成对比较法进行了实验验证。在此过程中，详细介绍了车内噪声的声信号样本的采集与 预处理，以及对原始声样本进行等响调节对评价结果的影响，论证了等响调节的必要性。在 介绍了主观评价验证试验的实验细节后，具体说明了分组成对比较法在本次实验中的实施过 程。 第四章从三个方面对采用分组成对比较法针对不同评价量得到的主观评价结果进行了 分析和验证。首先采用b m d l e y - t e n y 模型计算出的“m e r i tv a l u e ”值证明了实验设计的有效 性。接着采用排序法对评价结果进行分析，与b m m e y - t e n y 模型结果的良好相关性说明分 组成对比较法的可行性。最后，用排序法与语义细分法的结果的相关分析，从另外一个角度 证明了分组成对比较法的有效性。 第五章对本论文所做工作做了一些总结，并指出了本论文需要进一步探索的方向。 2 第二章声品质及其研究进展 第二章声品质及其研究进展 2 1 声品质简介 对于声学环境、声学指标评价与判断，传统的方法是普遍采用a 计权声级的客观参量 进行描述。近年来，一些研究工作的结果表明，传统的a 计权声级与人耳对噪声的主观感 受方面存在明显的差异，出现有些声音的声级已达到对人体听觉不再有物理伤害的声级范 围，但a 计权声级较低的噪声反而引起人的听觉感知更不舒服的感觉。因此，从八十年中 期开始，对噪声的分析研究的方式开始发生变化。除了降低声源的噪声发射，人们发现需要 对噪声的声发射特性进行更宽阔层面的考察，例如，噪声的时间特性和频谱结构。正是在这 种情况下，一种从人的主观感知的角度出发，采用心理声学方法研究噪声特性的概念一声 品质在欧洲被提出。随着这个新概念的提出，引起了各国研究者的浓厚的兴趣，并使得声品 质研究领域成为新兴的研究热点，这些研究也不断地完善和充实着声品质的研究内容，形成 更加完善的声品质概念。 b l a u e r t 1 9 9 4 首先给出声品质的定义：声品质是在特定的技术目标或任务内涵中声音的 适宜性声品质定义中的“声”并不是指声波这样一个物理事件，而是指人耳的听觉感知， “品质”是指由入耳对声音事件的听觉感知过程，并最终做出的主观判断。也就是说，声品 质的概念必须由人参与到听觉事件中，并根据主观心理期望进行判断，才能产生声品质。心 理声学中的声品质过程是一个通过人耳的听觉感知来。测量”声音涵义的过程 o s g o o d ， 1 9 5 2 】。 2 2 声品质的研究进展 2 2 1国外研究进展 二十世纪八十年代，获取较低汽车内、外部噪声级是汽车声设计的主要任务，汽车零部 件的声辐射也因此而得到明显改善，达到统一的能量标准。进入九十年代，研究发现汽车不 同部件有不同的排放，因此表现出不同的噪声特性。九十年代后期，用户开始追求豪华、舒 适并能反应出产品特性的声环境。声品质的概念应运而生。 声品质是表征声信号能否完好地反应特定事件声学属性的一个参量， b o d d e n 1 9 9 7 等 人指出声音既不能为没有，也不能太大，因为它必须让用户明确产品的运行状况而又不会影 响人的交流，造成不舒适感。 声品质是一个集物理学、心理学等多学科的交叉学科。近年来，欧美国家纷纷投入人力、 物力对其进行深入研究。t e r h a r d t s t o u 1 9 7 8 ，1 9 8 1 ，a n t e s 1 9 8 4 ，w e b e r 1 9 9 0 ，e l l e r m e i e r e ta l 【1 9 9 7 】等对心理声学感觉舒适度进行了研究：b e r g t u n d 1 9 8 1 c a r d o z o v a n 3 第二牵声品质及其研究进展 l i e s h o u t 1 9 8 1 】k a s t k a 1 9 8 1 m e l l e r t & w e b e r 1 9 8 1 z w i e k e r 1 9 9 1 ，i m a n n 1 9 9 2 b e i d l & s t u c k l s c h w a i g e r 1 9 9 7 等对心理声学烦恼度进行了研究。众多科学工作者进行了一系列的 试验及理论分析后，发现声音的感觉舒适度、烦恼度是由一些基本听觉感受量如响度，粗糙 度，尖锐度，音调，音阶等共同影响的结果。 十九世纪六十年代开始，出现了多元评价技术，多元化是指入耳所感受到的声品质是由 不同的感受量来描述的，不同的感受量描述人耳所感受到不同声音特性。p l o m p 1 9 6 5 】， p o l s 1 9 6 9 首次将多元评价技术应用于元音字母音色的相似性研究之后，l e v e l t 1 9 6 6 】， m i s d a r i i s 1 9 9 8 将多元评价技术应用于乐器音色的相似性研究。多元评价技术在汽车车内声 场评价方面起步较晚，亩到近几年，在m c a d a m s 的指导下，i r c a m 和汽车制造商r e n a u l t 及p s ap e u g e o tc i r t 0 6 n 合作从而对多元评价算法c l a s c a l w i n s b e r g 和d es o e t e ，1 9 9 3 】 有了更进一步的认识，声品质也因此有了更进一步的发展。 通过各国声学工作者的努力工作，目前对一些评价麓如锐度、粗糙度等已有了比较统一 的认识，在绘制了声品质评价量随其影响因素( 比如频率、卢压级、临界带宽、调制因子、 调制频率等) 变化的关系曲线的同时，对某些主观评价星进行了计算模拟，得到了参量的数 学模型 z w i e k e r ，1 9 9 9 】，几个常用评价量一些指标如表2 1 ： 。 表2 1 声品质评价量的定义影响因素厦计算模型 主观评 价量 单位及其定义影响因素计算模型 2 4 b a r k n = l n 1 ( z ) a z s o n e 4 0d b 、l k i - i z 纯音对 带宽、频潜、 0 响度 应的响度定义为 持续时间 式中：( z ) 一在一个临界带内的响度 i s o n e 。 值 s 一。l l , f r 4 。b 舶c u * 咄n g d ( 2 z ) z d z 口c “，” 声压级为6 0 d b ，中 频谱包络面、 心频率为l k h z 的临 式中：n 一临界带响度： 锐度 中心频率、带 界带窄带噪声的锐 度定义为l a c u m 。 宽 4 第二章声品质及其研究进展 | = 6 0 d 皿，l k h z 的纯音 脚k 咕 经4 h z 。1 0 0 0 a 幅度频率、掩蔽量、 0 0 0 81 ( 缸i d b b a r k ) d z 抖晃度 调制后的声音的起调制频率、带 ( 厶1 4 h z ) - i ( 4 h z ! 山) - 9 a c i l 伏程度定义为宽 式中：缸一掩蔽量； l 、i a d l 。 ，叫一调制频率。 6 0 d b ，l k i - i z 的纯音 经4 i - i z ，1 0 0 幅度 调制因子、调 粗糙度调制及7 0 i - i z 频率调制频率、频率r ；0 3 厶堕r 融巡咄， 蛹z d b | b 口r k 1 制后的声音的粗糙离差、声压级 度定义为l a s p e - r 。 p | 民= 感觉舒响度、锐度、 适度租糙度、音调 。也7 j ，局e - l 脚，禹( 1 2 4 一f - z 4 盯儡) 。- ( 0 0 h t h , ： 针对车内噪声的声品质，s i s p i n g i 鳄7 1 从心理构造的角度对车内声品质进行了研究， 他通过一系列的试验研究认为，车内声品质感知中愉悦度( p l e a s a n t 地s s ) 和力度( p o w 拙s s ) 两方面的特征最为重要。在车辆标准驾驶状态( 气门全开，部分加载，匀速) 这两个因素占 总变量的6 0 - 7 0 。其中愉悦度通过安静，响、不烦，烦恼、想望，不想望、不轰隆，轰隆、愉 悦，不愉悦、平滑，粗糙、嘈杂，不嘈杂、亲切，不亲切八组极性属性词来描述，而力度则采用 竞技，不竞技、有力，无力、动感，不动感、快速，缓慢、刺激，无趣五组极性属性词来描述。这 两组属性与愉悦度和力度的相关系数均在o 7 0 9 在最新发展的指标中，i - i a s h i m o t o 2 0 0 0 等对轰鸣指数的计算作了详细的研究。h a s h i m o t o 认为车内和车外噪声的感知主要有力度、舒适度以及频率相关特性三个方面。对车内嗓声主 要是降低3 0 0 h z 以下的低频噪声在耳膜处产生的声压感受，把这种感受称为轰鸣感( b i m i n g s c n s a t i o n ) 。针对这种感受，车辆稳态行驶哺心理声学轰鸣级( b o o 曲gl e v d ) 的结果与轰鸣感 相关性较好。而在加速时，轰鸣级的结果的相关性变差，这时采用轰鸣指数( b 砌咖gi n d 既) 来评价针对怠速以及发动机低转速时加速情况下的车外噪声，采用脉冲度来评价。 对声品质概念的不同理解会形成在评价方法上的差异，同时评价也会受到物理、心理声 学以及心理学等一系列因素的影响( b l a u c x t j c k o s c h , 1 9 9 7 ；b o d d e n , 1 9 9 7 ；f a s t l 1 9 9 7 ； g u s k i , 1 9 9 7 ) 目前采用的声品质主观评价的方法有排序法、评分法、成对比较法、语义细 分法等，关于这些方法的分析比较我们将在以后的章节中说明，在此仅对评价方法的发展作 5 第二章声品质及其研究进展 一概述。 我们知道，除了随着人的知识和认识的提高不断提出各种主观评价方法外。每种评价 方法都有其优缺点以及适用环境，因此经济、有效的评价方法的研究也是声品质研究中的一 个重要方面 在成对比较法方面，q 啪a r 1 9 9 4 】研究了主观评价听音回放顺序对评价结果的影响， 他的研究结果表明，回放顺序对结果没有显著的影响但不同的序列对评价者来说难度有差 异，他并且认为在成对比较法中，。可以只进行半矩阵的成对比较，而不用担心会出现不对 称的评价结果”另外还有研究表明啤妇，2 0 0 2 ，在成对比较法中，允许评价主体选择 相等时评价主体的错误率要比不允许主体选择相等时评价主体的错误比率低。 在语义细分法方面，c h o u s r d 和i 弛m p e l 等 c h o u a r 丑1 9 9 9 ；b u s s ，2 0 0 0 a , 2 0 0 0 b ；啦p e i l 嗍在欧盟o b e l i c s 项目的资助下，进行了德语中车内声品质评价的研究，以及德语与其 他语言( 法语和意大利语) 结果的异同性研究结果说明：在不同的文化背景下，不同的评价 主体声样本的理解和评价有很大差异。 b o c l d c n 1 9 9 s 提出的个性化测试法c m d i v i d m lt e s t ) 更适宜于企业化应用，b ( x l d c l l 认为这 种方法发挥了评价人员的主观能动性，可以大量减少评价工作量。但这种评价方法由于太。自 由”，缺乏有效的试验进程引导和控制，特别是对评价经验不是很丰富的评价人员来说，容 易造成评价进程的混乱 对于试验室评价与现场评价的比较也有不少学者进行了研究，b r a m b i l l a 等【l 鲫叼对试验 室回放和台架试验两种评价条件下的烦恼度评价进行了比较。结果说明两种一致性较好，但 两者的差异显示两种方法又各有优缺点。r o r a c h e r 等【1 9 蚓对车辆实际行驶条件下非稳态情 况的声品质评价进行了研究，他们采用的时间区域下的成对比较法得出了满意的结果。 f a r i n a 等【1 9 9 。7 】提出不需采用双耳记录的信号进行主观评价的方法，而是采用车内采样 的声信号卷积计算得到评价信号。f a r i n a 的研究结果说明。采用数学方法得到的信号进行评 价与车内评价相比有较大的优越性 2 2 2 国内研究进展 我国对于声品质方面的研究，比较多的是关于室内音质评价、语言及音乐评价等方面的， 对这方面的研究成果在此不列举。对于车内声品质方面的研究，国内起步较晚，基础相 对比较薄弱。 在有关传统a 声级不能完整描述人的主观感受方面，我们在进行上海汽车基金项目， 采用仿真头双耳技术分析桑塔纳轿车车内噪声时得到证实【同济大学，1 9 9 8 】。作为车内声品 质的初步探索，韩涛 2 0 0 3 】以汽车关门声和汽车空调压缩机噪声为例，研究了汽车不同零部 6 第二章声晶质及其研究进展 件所表现出的不同声品质特性。论文中对声品质评价述语的调查研究、评价方法的初步探索， 以及对响度调节方面的研究为以后的工作奠定了一定的基础。毛东兴【2 0 0 3 】针对我国人群， 在我国的文化背景之下第一次系统地研究了车内声品质的主观评价与分析方法并建立了实 际路况下采集的声样本库。文中建设性地提出了精确统计成对比较试验结果中三角误差的统 计方法，并提出了主观评价方法在具体应用中的改进性设计 2 3 声品质的应用 随着对人感觉的关注，声品质越来越受到人们的重视。尤其在与人关系比较密切的家电、 汽车等领域声品质已有了广泛的应用。在汽车业，由于背后有着强大的经济力量的支持，各 国的声学专家对该领域的研究非常深入和广泛，几乎涉及到汽车的方方面面，在此仅对比较 多引起注意的几个方面作简单的概括 h e t h e r i n g t o n & h i l l 1 9 9 7 研究了汽车排气消声系统的声品质评价的仿真方法。他们采用 了软件仿真与噪声记录相结合的方法得到所设计排气系统的声品质听音评价声样本。这种 方法不需制作设计模型可以快速有效地评价所设计排气系统的声品质特征，提高了产品设 计的效率降低了研发的成本 j a y m 等 2 0 0 1 对非稳定状态下的嗡嗡声、吱吱声、卡嗒声研究表明，用a 计权声级或 稳定状态下响度的方法已不能用来表征这种情况文中以汽车座位处测量的声信号为例，介 绍了两种不同边界条件下的结果和信号转换工具 z h a n g & v & t i z 1 9 9 7 以电动摇窗机为例，研究了汽车用户对电动窗的听觉感知的主要因 素和偏好特征，并得出噪声强度、音色变化以及锐度是三个主要参数其中强度( 包含了响 度、粗糙度等特征) 为最主要的因素，用户更加偏好于这些参量值较低的产品而且。用户 在窗升和降( 窗玻璃打开和关闭) 的过程中。对声品质的心理期望是一致的 汽车关门声的声品质评价也是汽车声品质研究的一个热门内容。c h a m p a g n e & a m m a n 1 9 9 7 采用计算汽车关门声的l 3 倍频程的重，t j , ( c e n t e ro fg r a v i t y ) 的方法来评价关门 脉冲声的锐度特征，结果与a u r e s 模型以及商业软件的分析结果取得一致。在关门脉冲初期 撞击中所包含的高频成分越多其重心值( c g ) 和锐度也就越大，而后续的低频噪声能量可以 有效抵消早期的高频成分。达到改善听觉感知的目的。在韩涛 2 0 0 3 1 的论文中，对轿车关门 声的声品质评价也进行了研究 p f l u c g e r m s m e c k l s e h w a i g e r w 【2 0 0 1 指出一种a v lv o i c e 系统被应用在商业汽 车领域，能客观地分析“烦恼度”、“力度”等声品质评价量。同时指出，对商业汽车，车内 的振动质量同声质量一样也变得很重要。对制造商来讲，用这种趟几v o i c e 系统的益处在 于不仅能减小研发工作量。而且可以定义振动质量参数和进行基准测试 除了在汽车产品方面。声品质的研究还涉及到电器产品领域，f a s t l 【2 0 0 0 对九种电动剃 7 第二章声品质及其研究进展 须刀产品的声品质进行了主观评价研究，主观评价结果与酉分响度具有较高的相关性，从而 证明了响度是声品质评价中的决定性参置，而经过响度调节后的评价结果出现较大差异，因 此他建议在声品质评价中尽量采用原始声样本来进行。 法国i r c a m 对空调器的室内单元的声品质评价进行了研究，他们采用偏好性主观评价 对空调器室内机噪声进行了分析，得到了富有成效的分析结果 s u s i n i ；z o o z 。j 皿b r 等 2 0 0 t 】 对在瓜g 氏m 应用的两种评价方法进行了比较，即感知评价法c s 哪o r y 勘山越m d 5 0 d ， 简称s 日旧与心理评价法( p s y c h o p h y s i c a le v a l u a t i o nm e t h o d ，简称p e m ) 。比较的结果表明， 两种方法在评价空调室内机噪声中均很有效，而且可以得到与物理量相关的描述指标。两种 方法中，s 量m 在偏好评价方面包含了更多的信息但相对与p e m 而言s e m 的结果较难 诠释而且在实现上过程上也较复杂。 l s h i y a m a h a s h i m m o 2 0 0 0 研究了交通噪声的频率成分对声品质的烦恼度因子的影响， 证实了交通噪声中的高频成分对烦恼度的重要贡献，并建立了烦恼度与粗糙度、锐度以及等 效连续a 计权声级之间的关系模型，他们的研究结果为我们在交通噪声的防治方面从声品 质角度着手提供了一些依据。 s 第三章分组成对比较法与主观评价实验 第三章分组成对比较法与主观评价实验 3 1 心理声学评价方法 心理声学所讨论的范畴是介于主观和客观之间的情况。声学专家在做一个声学设计往往 要考虑到听者的主观感受，符合他们的需求。获得特定群体对于声音设计样本的评价，需要 使用一些特定的心理评价方法。常用的主观评价方法有排序法、评分法、成对比较法、语义 细分法等 o t t o m & a m m a l l s ，1 9 9 9 对于声品质的主观评价。一般来说，都是在实验室中 完成的。评价方法要根据评价任务和要求的不同来确定。针对不同的测试目的采用与之相适 应的评价方法可以让主体的评价结果更为准确可靠。下面所述是目前国际上常用的几种评价 方法 a ) 排序法( r a n k i n g ) 排序法是主观评价方法中最为简便的方法之一实验要求听者将一组编过号的声音样本 ( 1 , 2 ，3 n ) 按照几个不同的指标( 如：喜好程度，烦扰程度) 排序。评价中声音样本被连 续播放。捧序法评价声音样本数目相对较少，一股采用6 个左右因为样本过多，则会由于 不同的排列组合使得排序工作很繁复。这个方法的主要缺点是不能给出一个相对的衡量标 准，而只能得出声音甲比声音乙要好的结论，具体好多少。好在那里都无法得到。因此排序 法的结果无法用来同客观评价结果作比较捧序法常用于几个声音设计最终结果好坏的评 价。 b ) 评分法( r a t i n gs c a l e ) 评分法是一种比较常用的方法，它用客观分值来记录听者对于声音的不同反应。听者要 对听到的声音在设定的评分范围内评分( 如1 1 0 ) 。评价中声音样本按顺序播放，而且不能 重播。因此这个方法的特点是简便快捷，可以赢接获得评分结果。但是对于没有经验，未经 培训的听者将很难取得满意效果。其主要缺点是： 1 用数字来表达对某声音的感觉并非人们习惯的方法没有经验的听者对数字“1 ”， 。3 ”，。8 ”具体代表何种感受没有概念。人们不可能用这些数字去直观的表达对声音的感受， 他们往往习惯用“响”，“粗糙”等来形容 2 不同的听者会使用不同的评分范围，有些人会使用较小的评分范围，有人会使用较 大的评分范围。 3 极端值( 如1 和1 0 ) 通常不会被使用由于听者听的是连续的声音样本他们会担 心一旦使用了极值，会因为下面的一个声音样本会超过前一个而导致无法给分 4 得到的主观数字评价几乎不可能与客观评价结果相比拟。仅可以得到两者的影响趋 9 第三章分组成对比较法与主观评价实验 势 使用这种评价方法会给未经培训的主体造成困难，使用时要考虑评价者的客观因素。 c ) 成对比较法( p a i r - c o m p a r i s o n ) 成对比较法( p c 法) 又称a m 比较法，它是将声音样本成对播放，听者据此做出相关 的比较评价通过a b 两种信号对比测试，人耳能够分辨出两种听觉事件的微小区别。然 而。在日常生活中，入耳必须能够在没有参考声音的情况下直接评价声品质，但却不能通过 直接听音来获得声音事件的绝对量。某些被归类到烦恼一档的具有不同时频特性的声音即使 降低其声级也同样令人烦恼。因此，人耳听觉不能够获得绝对声级、响度等参量，而是根据 声音事件形成自己的参考声音图像，从而将听到的声音与参考声音比较而分类。运用成对比 较法，可以完成以下三种评价任务： 1 检测一用来让听者指出两个样本中那个含有需要被侦测的声信号。比如：为了检测 一个被宽带噪声掩蔽的纯音，可用掩蔽声作为其中一个样本和多个混合声配对每对中的混 合声所含纯音声级不同 2 评价一这个方法中，听者要以某个评价标准对听到的成对声音的表现做出相关判断。 其中“偏爱度”这个标准经常被使用。有时两个样本听起来都不够舒服，那么就使用“烦恼 度”作为标准。如果要使用诸如“响度”，“粗糙度”作标准，那么必须要确定听者能够在样 本中区分这些特点。这个任务中也可以加入一些变化，比如在比较对两个样本的偏爱度的同 时说明具体偏爱程度的多少，可以用1 1 0 来表示。 3 相似性判断一这个方法与以上两个不同，它不要求做出选择，而要做出相似性上的 判断。声音同样被播放两遍，而后对这两者的相似性做出评价。听音者两端分别是“非常相 似”，“完全不相似”且没有刻度的直线上描述出自己的感受。试验中所有的组合都要被评测 过，而且每个声音者5 要和它自己配对作比较来了解听者的感觉是否准确。最后，可以在直线 上放上刻度得到一个量化的评价 由于成对比较法是相对评价，而不是绝对评价，听音者可以不用顾忌的做出评价，因此 成对比较法非常适合那些无经验者使用。成对比较法的实验设计与分析相对简单。已经有很 多运用成对比较法的例子也得出满意结果。成对比较法的缺点是当样本较多时，比较的次数 较多( n 鼍s 况h 眈) ) ，容易引起评估者的疲劳。而且相关分析经常包含多重的变量，要获 得多重回归分析的精确系数需要评估者的数目也较大。 d ) 语义细分法( s e m a n t i cd i f f e r e n t i a l ) 语义细分法是让听者运用一些形容词来对声音样本进行主观评价，这些形容词往往是成 对的极性化形容词( 意义相反的一对形容词) 。如重一轻、平滑一粗糙，强烈的一微弱的等。 把他们各置两边，中间使用一些量度评价词，五个，七个或者更多。听音者可以在上面的表 1 0 第三章分组成对比较法与主观评价实验 中选择一个代表自己的感受。这个方法可以在很多场合中使用。效果也往往不错。很适合那 些没有经验，未经培训的人。一个典型的7 区评价表如下所示。 极度 非常 有些 都不是有些非常极度 安静喧闹 采用极性化词汇描述噪声的极性轮廓，针对不同类别的噪声，语义形容词组必须进行专 门的设计并通过主观评价来验证。语义词组的设计需要考虑到以下四点 c h o e a r d , 1 9 9 9 ； 1 所选择的词汇项目与要评价的内容的相关性； z 词汇项目的两极性，或反义词的存在与否； 3 词汇项目反应不同噪声特征的代表性： 4 所选择词汇与评价的噪声特征的足够高的灵敏度。 e ) 多维度分析( m u l t i d i m e n s i o n a la n a l y s i s ) 由于声音的复杂性，因此无论从声学还是感知的角度来看，它都具有多维度 ( m u t a t i o n ) 的特点，而且并不是所有可能的维度都已有心理物理的特性描绘。由此看来， 对与特定物体相关的声音的主体，要恰当地描绘它的声特征，在声品质开发研究阶段确定其 特征维度的数目就显的特别重要。同时，用类似的方法确定声源的品质或烦恼度的多维度本 质，以及他们组合或单独地对感知显著维的贡献。多维度正是说明了感知声品质是由一系列 描述不同声特性的独立感知纬度组成的特质法国i r c a m 的研究人员 s u s i n l1 9 9 9 发展了 称为c l a s c a l 的多维标度： 础= - t 言t k 一知l r + v c 墨+ 墨，了打 。- ， d - 王 其中以为激励i 沿其特征维度的坐标的平方，y 膏为由源赋予的对所有特征纬度的计权似 0 ) 。特征维度量代表维度感知强度的平方。 3 2 评价方法的比较 由上一节对几种常用的主观评价方法的介绍可以看出，每种方法都有其适用的条件和一 定的局限性。表3 1 中列出了这几种方法的多方面特性，诸如评价时间、评价精度等，以方 便我们根据特定的评价目的选取合适的评价方法。 第三章分组成对比较法与主观评价实验 表3 1 心理声学评价方法特性比较 评价方法评价类别评价时间宰评价精度评价难易 困难( 取决于样本相似程度 评分法绝对值 l = r n 以及所评价的特征) 困难( 取决于样本相似程度 排序法绝对值 l = r n 以及所评价的特征) 成对比较法 + 相对值，= r n 2 易行 三循环法+ + 绝对值 j = r n 语义细分法或 + 多种特性组合 j = r n t 相对值 绝对值 j = r n 多维评价法或 + 多种特性组合 j = r n 1 相对值 绝对值 个性测试法及自由决定+易行 相对值 ( 簇t 彩 评价方法结果类型结果应用性备注 不适于细微差了：评价次数； 评分法比例尺度绝对评价，可直接应用 别样本n ：样本数量； 不适于细微差 r ：重复次数 排序法比例尺度绝对评价，可直接应用 别样本 成对比较法 难于确定阈值，适于阈尤其适于细微 分级 三循环法 值受控情况差别样本 完整的成 语义细分法比例尺度解析相关特性维度基础调研开销大 对比较 多维评价法比例尺度 解析相关特性维度基础调研开销大 对细微差别样本也可综合了绝对和 个性测试法比例尺度 作绝对评价 相对评价优点 1 2 第三章分组成对比较法与主观评价实验 从上述列表中，可以看出： 评分法和排序法虽然可以得出绝对评价值。但却不能准确评价出差别不大的样本。同时， 根据人的记忆规律，所听样本数目过多，与前面所听样本间隔时间较长时，容易忘记前面所 听到样本。因此，评分法和排序法仅适用于样本差别较大且数目不多的情况。多维评价法可 以解析相关特性的维度，得到评价的绝对值或相对值，但对样本多维特性的基础调研开销较 大。个性测试法结合了相对和绝对评价的优点能对细微差别的样本做出绝对评价，但却不 适用于没有经验的评价主体。在众多方法中，成对比较法、语义细分法被普遍采用，被证明 是比较准确、可靠、易行的评价方法。成对比较法可以使评价主体快速、准确地得出评价量 的相对值，语义细分法则可以根据实际情况得出评价量的相对或绝对值。但针对具体情况， 由于方法本身的局限性，有时直接使用这两种方法并不能达得到理想的效果。为此，很多声 学工作者在具体的实验过程中，对方法本身进行了一定的改进。b o d d e n 等 1 9 9 8 在针对齿 轮箱r a t t l e 噪声的声品质评价时，考虑到齿轮箱r a t t l e 噪声和发动机的k n o k i n g 声比较接近， 提出了一种易于区分这种细微差别的高效评价方法一个性化评价。其类似于成对比较法，但 评价个体具有更自由的选择，评价个体首先对所要评价的源进行初步的分类，然后再对各源 信号任意选择成对比较次数，以得到对所有源的更准确的排序及绝对分值。这样评价者可以 更加侧重辨别非常类似声音之间的细微差别结果表明，个性化评价法所得的结果与绝对评 价和成对比较法的结果的一致性也比较好。 在实际应用中，应根据不同的实验目的和要求、不同的评价主体，选择适当的评价方法。 3 3 分组成对比较法的提出 3 3 1 传统成对比较法的局限 从上一节的分析中可以看出，成对比较法是一种比较有效且容易得出相对结论的主观 评价方法，但传统的成对比较法却有其本身的局限性。首先，从时间上来看，这种方法所需 时间与样本个数的平方成正比，评价时间会随着样本数的增多而飞快增长。根据国外声品质 评价中试验设计的普遍经验和方法，每个评价者一次的评价时间以2 0 - - 一3 0 分钟为宜，最长 不应超过4 5 分钟，而且要求每次评价之间休息时间在3 0 分钟以上。经过计算，当样本数量 超过1 2 个时一次评价时间便会超过3 0 分钟。而在实际的实验中，所采集样本数常常会超 过1 2 个。 其次，对于评价主体来讲，当样本量较大。评价时间过长