（声学专业论文）声品质主观评价语义细分法研究.pdf

摘要 摘要 声品质研究是近年来声学领域的一个新兴研究课题，在汽车、家电等领域 得到越来越广泛的应用。主观评价方法研究是声品质研究的一个重要方面。论 文借鉴国内外的声品质研究成果，针对语义细分法( s e m a n t i cd i f f e r e n t i a l ) 评价 过程中存在的评价难度、评价结果离散性较大及评价重复性较差等问题，提出 了一种改进的声品质主观评价试验方法一参考语义细分法( a n c h o r e d s e m a n t i c d i f f e r e n t i a l ) 。论文中详细介绍了参考语义细分法的原理及设计方法，并以车内 噪声为评价样本，通过对评价结果的统计分析及与其它评价方法结果的对比分 析，验证了该方法的可靠性和准确性。 论文首先介绍了声品质的概念，系统地概括了国内外的声品质研究进展以 及声品质在汽车及家电领域的应用。并对常用的几种心理声学评价方法进行了 简单介绍和比较全面的对比，分析了各种不同方法的优劣与适用条件。 然后以轿车车内噪声信号为例，采用a s d 和s d 分别进行了主观评价试验。 并基于实验数据通过以下四个方面的分析，对a s d 进行了验证： 1 标准偏差分析：对于绝大多数样本，a s d 得到的标准偏差小于s d 得到 的。从而验证了a s d 在各个评价个体间获得的一致性优于s d 。 2 响度计算值与评价值相关分析：两种方法得到的评价值与软件计算值相 关系数均较高，说明对于响度，s d 与a s d 的评价结果都是可靠的。 3 实验重复性分析：对于显性评价量( 如低沉和响度) ，a s d 的评价重复性 明显提高；而对于隐性评价量( 如偏好和烦恼) ，a s d 与s d 保持一致的 重复性。说明对于难以评价的量，a s d 可以提高评价的重复性。 4 a s d 和s d 两种方法与成对比较法( p c ) 评价结果的相关分析：对于隐性参 量，a s d 与p c 结果更接近；而对于显性评价量，a s d 、s d 和p c 结果 均比较接近。说明对于隐性参量a s d 优于s d ，而且a s d 同样也适合对 显性评价量进行评价。 最后综合试验及分析结果得到结论：a s d 比s d 具有更好的可靠性，而且 对于特征不明显的隐性参量，a s d 具有比s d 更佳的评价准确性和重复性。 关键词：声品质，主观评价，语义细分法 a b s t r a c t a b s t r a c t 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 s w i d e l ya p p l i e di n a u t o m o b i l ea n dh o m ee l e c t r i ci n d u s t r y s u b j e c t i v ee v a l u a t i o ni sa l li m p o r t a n ta s p e c ti n t h es o u n dq u a l i t ys t u d y i nt h i st h e s i s ，b a s e do nt h ef o r e i g nr e s e a r c hr e s u l t s ，a n i m p r o v e de x p e r i m e n t a ls e m a n t i cd i f f e r e n t i a lm e t h o df o rs u b j e c t i v ee v a l u a t i o no f s o u n dq u a l i t yi sb r o u g h tf o r w a r d t h en e wm e t h o d - a n c h o r e ds e m a n t i cd i f f e r e n t i a l ( a s d ) d i s p o s e st h ed e f i c i e n c i e si nt h et r a d i t i o n a ls e m a n t i cd i f f e r e n t i a lm e t h o d ( s d ) ， s u c ha st h ed i f f i c u l t yw i t he v a l u a t i o n ，t h ed i s c r e t i z a t i o no fe v a l u a t i o nr e s u l ta n dt h e i n f e r i o re x p e r i m e n tr e p e a t a b i l i t ye t c t h eb a s i cp r i n c i p l ea n dt h ed e s i g ns c h e m eo f a s da r ce x p l a i n e di nd e t a i la t 觚t a n dt h e nt h en o i s e sc o l l e c t e do na c t u a la s p h a l t r o a dw i t hb i n a u r a ld u m m yh e a da r et a k e na s s a m p l e st og i v e a ne v a l u a t i o n e x p e r i m e n t b yc o m p a r i n gt h ee v a l u a t i o nr e s u l to fa s da n do t h e rm e t h o d s ，t h eb e t t e r r e l i a b i l i t ya n da c c u r a c yo fa s d i sv a l i d a t e d i nt h i sp a p e r , t h ec o n c e p to fs o u n dq u a l i t yi si n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h er e c e n t d e v e l o p m e n t sa sw e l la st h ea p p l i c a t i o n si nr e l a t e df i e l d so fs o u n dq u a l i t ya r c g e n e r a l i z e d ab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h ev a r i o u sf r e q u e n t l yu s e dp s y c h o l o g i c a l a c o u s t i c se v a l u a t i o nm e t h o d si sa l s op r e s e n t e d b yc o m p a r i n gt h e s em e t h o d s ，t h e s u p e r i o r i t ya n di n f e r i o r i t yo fe a c hm e t h o da n dt h e i rr e s p e c t i v eo p t i m a la p p l i c a t i o n c o n d i t i o n sa r ea l lp o i n t e do u t t ov a l i d a t et h ea s d ，s 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 t so ft h ec 盯i n t e r i o rn o i s e s a r ca r r a n g e dw i t hs da n da s d f u r t h e r m o r e ，b a s e do nt h ee x p e r i m e n tr e s u l t s ，t h e a n a l y s e sa tf o l l o w i n gf o u ra s p e c t sa r ep r e s e n t e d ： 1 t h es t a n d a r dd e v i a t i o na n a l y s e s ：f o rm o s te v a l u a t i o np a r a m e t e r s ，t h e s t a n d a r dd e v i a t i o nd e r i v i n gf r o ma s di sl e s st h a nt h a td e r i v i n gf r o ms d ， s ot h ec o h e r e n c ea m o n gt h ee v a l u a t i o ns u b j e c t so fa s di sv a l i d a t e dt ob e b e t t e r 2 t h ec o r r e l a t i o na n a l y s e sb e t w e e nc a l c u l a t e dv a l u e sa n de v a l u a t e dv a l u e s o fl o u d n e s s ：t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sb e t w e e nt h ec a l c u l a t e dv a l u e s a n dt h ee v a l u a t i o nv a l u e so ft h et w om e t h o d sf o r1 0 u d n e s sa r eb o t hn e a r 玎 a b s t r a c t t o1 t h e r e f o r e ，t h er e s u l t so f a s da n ds da r eb o t hp r o v e dt ob er e l i a b l e 3 n ee x p e r i m e n tr e p e a t a b i l i t ya n a l y s e s ：f o rt h ee v a l u a t i o np a r a m e t e r s w i t h o u tm a r k e dc h a r a c t e r , t h ee x p e r i m e n t r e p e a t a b i l i t yo fa s di s o b v i o u s l yb e u e r t h a ns d ；f o rt h em a r k e dc h a r a c t e re v a l u a t i o np a r a m e t e r s i ti st h es a m e i ti s p r o v e dt h a ta s dc a ni m p r o v et h ee x p e r i m e n t r e p e a t a b i l i t y 4 t h ee v a l u a t i o nr e s u l tc o r r e l a t i o na n a l y s e sb e t w e e nt h et w om e t h o d sa n d a n o t h e rm e t h o df l a i r - c o m p a r i s o n ) ：f o rt h ee v a l u a t i o np a r a m e t e r s w i t h o u tm a r k e dc h a r a c t e r , t h er e s u l to fa l s di sc l o s e rt op ct h a ns d ；f o r t h em a r k e dc h a r a c t e re v a l u a t i o np a r a m e t e r s ，t h er e s u l t so ft h et h r e e m e t h o d sa r en e a r l yt h es a m e i tc a nb ec o n c l u d e df r o mt h ee x p e r i m e n ta n dt h ea n a l y s e sr e s u l t st h a ta s di s p r o v e dt ob em o 陀r e l i a b l ea n d h a v eb e r e re x p e r i m e n tr e p e a t a b i l i t ya n da c c u r a c yt h a n s d ，e s p e c i a l l yw h e nt h ee v a l u a t i o np a r a m e t e r si s ar e c e s s i v ep a r a m e t e rw i t h o u t m a r k e dc h a r a c t e r k e yw o r d s ：s o u n dq u a l i t y , s u b j e c t i v ee v a l u a t i o n ，s e m a n t i cd i f f e r e n t i a l i i i 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：缮嘘厄 触年3 月占日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在2 - 年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 够 学位论文作者签名： 张右 j 如s年多月e 日孵年) 月f 矿e t 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，独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，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享有著作权的内容。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。 签名：磊宝盘 田s 年) 只| 甚e t 第1 章引言 第1 章引言 1 1 课题的研究背景与意义 声品质是心理声学应用研究的一个重要方面，很长一段时间以来，声品质 的研究主要集中在音乐以及电声行业( 包括厅堂音质的研究) 。近年来，随着对 人的主观感受的关注，声学工作者逐渐认识到，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。声品质逐 渐引起其他工业产品行业的兴趣，尤其是在汽车工业领域，因为市场调查研究 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。 自b l a u e r t 1 j 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，并逐渐形成和完善声品质研究的理论。 对于声品质方面的研究，国外起步较早，由于在众多行业( 如汽车、电器、 机械、交通等) 有着强烈的应用需求，心理声学以及声品质的研究在国外成为 热门的研究领域，大多数大学都建立了专门从事心理声学研究的系科或实验室， 并且已经取得了一些研究成果。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，如语义细分法，成对比较法等；在声品质 评价参量方面，国外研究者根据大量主观评价实验的结果，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其内在本质的共同性，又存在 不同环境和背景下的差异性。 对于语义细分法，国际上已有诸多的文献发表1 2 & 4 捌，但是现有的方法还存 在一些方法上的问题，比如评价难度、评价准确性、评价重复性等都有待于改 进。此外，对于声品质的认识与认识主体的认知、情感、社会背景、经历以及 所处的行为状态密切相关1 6 j ，不同文化背景下的人们对相同噪声情况感受不一 样，这一点可以从欧洲国家评价主体和同本评价主体的比较可以看出1 7 】。采用其 第1 章引言 它国家已有的评价参量不能很好地适合我国人群的实际情况，因此，建立符合 我国主体感知特征的评价参量就显得尤为重要。 我国国内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。但是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 关行业对心理声学以及声品质的研究的需求必然会逐渐增加。 本论文借鉴国外声品质研究成果，针对实验室中应用语义细分法( s e m a n t i c d i f f e r e n t i a l ) 评价过程中存在的评价难度、评价结果离散性较大及评价重复性较 差等问题，提出了一种改进的声品质主观评价实验方法参考语义细分法 ( a n c h o r e ds e m a n t i cd i f f e r e n t i a l ) 。论文中详细介绍了参考语义细分法( a s d ) 的设计方法，并以车内噪声为评价样本，通过对评价结果的统计分析及与其它 评价方法结果的比较分析，验证了该方法的可靠性、重复性和有效性。研究分 析结果表明：相对于语义细分法( s d ) 而言，参考语义细分法( a s d ) 具有更 好的可靠性，尤其是在对特征不很明显的隐性评价参量的评价，参考语义细分 法( a s d ) 具有更高的评价重复性和准确性。 1 2 本论文的主要内容 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。着重分析了传统 语义细分法存在的局限性，从而针对这些缺陷对其进行了改进性实验设计，提 出了参考语义细分法，并详细给出了参考语义细分法的设计原理及过程。接着 以车内噪声信号为例，采用参考语义细分法和语义细分法分别进行了主观评价 实验。在介绍了主观评价验证实验的实验细节后，具体说明了参考语义细分法 在本次实验中的实施过程。 第四章从四个方面对采用参考语义细分法评价不同参量得到的主观评价结 果进行了对比分析和验证。首先，采用标准偏差分析证明了参考语义细分法得 到的评价结果比语义细分法的评价结果的离散程度有了明显的改善；其次，采 2 第1 章引言 用a r t e m i s 软件计算的样本响度值与参考语义细分法的响度评价值进行相关性分 析，证明了评价结果的有效性；接着对两种方法各自的实验重复性进行对比得 出：对于评价特征不明显的隐性评价参量，参考语义细分法有明显的优势；然 后，从a s d 和s d 两种方法的评价结果与成对比较法( p a i r - c o m p a r i s o n ) 的评价结 果的相关性分析再次验证了a s d 方法在对特征不明显的隐性评价参量评价中的 优越性；最后，对采用a s d 、s d 、p c 三种方法评价结果的分布图进行比较， 以一种直观的方式表述了上述结论。 第五章给出了本论文的结论，并对两种主观评价方法的优劣进行了总结比 较，最后指出了本论文需进一步探索的方向。 3 第2 章声品质研究内容及进展 第2 章声品质研究进展及应用 2 1 声品质概念 声品质( s o u n dq u a l i t y ) 是近年来声学领域的一个新兴的研究课题。传统 的噪声分析研究一直是致力于降低声源的噪声发射，但随着技术的发展，许多 声源的噪声发射已得到有效控制和改善。例如，高档轿车在1 2 0 k m h 时速时的 车内噪声已达到7 0 d b ( a ) 以下，这样的声级已是对人体听觉不再有物理伤害的声 级范围。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。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，虽然有些声音的声级已达到对人体听觉没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。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 概念声品质在欧洲提出。随着这个新概念的提出，引起了各国研究者的浓 厚兴趣，并使得声品质研究领域成为新兴的研究热点，这些研究也在不断地充 实和完善声品质的研究内容，形成更加完善的声品质概念。 b l a u e r t 在1 9 9 4 年首先给出声品质的定义l l j ：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，而是指入耳的听觉感知，“品质”是指由人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1 8 l 。 因此声品质研究不仅仅要求降低噪声的声压级，而是能够依据顾客的主观 评价，通过合理有效的措施，使产品的噪声听上去不仅仅是客观上的安静，而 且尽可能产生主观上的愉悦。甚至还要使不同的产品有各自独特的噪声特性， 给产品打上一个“声学标签”。另外，由于声品质是以人的听觉为主体的，而人 4 第2 章声品质研究内容及进展 类的听觉喜好是会不断发展变化的，因此声品质也会随着人类的听觉喜好而发 生变化，也就是说声品质概念是一个不断发展完善的概念。 2 2 声品质的研究进展 2 2 1国外研究进展 声品质( s o u n dq u a l i t y ) 是二十世纪八十年代中期开始兴起的研究课题。其 实最早在1 8 8 3 年，s t u m p 就提出声特性( s o u n dc h a r a c t e r ) 的概念，用于描述具 有相同声级不同感受的声事件的物理特性。s t u m p 的声特性概念目前可以找到的 与心理声学有关的最早概念。但是由于当时的技术水平所限，许多产品的噪声 级还对人体听觉有物理伤害，因此降低产品的噪声级是当时的主要任务，对于 声特性的研究并没有受到非常多的重视。 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 ，a u r e s ，w e b e r ，e l l e r m e i e r 等对心理声学感觉舒适度进行了研列9 , 1 0 , i i , 1 2 ；b e r g l u n d ，c a r d o z o & v a nl i e s h o u t ， b e i d l s t u c k l s c h w a i g e r 等对心理声学烦恼度进行了研究【1 3 , 1 4 , 1 5 】。众多科学工作 者进行了一系列的实验及理论分析后，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。 c a r d o z o 和v a nd e rv e e n ，c a r d o z o 和v a nl i e s h o u t 对声品质进行了主客观方面的 研究后指出：描述声特性的某些参数，如声级等，通过量的高低来评价，其它 则通过声品质好坏来进行主观感受上的评价。s c h i c k 花了大量时间对声品质进行 了深入的研究之后得到如下结论1 1 6 , 1 7 j ： 在对声品质进行综合评价时，不同主体会选取不同的评价参量，而且不同的 评价量所占据的份量也不一样，这和主体的认知、情感等有关。 主观评价结果是噪声控制及产品声设计的基础，它可以让声学工程师们鉴别 出哪些声学量需要修正，为设计出用户满意的声环境提供依据。 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 l a u e r t 、b o d d e n 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1 1 8 , 1 9 】。 十九世纪六十年代开始，出现了多元评价技术，多元化是指人耳所感受到的 5 第2 章声品质研究内容及进展 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 o l s 首次将多元评价技术应用于元音字母音色的相似性研刭删。之后， l e v e l t 将多元评价技术应用于乐器音色的相似性研究【2 1 1 。 国外对于声品质的研究已有几十年历史，科学家们总结出了各种主观量及 计算模型和评价方法。 在主观参量方面，自1 8 8 3 年s t u m p 首次提出声特性的概念以来，众多研究 者一直致力于声的物理、心理特性的研究，并在不同的时期不断提出一些描述 声特性的一些指标或参量。为简单明了起见，我们采用列表的形式给出声特性 参量的发展历程( 见表2 1 ) ，有关这些参量的详细的描述，可以查阅这些研究者 的相关文献( 表中所列出的文献的年份省略前两位的都表示1 9 x x ) 。 表2 1 声特性描述量的发展 学者知觉特征理论基础或方法 h e l r a h o l t z 6 3 ，g u e r n s y 2 8 ， 音调，音韵音乐的音调理论 l u n d i n 4 7 ，t e r h a r d t 8 4 】 h e l m h o l t z 9 6 】 响度，音高，音色知觉悦耳理论 h o m b o s t e l 【2 6 】 响度，音高，音量，密度 带通噪声特性 s t e v e n s 3 4 】 密度，明亮度 幅值估计方法 o s g o o d 5 2 7 5 1 ，h o f s t i i t t c r 定值，活力，潜力语义细分法 【7 5 ，k a s t k a - b u c h t a 【7 0 p l o m p - l e v e l t 6 5 】 抖晃强度知觉悦耳理论 3 8 0 对形容词的因子分 h a w e l 6 7 】 2 1 对两极描述语 析结果 k r y t e r 7 4 】 响度，粗糙度，锐度，愉悦度 知觉愉悦理论 语义细分法和多维刻 b i s m a r k 7 4 】 锐度，密度，硬度，明亮度 度 6 第2 章声品质研究内容及进展 1 7 种环境噪声的成对 t e r h a r d t s t 0 1 1 1 8 1 】 抖晃强度，锐度，粗糙度，音调 偏好评价结果 t e r h a r d t l 7 4 1 8 1 1 1 8 4 1 ，m e u e r t - w e b e r 7 8 8 1 ，z w i c k e r 8 2 ， a u r e s 8 5 ，h e l l m a n 8 5 ，p r e i s 粗糙度，锐度，抖晃强度，宏亮车内声品质的烦恼度 【8 7 1 ，w e b e r 9 0 ，k o h l e r - 度及成对比较法 k o t t e r b a 9 2 ，h e l d m a n 9 4 ， d a n i e l 9 5 】 g a b r i e l s s o n - l i n d s t r 6 m 【8 5 】 两极形容词声再现系统的声品质 h 6 9 e r 【8 6 1 8 7 】 音高，明亮度，谐音密度，评估内容分析及多维刻度 b o e m a k 【9 4 】 明亮度，柔和度汽车发动机噪声评价 b i s p i n g 【9 4 】 锐利一沉闷，金属的一低沉的轿车关门声的评价 b i s p i n g 【9 4 1 ，b i s p i n g - g i e l f l 音高，脉冲度，音色车内声品质评价 【9 6 】 b i s p i n g 【9 5 1 1 9 7 】 强一弱，愉悦一不愉悦汽车发动机噪声评价 轿车关门声成对偏好 v a i ld e ra u w e r a e re ta 1 【9 7 1 坚固 评价 b e i d le ta 1 【9 7 】响度，锐度，周期性，脉冲度a v l 烦恼度指数 h a s h i m o t o 【2 0 0 0 】 轰鸣级，轰鸣指数车内声品质评价 虽然一些评价指标很早就提出，但对这些指标的研究还在不断地深入进行。 在这些参量中，响度被认为是相对成熟的指标，并且对稳态噪声的响度计算已 经有了相应的国际标准 i s o5 3 2 1 ，对于非稳态噪声的响度计算的国际标准也将 在近年内有望颁布。s u s i n i 等对时变信号的响度估计进行了分析，对于时变以及 不同持续时间的信号，采用连续和非连续估计两种方法进行了比较实验f 2 2 1 。除 了响度，声学专家们还提出了另外一些主观量的计算模型，目前对锐度、抖晃 度、粗糙度、舒适度等主观量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、声压级、临界带宽、调制因子、调制频率等) 变化 的关系曲线的同时，对某些主观评价量进行了计算模拟，得到了参量的数学模 型四l ，但是计算模型大都是国外研究得出的经验公式，在国内使用还有待于作 进一步修萨和改进。 几个常用评价量的一些指标见表2 2 ： 7 第2 章声品质研究内容及进展 表2 2 声品质评价量的定义、影响因素及计算模型 主观评 单位及其定义影响因素 计算模型 价量 声压级为6 0 d b ，中 频谱包络o j j 【；警d z 肭鲫m 心频率为l k h z 的临 锐度面、中心频 界带窄带噪声的锐 式中：一临界带响度； 度定义为l a c u m 。 率、带宽 g ( z ) 一修正因子( 1 4 ) 。 6 0 d b ，l k h z 的纯音 卫b a r k 0 0 0 8c乩d b b a r k ) a z 经4 1 - i z ，1 0 0 幅度频率、掩蔽 厂一d o 、 v a c i l 。 ( 厶4 h z ) + ( 4 h z 厶) 抖晃度调制后的声音的起量、调制频 式中：址一掩蔽量； 伏程度定义为率、带宽 l v a c i l 。 ，m d 一调制频率。 6 0 d b ，l k h z 的纯音 经4 h z ，1 0 0 幅度 调制因子、 粗糙度调制及7 0 h z 频率调 调制频率、 r ：o 3 鱼产脒缸q 澎口册 制后的声音的粗糙 频率离差、 k h z 3 0 d b | 8 n r k i 声压级 度定义为l a s p e r 。 感觉舒 响度、锐度、 p | e o = 粗糙度、音 e - o 7 置7 凡e 一1 鹏s 7 岛( 1 2 4 一e z 4 3 r 7 毛) 适度 调 e 一( o 瞄) 2 针对车内噪声的声品质，b i s p i n g l 2 4 】从心理构造的角度对车内声品质进行了 研究，他通过一系列的实验研究认为，车内声品质感知中愉悦度( p l e a s a n t n e s s ) 和力度( p o w e r f u l n e 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 8 第2 章声品质研究内容及进展 和力度的相关系数均在0 7 - - 0 9 。 在最新发展的指标中，h a s h i m o t o 2 5 】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。对车内噪声主要是降低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 o o m i n gs e n s a t i o n ) 。针对这种感受，车辆稳态行驶 时心理声学轰鸣级( b o o m i n gl e v e l ) l 拘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 o o m i n gi n d e x ) 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。 在评价方法方面，国外学者也作了许多深入地研究。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1 1 8 , 1 9 , 7 6 , 2 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第三 章中展开讨论，在此仅对评价方法的发展作一概述。 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。o t t o 掣2 8 1 曾一起写过一篇关于汽车主 观声评价导则的文章，其中对声品质评价的评价环境、评价准备工作、评价和 分析方法等方面比较系统地进行了介绍。但文章中只是介绍了一般的方法和流 程，并未涉及到一些方法改进以及最新进展方面的内容。 在语义细分法方面，c h o u a r d 和h e m p e l 等p ，3 0 j 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1 结果的异同性研究。其中在对德语的研究中，奥登堡大学和波鸿大学采用 了不同的研究流程，他们的研究方法可以作为汉语环境语义细分法评价的借鉴。 在成对比较法方面，c h o u a r d 3 l 】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”。 b o d d e n l 3 2 1 提出的个性化测试法( i n d i v i d u a lt e s t ) 更适宜于企业化应用， b o d d e n 认为这种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”，缺乏有效的实验进程引导和控制，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。 9 第2 章声品质研究内容及进展 对于实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 a1 3 3 j 等对实验室回放和台架实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 n a c h e r 等i 列 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【3 5 j 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。 除了传统的声品质研究方法外，一些现代发展的研究手段也被运用到声品 质的研究中来。p r a n t e l 刈采用了f i r 神经网络仿真评价者评价现实世界声信号的 过程，他采用的声样本包括了生活环境、交通噪声、家用电器以及工业噪声。 他的研究结果证明了f i r 神经网络适合与仿真主观评价过程。聊等1 3 7 1 采用多层 感知( m l p _ ) 神经网络来进行车辆通过噪声的预测，其中对加速噪声的预测结果 与分析模型的结果接近。b r a m b i l l a 掣3 8 j 则采用神经网络来建立客观测试与主观 评价之间的相关性，针对客观测量结果与主观评价结果之间的不符，需要寻找 客观量与心理声学指标可能存在的相关性，或寻找更合适的心理声学参量， b r a m b i l l a 认为采用神经网络元的设计来完成这项工作“在众多情形下是有效和 独特的。以上的研究有许多侧重于神经网络在声品质评价应用中的概念，并未 对声品质研究中的神经网络方法进行更深入的研究，p 啪t e 【3 9 】继续了他在1 9 9 9 年的工作，他在柏林工大完成的博士论文可以说是目前为止研究神经网络在声 品质评价中应用的最全面的研究。在他的论文中，对用于神经网络的声样本的 选择、预处理以及不同神经网络过程进行了详细的研究。 s c h e u r e n 等l 删采用主动控制的手段来改善车辆噪声的声品质，从心理声学 的角度出发，他们采用主动控制方法对车门密封件以及车内噪声的声品质改善 进行了尝试。他们的工作可以说既为主动控制技术的应用拓展了一个新领域， 又为声品质改善的研究提出了一种新的手段。 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一一列举。对于工业产品( 如汽车) 1 0 第2 章声品质研究内容及进展 声品质方面的研究，国内起步较晚，基础相对比较薄弱。 郑大瑞等与日本大阪大学的难波精一郎等合作【4 1 】作了关于噪声问题的跨文 化研究。调查了中国文化背景下的噪声评价用语。在有关传统a 声级不能完整 描述人的主观感受方面，同济大学声学研究所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1 4 2 1 。作为车内声品质的 初步探索，韩涛1 4 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 零部件所表现出的不同声品质特性。论文中对声品质评价术语的调查研究、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1 5 】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实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。高亚丽l 删在其硕士论文中，以轿车车内 噪声为例，提出了一种新的声品质主观评价的实验设计方法一分组成对比较 法( g p c ) ，并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。 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 d n g t o n & h i l l 4 5 】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【删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 6 r t i z 4 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 第2 章声品质研究内容及进展 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 锄i 删采用计算汽车关门声的1 3 倍频程的重一c , , ( 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。在韩涛的论文中1 4 3 1 ，对轿车关门声的声品质评价也进行了研究。 p f l u e g e r m & s t u e c k l s c h w a i g e r w 4 9 j 指出一种a v l v 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 种越几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