（声学专业论文）声品质低沉度、烦恼度与偏好性参量特征研究.pdf

摘要 摘要 主观评价的目的除了比较判断现有产品噪声的某些主观指标的优劣外，还 要为指导噪声的改善设计( 即声设计) 服务。寻求主观评价的结果与客观计算 参量之间的相关性，可以获得主观评价指标对计算参量的依赖关系，从而得到 为改善噪声的某些主观评价指标，对噪声的计算参量( 客观物理量) 进行改进 的方向。而许多计算参量的结果与产品的结构和声学设计存在因果关系，因此 知道了要对计算参量做怎样的调整，就可以对产品的结构和声学设计作相应的 调整，以达到最终改善主观评级指标的目的，从而改善人们的噪声暴露环境。 论文以轿车车内噪声信号为例，系统研究了声品质的各客观参量，并详细 研究了各客观参量的多元统计分析结果。论文重点研究了声品质主观评价参量 一低沉度、烦恼度以及偏好性的物理与心理声学性质，并采用不同的研究方法， 分别建立了三个主观参量的模型表达式，以不同方法得到的评价结果对模型进 行检验，验证了模型的准确性和可靠性。 根据信号的频谱结构，以声压级、锐度、粗糙度参量建立的低沉度模型， 在2 0 - - 2 0 k h z 的整个可听频率范围内显示了良好的预测效果，模型在低、中、 高三个不同频段内的预测精度也很高，显示了低沉度模型良好的预测能力。 经研究发现，烦恼度与锐度、粗糙度和低沉度有关，以低沉度评价数值为 基础建立的烦恼度模型证明：人们对车内声环境的偏好倾向于低音成分丰富的 情况，类似于“重低音”的声环境能使人们感觉更为愉悦，而尖锐刺耳的车内声环 境容易引起人们不愉快的感受。 人们对声音信号的整体偏好性感知，存在明显的二维特性，论文详细研究 了偏好性的二维心理特性，分别建立了偏好性两个维度上的模型表达式。研究 结果证明：评价主体对声样本的整体偏好感知与偏好性在两个维度上的分布数 值有关，且偏好性第二维对整体偏好性有更显著的贡献。 根据低沉度、烦恼度和偏好性的模型表达式，即可有针对性地改进轿车车 内的声环境设计，以使轿车车内的声环境更加舒适。 关键词：声品质主观评价客观参量主观参量低沉度烦恼度偏好性声设计 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ea i mo ft h es u b j e c t i v ee v a l u a t i o ni sd e s i g n e df o r t h es e r v i c eo ft h e i m p r o v e m e n to ft h en o i s ee n v i r o n m e n t ( s o u n dd e s i g n ) a sw e l la sc o m p a r i s o no ft h e s u b j e c t i v ep a r a m e t e r so ft h en o i s e r e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns u b j e c t i v e a n do b j e c t i v ep a r a m e t e r sc o u l dr e v e a lt h ed e p e n d e n c eo fs u b j e c t i v ep a r a m e t e r so n o b j e c t i v e s r e g a r i n gt h a t ，i t sp o s s i b l et oi m p r o v et h es u b j e c t i v ep a r a m e t e r sb yt h e w a yo fc h a n g i n gs o m eo b j e c t i v ep a r a m e t e r s ，a n dh e n c et h eu l t i m a t eg o a lt oi m p r o v e p e o p l e sn o i s ee x p o s u r ee n v i r o n m e n tc o u l d b er e a c h e di nt h i sw a y e a s i l y i nt h i sp a p e r , t h eo b j e c t i v ea n ds u b j e c t i v ep a r a m e t e r so fs o u n dq u a l i t yh a sb e e n s t u d i e db a s e do nt h ec a ri n t e r i o rn o i s es a m p l e sa n dt h ed e t a i l e dm u l t i a n a l y s i sr e s u l t s o no b j e c t i v ep a r a m e t e r sa r eg i v e n t h em a i nw o r kf o c u s e do nt h e o s es u b j e c t i v e p a r a m e t e r s ，i e ，l o wf r e q u e n c yc h a r a c t e r , a n n o y a n c e a n dp r e f e r e n c e t h e m a t h e m a t i c a lm o d e l so ft h e o s et h r e es u b j e c t i v ep a r a m e t e r sw e r ee s t a b l i s h e db a s e d o n t h ed i f f e r e n tr e s e a r c hm e t h o d s t h em o d e l sa r ep r o v e dt ob ea c c u r a t ea n dc r e d i b l eb y v a r i o u st e s tm e t h o d s t h el o wf r e q u e n c yc h a r a c t e rm o d e lw a se s t a b l i s h e db a s e do nt h ef r e q u e n c y s p e c t r u mo ft h es a m p l e s ，s o u n dp r e s s u r el e v e l ，s h a r p n e s sa n dr o u g h n e s s t h em o d e l s h o w e dp e r f e c tr e p r e s e n t a t i o ni nt h ew h o l ea u d i b l ef r e q u e n c yr a n g ea n di nt h el o w , m i d d l ea n dh i l 曲f r e q u e n c yr a n g e sr e s p e c t i v e l y r e s e a r c hs h o w st h a tt h ea n n o y a n c es e n s ei sr e l a t e dt os h a r p n e s s ，r o u g h n e s s a n dl o wf r e q u e n c yc h a r a c t e ro ft h es o u n ds a m p l e s t h ea n n o y a n c em o d e lt h a t e s t a b l i s h e db a s e d0 nt h el o wf r e q u e n c yc h a r a c t e rd i s p l a y e dt h ef a c t , t h a tp e o p l e p r e f e ras o u n de n v i r o n m e n tr i c ho fl o wf r e q u e n c yc o n t e n t s ，b u td e t e s tt h es h a r p ，h a r s h n o i s ee n v i r o n m e n t s p e o p l e sw h o l ea p p e r c e p t i o n t ot h ep r e f e r e n c eo ft h en o i s es h o w so b v i o u s t w o d i m e n s i o n a lc h a r a c t e r s t 1 1 i st w o d i m e n s i o n a lc h a r a c t e ri ss t u d i e di nd e t a i la n d m a t h e m a t i c a lm o d e l so fp r e f e r e n c ei nt w od i m e n s i o n sa l ee s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l y t h er e s u l ts h o w st h a tp e o p l e sa p p e r c e p t i o nt ot h ew h o l en o i s es a m p l ei sr e l a t e dt o t h et w od i m e n s i o n sa n dt h es e c o n dd i m e n s i o nc o n t r i b u t e sm o r et ot h ew h o l e n a b s t r a c t a p p e r c e p t i o no ft h en o i s es a m p l e s k n o w i n gt h em a t h e m a t i c a lm o d e l so fl o wf r e q u e n c yc h a r a c t e r , a n n o y a n c ea n d p r e f e r e n c e ，i t se a s yt oc a r r yo u tap u r p o s e f u ls o u n dd e s i g nf o r t h ec a ra n dp o s s i b l et o g e tam o r ec o m f o r t a b l es o u n d e n v i r o n m e n t 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 ，o b j e c t i v ep a r a m e t e r s ，s u b j e c t i v e p a r a m e t e r s ，l o wf r e q u e n c yc h a r a c t e r , a n n o y a n c e ，p r e f e r e n c e ，s o u n dd e s i g n 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：寻身 z z 年多月心日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月 日年月日 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。 躲妙嘉 a 帕年弓月步e t 第1 章引言 第一章引言 1 1 课题研究的背景和意义 声品质是心理声学应用研究的个重要方面，长期以来，声品质研究主要 集中在音乐以及电声行业中。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。自二十世纪八十年代中期开始，声品质逐 渐引起其他工业行业的兴趣，尤其是在汽车工业领域，人们逐渐认识到，不同 的发声会产生犹如八音盒、多乐器音乐会般的效果，因此当今汽车展示了不同 的声品质。声品质的改善目标将是适应乘客要求的、易接受的、不令人厌的、 动感的声音。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。 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【惦】，心理声学以及声品质的研究在国外成 为热门的研究领域，大多数大学都有专门从事心理声学研究的系科或实验室， 并且已经得出了一些研究成果：在评价方法方面【3 , 4 】，经过多年研究探索与经验 的积累，己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【5 6 ，7 1 ，国外研究者根据大量主观评价实验的结果，目前己提出了一 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；在主客观参量之间的相互关系方面 8 - 2 2 ，国外曾经针 对特定的噪声环境做过一定的研究，有些科研机构也提出过偏好性等，t 2 , 理声学 参量模型，但这些模型是基于特定的噪声环境和语言环境建立的，如果不加分 析的直接应用，显然是不合适的，我们必须建立基于汉语评价词汇体系下适合 我国人群听觉特征的心理声学参量模型。 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。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。声品质研究的最 终目的是为指导噪声的改善设计服务，寻求主观评价结果与客观计算参量之间 的相关性，可以获得主观评价指标对于客观物理参量的依赖关系，从而达到通 过改进噪声的计算参量( 客观物理量) 即可改善噪声的某些主观评价指标的目 第l 章引言 的。由于许多计算参量的结果与产品的结构和声学设计存在因果关系，因此知 道了要对计算参量作怎样的调整，就可以对产品的结构和声学设计作相应的调 整，以达到最终改善声品质主观评价指标的目的。 本论文的研究工作在借鉴国外声品质研究成果的基础上，分析了声品质主、 客观评价参量的特性及其之间的关系，重点分析了声品质低沉度、烦恼度和偏 好性三个主观评价量，并分别得到了三个评价量的计算模型。 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，其中包括一些评价方法的研究、评价量的计算模型、偏 好性及烦恼度的研究以及声品质在汽车及家电领域的应用。 论文的第三章首先简单的介绍了几种多元统计方法，并采用这些统计方法对 声品质各客观参量进行了初步分析，得到了各客观参量之间存在的相互关系及 各自的声学特性。 第四章重点分析了主观评价参量低沉度和表征声品质总体特征的烦恼度、偏 好性参量；基于参考语义细分( a s d ) 法的评价结果数据，研究了低沉度与其 他物理参量、心理声学参量之间的关系，并得到了低沉度的计算模型，采用成 对比较( p c ) 法和语义细分( s d ) 法的评价结果数据对低沉度模型进行了检验， 验证了模型的准确性和可靠性；分析了烦恼度与低沉度之间的关系，建立了烦 恼度的计算模型，采用参考语义细分( a s d ) 法和语义细分( s d ) 法的评价结 果数据对其进行了检验，验证了模型的准确性；分析了偏好性的二维特性，分 别建立了偏好性两个维度的计算模型，并通过p c 法的试验结果数据检验了偏好 性模型，验证了模型的准确性。 第五章对本论文所做的工作做了一些总结，并指出了本论文需要进一步探索 的方向。 2 第2 章声品质及其研究进展 第二章声品质及其研究进展 2 1 声品质概念 声品质( s o u n dq u a l i t y ) 是最近几年来在国内新兴的一个研究课题，在国外 已有几十年的研究历史。长期以来，对于声学环境的评价与判断，主要采用a 计权声级的客观参量进行描述，对于噪声的分析研究也一直是致力于降低声源 的噪声发射，但是随着技术的发展，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。同时，一些研究也表明：尽 管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。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二一声 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。 早在1 8 8 3 年，s t u m p 就曾提出过声特性( 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 的声特性概念是目前可 以找到的与心理声学有关的最早概念。b l a u e r t 首先给出声品质的定义【2 3 】：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 【o s g o o d ，1 9 5 2 。声品质并不是一种机器或产品内在的量，也就是说声品质的概 念必须有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。人的听觉主观判断过程是声品质的主体。 由于声品质是以人的听觉为主体的，而人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。 第2 章声品质及其研究进展 2 2 声品质的研究进展 2 2 1 国外研究进展 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。 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 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 l l ，a u r e s ，w e b e r ， e u e r m e i e re ta 1 等对心理声学感觉舒适度进行了研列2 4 2 7 1 ：b e r g l u n d c a r d o z o & v a n l i e s h o u t ，k a s t k a ，m e l l e r t & w e b e r ，z w i c k e r ，i m a n n ，b e i d l & s t u c k l s c h w a i g 阜 等对心理声学烦恼度进行了研究【2 8 3 。众多科学工作者进行了一系列的试验及r o l 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【3 卜3 7 1 。 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 的声品质是由不同的感受量来描述的，不同的感受量描述入耳所感受到不同声 音特性。p l o m p ，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究 【3 引，之后，l e v e l t ，m i s d a r i i s 将多元评价技术应用于乐器音色的相似性研究【3 9 】。 多元评价技术在汽车车内声场评价方面起步较晚，直到近几年，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 ，有了更进一步的认识，声品质也因 此有了更进一步的发展。 4 第2 章声品质及其研究进展 在声品质主观评价参量方面，国外的众多研究者曾在不同的时期提出过一 些描述声特性的指标或参量。表2 1 列出了声特性参量的发展历程。 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 m h o l t z 6 3 ，g u e m s y 2 8 ， 音调，音韵 音乐的音调理论 l u n d i n 4 7 1 ，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 】，h o f s t a t t e 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 7 】 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 对形容词的因子分析 h a w e l 6 7 2 1 对两极描述语 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 b i s m a r k 7 4 】锐度，密度，硬度，明亮度语义细分法和多维刻度 1 7 种环境噪声的成对偏 t e r h a r d t - s t o l l 81 】 抖晃强度，锐度，粗糙度，音调 好评价结果 t e r h a r d t 7 4 8l 】【8 4 】，m e l l e r t - w e b e r 7 8 81 】，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及 8 7 ，w e b e r 9 0 ， k o h l e r - 度成对比较法 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 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i 度汽车发动机噪卢评价 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 】，b i s p i n g - g i e h 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评 v a i ld e ra u w e r a e re ta 1 【9 7 】 坚固 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 目前对于响度的研究比较成熟，对稳念噪声的响度计算已经有了相应的国 际标准 i s o5 3 2 ，s u s i n i l 4 0 1 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。除了 响度，目前对其他一些评价量如锐度、粗糙度等也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 5 第2 章声品质及其研究进展 到了参量的数学模型1 4 i 】，但是这些计算模型大都是基于特定的声环境得出的经 验公式，在国内使用还有待于作进一步修正和改进。 几个常用评价量的指标如表2 2 所示： 表2 2 声品质评价量的定义、影响冈素及计算模犁 主观评 价量 单位及其定义影响因素计算模型 声压级为6 0 d b ，中 o 11e 4 b a r k 童( z ) 砌 心频率为l k h z 的临 频谱包络 忙 4 腓 o c u m 锐度面、中心频 n l 也 界带窄带噪声的锐 度定义为i a e u m 。 率、带宽 式中：n ：临界带响度；z ：临界带值； g ( z ) ：修止因子( 1 - - 4 ) 。 6 0 d b ，1 k h z 的纯音 0 0 0 8e 蚺( 虬 d b b 诺r n 蠢z 经4 h z ，1 0 0 幅度频率、掩蔽 抖晃度调制后的声音的起量、调制频 厂=m v a c i l 。 伏程度定义为率、带宽 。 ( 厶4 h z ) + ( 4 h z 厶) 1 v a e i l 。 式中：a l ：掩蔽量：厂m o d ：调制频率。 6 0 d b ，1 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 ：0 3 鱼4 删址f ( z ) 出础m 制后的声音的粗糙 频率离差、 k h z d b b a r k 1 声压级 度定义为ia s p e r 。 感觉舒 响度、锐度、 p p o = 粗糙度、音e - o 7 r r , e 一1 s7 s o ( 1 2 4 一e 一2 4 3 7 1 7 ) 适度 调 p 一( 0 0 2 3 n n 。) 2 针对车内噪声的声品质，b i s p i n 9 1 4 2 】从心理构造的角度对车内声品质进行了 研究，他通过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 l 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、噌杂不嘈杂、 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0 7 o 9 。 在最新发展的指标中，h a s h i m o t o d 6 1 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 6 第2 章声品质及其研究进展 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 ) 的结果与轰鸣感相关性较好。而在加速时，轰 鸭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。 在声品质评价方法方面，目前采用的方法有排序法、评分法、成对比较法、 语义细分法等。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m 啪j 。 随着认知程度的不断提高，人们不断提出各种主观评价方法，每种评价方 法都有其优缺点以及适用环境，因此对于经济、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 等1 4 7 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。 在成对比较法方面，c h o u a r d 4 8 1 研究了主观评价昕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 p a r i z e t 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 a r d 和h e m p e l 等1 4 9 】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 d d e n ! 删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【5 i 】 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 n a c h e r 等【5 2 】对 7 第2 章声品质及其研究进展 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 5 3 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 c ”】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。f r y 等【55 】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 u a 等【5 6 】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 r a n t e 5 7 1 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p 引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种新的思路和手段。 在声品质主客观参量评价方面，日本的i s h i y a m a ，h a s h i m o t o 等【5 9 】人研究了 交通噪声的频率成分对烦恼度的影响作用，证实了交通噪声中高频成分对烦恼 度的重要贡献，并建立了烦恼度与粗糙度、锐度及等效连续a 声级之间的模型。 1 9 9 8 年瑞典科研人员对卡车驾驶室内噪声的烦恼度进行了研究，认为只有 响度和尖锐度能明显的影响烦恼度，而a 计权声级不能很好的描述烦恼度。 1 9 9 9 年，b r a n d l 等唧】对多种不同工况下的车内噪声进行了研究，认为影响 车内噪声烦恼度的主要因素是响度与噪声的低频成分( 低沉度) 。其得到的烦恼 度表式如下： 8 第2 章声品质及其研究进展 轿车低速空转状态下：a = f ( n ，l ，) 轿车静态运行状态下：a = f ( n ，l ，s ，丁) 轿车动态加速状态下：a = f ( n ，三，r ，s ) 动态滑行减速状态下：a = f ( n ，上，r ，a t ) 其中：n 为响度，l f 为低频成分，s 为锐度，r 为粗糙度，t 为音调度，a i 为语言清晰度。 另外，他们的研究结果也证明，不同文化背景下的评价主体，对相同的声 信号作出的判断也不相同。对日本人与欧洲人相比较而言，日本人相对于欧洲 人更倾向于车内噪声的高频成分，而对噪声的低频成分十分厌恶。日本人与欧 洲人的评价结果可以通过下式结合起来。 j a p a n p r e d = a e u r o p e + b l d - c 其中，a ，b ，c 为回归系数，l f 为一个低频成分描述量。 2 0 0 2 年，意大利u a y r 等【6 l j 研究人员对装有通风、供暖设备的办公楼和大 学图书馆自习室的噪声响度、烦恼度进行了研究。通过调查打分的方式，采用 单极刻度，同时记录噪声信号的等效连续声压级、累计百分数声级和噪声频谱， 利用这些物理量分别计算出l 删，爿，l l z ，l l s ，n c ，n r 等噪声参数，分别计算 出响度、烦恼度与这些噪声参数的相关性，最后根据决定系数r 2 和f 值即可确 定出与主观评价结果相关性最好的噪声参数。其统计分析结果显示：a 计权等效 声压级三。与响度、烦恼度评价结果之间的相关性最高，其次是三。，这说明评价 主体易被噪声的峰值所影响；z w i c k e r 响度级与响度评价结果符合的很好，与其 他因素符合的也很好，说明响度是影响烦恼度的一个重要因素；如果不单独考 虑响度与烦恼度，而是将其综合考虑，则评价可能不易进行，因为此时噪声谱 的高频成分占有很大的比例，这无疑增加了评价的难度，如果噪声谱内含有丰 富的低频成分，则对噪声属性的感知要容易的多。 1 9 9 9 年，h e i n r i c h s & b o d d e n t 6 2 】在对齿轮噪声对人产生的烦恼度影响进行了 系统的研究之后，建立了齿轮噪声对车内噪声影响的声品质评价计算模型( 对 数绝对频谱差异模型，d l s ) ，此模型建立了平均差异级( a d l ) 与主观评价结 果之间的关系，结果证明应用此模型得到的计算结果与主观评价结果之间存在 “惊人的”相关性，相关系数可达0 9 2 。具体的研究思路可表示如下： 测量记录两种情况下( 包含齿轮噪声和不包含齿轮噪声) 的汽车噪声信号， 将其分别定义为p l ( t ) 与p 2 ( t ) ，首先对其进行f o u r i e r 变换以得到其频谱： 9 第2 章声品质及其研究进展 只( j 2 z r f ) = 1 只( f x 。硼d t ( n = 1 ，2 ) 然后计算其对数绝对值s 1 ( f ) 与s 2 ( o ： 蹦门= 2 0 l o g 唑掣( n = 1 , 2 ) 从s l ( f ) 中减去s 2 ( o 得到对数绝对频谱差异d l s ： d l s ( f ) = s l ( 厂) 一s 2 ( 力 d l s 传递了齿轮噪声的能量与频率特征，将s l ( f ) 与s 2 ( f ) 对比可明显看出两 者的差异。从信号的角度来看，d l s 可以被看作是鼻( 彩) 与p 2 ( j r o ) 之间的一类 传递函数： 脚( 厂) = 2 0 l o g 煳 定义齿轮噪声的传递函数为： g 咖嬲 然后设计试验验证此传递函数的绝对值与相位对评价结果的影响，试验证 明，i g i 的变化会引起评价结果的改变，所w i g l 是一个能较好的描述齿轮噪声 的因子，而g 的相位对噪声的感知没有影响，因此只考虑d l s 即可。 对d l s 的进一步研究表明，d l s 曲线下的能量与评价结果之间存在一定的 关系，因此考虑从这方面建立主客观之间的关系。从d l s 中推导得到的一个参 量一平均差异级a d l ( a v e r a g ed i f f e r e n c el e v e l ) 与主观评价之间的相关性最高。 定义a d l 的表式如下： 彳d l = 百o d l s ( f ) d f 、一 。 以a d l 为参量，采用多项式拟和得到的期望评价值e 与a d l 之间的最终 关系为： e ；a a d l 2 + b a d l + c 其中，a ，b ，c 为多项式拟和系数。 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) 声品质方面的研究，国内起步较晚，基础相对比较薄弱。 l o 第2 章声品质及其研究进展 郑大瑞等与日本大阪大学的难波精一郎等合作【6 3 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型6 4 1 。作为车内声品质的 初步探索，韩涛1 6 5 】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。毛东兴惭j 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【67 】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。张宝龙【6 8 】在其硕士论文中，对另一种主观评价试验方法语义细 分( s d ) 法进行了改进性设计，提出了一种更适于评价主体进行评价的方法 参考语义细分( a s d ) 法，并验证了其准确性和进步性。 在声品质主客观参量间的相互关系方面，国内进行的研究工作比较缺乏。 毛东兴【圃在其博士论文中，进行了主观评价参量与1 3 种客观计算参量( 包括物 理量和心理声学参量) 的相关性分析。分析结果证实了舒适性及偏好性与心理 声学计算参量之间存在较高的相关性，而与声压级计算量之间的相关性不显著， a 计权声压级由于考虑了人耳响度听觉特征，相对线性声压级而言，与声品质特 征的关系有所改善。主观评价参量与1 3 倍频程高通滤波声级的相关性分析，可 以得出对各个主观参量影响显著的频率成分。 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。 第2 章声品质及其研究进展 h e t h e r i n g t o n & h i l l 6 9 】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