【《发动机噪声和声品质的基本理论基础》5200字（论文）】

发动机噪声和声品质的基本理论基础综述目录TOC\o"1-3"\h\u7183发动机噪声和声品质的基本理论基础综述 146571.1心理声学理论 18241.1.1心理声学基础概念 1267661.1.2人耳的听觉特性 1141431.1.3人耳的掩蔽效应 359531.2声品质客观参数 3313451.2.1响度 3207161.2.2尖锐度 4287421.2.3粗糙度和抖动度 52601.3发动机噪声主观评价的方法 7155761.3.1排序法 7204541.3.2打分法 8207481.3.3成对比较法 8135301.3.4语义区分法 920767参考文献 91.1心理声学理论1.1.1心理声学基础概念心理声学(psychoacoustics)是在声品质这一领域进行研究的重要理论依据,它也是一个专门用于探索人体听觉和心理响应的学科,心理声学这一理论在其研究中对于人的身体各个主观组织成分都有着很大的作用和影响,因此为了使我们能够客观地描述出一个人的眼睛和耳朵对于声音的各种主观感觉,国内外研究工作者通过漫长的探索和研究最终确立了一系列的心理声学基础理论及其中的基本参数[2,3],为提高声音品质的研究打下了坚固的理论基石。1.1.2人耳的听觉特性其中外耳、内耳和听觉神经系统被认为是构成我们人类听觉系统三个重要部分。人类外耳的内部结构主要分为包括外耳、中央后耳和一个内耳,如图2-1所示。外耳的主要作用是收集声波，也为了让声波更好传递到内耳。中耳是为了保护内耳而存在的。因为内耳外耳而不同，外耳是通过空气来传递声波的，而内耳是通过液体来传递声波的，空气和液体这两种声音的传输介质传递声音所产的阻力是大不相同的，如果经过空气传播的声音不经过任何的处理就传递到内耳并经过液体传递到神经细胞，那么声音就会被模糊化，导致大脑根本分辨不出声音中所蕴含的信息。此时中耳的作用就体现出来了，声波经过中耳的加工并将低频声波过滤掉，这时声音再传递到内耳用也同进行传输就没有任何问题了，我们发现中耳在整个声音的传递过程中其实充当的是一个滤波器的作用。图2-1人耳结构示意图内耳的主要作用是将其中一个振动信号直接转化成听觉神经信号,主要是由前庭、耳蜗和听觉神经三部分构成,振动由前庭的耳骨传导至前庭,引起前庭周围的听觉液体产生振动,震荡使其中一个听觉神经信号传递至大脑。内耳还可以将声波的频率、强度和音色等信息通过信号转换传入大脑[22，23]。人耳感受声音的过程可以被分为两部分,第一部分就是对于声音的传递与处理过程。声音以频率波动的方式直接传入耳朵内,引起与耳朵有关部位结构的震荡，并将声音进行处理和加工。这个过程是由外耳和中耳来完成的;第二个阶段也就是对声音的感觉发展过程,它们都是由于内耳的耳蜗来实现的,结构上的振动会使得细胞在其中产生一系列的微量和生物电能的改变,最终这些声音的信号被转换成微量和生物电能的信号而直接传至人类大脑,大脑把这些信号进行加工和处理进行整合就有机会直接产生声音和听觉[24]。1.1.3人耳的掩蔽效应隐藏性的噪声掩蔽干扰效果主要是在泛指一个人的声(或被隐藏性)对于一个人的双耳在观察接收或听到的其他(被称为隐藏性)声(或被掩饰性)时所产生的一种干扰。掩蔽的声响大小与其他被掩蔽的物体声音和被它们掩蔽的物体声音传播频率及其结构的变化增幅密切十分相关,一般正常情况下每个人的双耳对其掩蔽声响的值和掩蔽绝对新闻阈値的值都比它们的要求远远小或大于绝对掩蔽新闻阈的值。低频混音单元的纯净语音混声能够有效地屏蔽遮盖高频混音单元的纯净混音,反过来其屏蔽作用则很小[25]。掩蔽的效应按照声音传播时间长短可以划分为两个频域和一种时域性的掩蔽,时域性的掩蔽是因为掩饰声音与被遮蔽的声音之间在不同的时刻内发生而对其所产生的影响,时域性的掩蔽主要是由于人脑在处理信息过程中有"迟滞"的现象所致[26,27]。1.2声品质客观参数描述声品质的客观参数有很多种，我们在一篇论文中进行全面详细的研究是不可能和不切实际的，所以我查阅了很多这方面的论文，发现现有研究结果中大都认为响度、尖锐度、粗糙度这几个客观参数与声品质具有较高的贴合度,因此本次毕业设计我也主要针对以上几个声品质的客观参数进行介绍和研究。1.2.1响度响度(loudness)是最基础的一种心理声学参量。其他心声学参量也都是在以响度为基础而发展起来的。其大小主要是取决于声波振动幅值。与采用a类设计权的双耳声压大小等级测量相比,用响度计的方式测量来直接描述一个机器人的双耳对于一个声音整体尺寸声压大小的直接认知感觉更为准确。响度的实际计量单位为宋(sone),1sone也就是一个指40db且谐波频率大约为1000hz的纯净波所发出的噪声。响度的大小与声音的激励声强有关，两者的关系式为：NxNx为1000Hz纯音的响度；Ix为该纯音的声强；I0为声压的基准量，I0=2×10−5pa；其中，a、b为常数。当声音为1000Hz纯音时，a=0.3，一般采用Zwicker响度模型以标准ISO532B来对响度进行计算[31]。计算公式如下:N'其中，ETQ是基准听阈激励；EQ是在声强为N=0其中，𝑧为特征频带数。图2-2为等响度曲线。图中绘制出了听阈曲线以及较完整的10~130phon等响度曲线。图2-2等响度曲线1.2.2尖锐度尖锐感程度(sharpness)通常认为是一种术语用来用度量化对于一个人的双耳内部所能直接感觉到的声音的尖锐程度。尖锐度是与声音信号的频率密切相关的，频率越高的声音信号传递到人耳后大脑所感受到的声音尖锐度也就越高。比如生活中我们比较厌烦蚊子的声音，就是因为蚊子飞行时震动翅膀的频率很高，人们听到声音的尖锐程度也就越高。所以尖锐度也是影响声音受欢迎与否的一个重要因素，尖锐度的单位是acum。现在人们研究时计算声品质的方法都是用响度来计算。Zwicker模型的计算公式为：S=k0gzAures模型的计算公式为：S=k0N为声音的总响度。尖锐度是随发动机运行工况的改变而改变的，因此尖锐度是一个能影响发动机声品质的客观参量，所以此次研究中要把他列为一个主要的客观参数来研究1.2.3粗糙度和抖动度（1）抖动度抖动度的单位是vacil，1vacil是指频率为1000Hz，声压级为60dB，在调制频率为4Hz，以100%幅值调制下的纯音产生的抖动度。此时抖动度感受最为强烈。目前抖动度的计算模型是Zwicker和Fastl提出的[32]：F=0.08其中，∆LE为调节控制的深度；fmod为调制的频率；f0为调制的基频，图2-3是时间和声压级的抖动度模型。图2-3抖动度模型（2）粗糙度粗糙度的单位为：asper,1asper是指频率为1000Hz，声压级为60dB，在调制频率为70Hz，以100%幅值调制下的纯音产生的抖动度。此时粗糙度感受最为强烈。粗糙度的计算方法与抖动度的计算模型类似：R=0.3f其中，∆LE为调制深度；fmod为调制频率；f0为调制基频，图2-4相对粗糙度然而在实际情况下，调至深度∆LE不易直接得到，所以在实际运用中，∆LE其中，N'max为某特征频带内最大特征响度值；1.3发动机噪声主观评价的方法发动机噪声声品质的主观评价是声品质研究中不能缺少的一部分，学术上也称之为音质评价[16]。与客观评价相同，目的都是为了将人对声音样本的主观感受通过量化的数值表述出来，但和声品质客观评价不同的是，由于人复杂的听觉特性和声音样本的不稳定性等原因，单单依靠声品质客观评价的心理声学参量无法准确的描述人们听到声音样本之后的主观感受，所以为了使这个数值更加准确，更加的贴合实际，主观评价中要有真实的人去参与评价。在主流的声品质研究中，主观评价和客观评价结果相结合的研究方法是应用最普遍的。随着科学技术的不断进步，关于声品质的客观评价参量的研究有了长足的进步，一些客观评价参量的漏洞也在不断完善，但仍然无法完全的取代人主观评价的结果。因为声音品质的主观评价试验的实验仪器是真实的人,所以它的评价结果会受到很多方面因素的影响。除了样本本身造成的差异外，评价者当时的心情、所处的环境、评价者本身的条件、设备使用的是否舒服，甚至评价者的硬性条件例如:年龄、性别、学历、专业、工作、健康状况[17]都会对结果产生影响。尽管这个声品质的主观评价实验很复杂，但在进行声品质研究时仍是无法被省略的一个环节。声品质的主观评价实验的主要实验方法说起来也简单，首先尽自己所能寻找一些尽可能专业的人作为评价员。但由于能力有限，所以本次毕业设计只组织了一些本专业的学生和一些从事汽车行业的师兄们进行了发动机噪声的主观评价，虽然他们是车辆本专业或者从事汽车行业的工作人员，但他们还是没有后很少进行过噪声的主观评价，所以为了使本次毕业论文的数据变得更加的符合实际，我们在进行主观评价实验的前一个星期进行了为期一周的训练，因为大家都知道响度大的声音的主管评分应该会低一点。所以训练的目的就是让大家对响度大的声音样本更敏感，这样主观评价结果和客观评价结果的拟合度就会变高。最后对主观评价结果进行整理。目前较为常见的主观评价方法有：排序法、等级评分法、语义细分法、成对比较法以及数值估计法等[18]。具体使用哪种方法要视具体情况而定。本文由于评价人员专业性的限制，所以选择专业性要求较低的成对比较法。1.3.1排序法1.3.2打分法1.3.3成对比较法成对比较法是将声音样本成对播放，让评审者在两个样本中做出判断[19]。通常使用的方法是评审者主观感受比较，即要求评审者根据预先设定的评价标准在样本A和样本B中做出判断，也称作A-B比较法。最常用的评价标准就是满意度和骚扰度这两个指标。A-B比较法能够通过对被测者的判断进行统计来获得丰富而较为准确的分数信息，进而得到主观感受与客观物理参数的相关性，而且对评审者的专业性要求较低20，21]。因此本次毕业设计我们打算采用此方法进行主观评价实验。我们组织了一些本专业的学生和一些从事汽车行业的师兄们进行了发动机噪声的主观评价，虽然他们是车辆本专业或者从事汽车行业的工作人员，但他们还是没有后很少进行过噪声的主观评价，所以为了使本次毕业论文的数据变得更加的符合实际，我们在进行主观评价实验的前一个星期进行了为期一周的训练。如此才能使评价结果更加准确。1.3.4语义区分法和成对比较法不同的是，语义区分法是对声音的特点进行评价，这种方法对评价者的专业性要求非常高，这种方法要求评价者用一些表明声音特点的形容词进行评价，例如有安静的/响的、细的/粗的等等。形容词之间要分很多的等级以用来区分每个声音样本，这些等级之间的区分度很小，只要评价者对声音样本有一点点的评价失误，就会导致评价结果出现很大的偏差，所以在大多数的声品质主观评价实验中，除非拥有很专业的声品质评价团队，否则不建议用此方法进行评价。图2-5为一个语义区分法的例图。图2-5语义区分法例图参考文献[1]卢祥林，王红剑，张发雄，等.汽车及发动机噪声声品质研究现状与展望[J].装备制造技术，2007，8.[2]刘海，张广秀，陈勇，等.运用核主成分分析提取内燃机声品质客观特征[J].内燃机学报，2019，5.[3]SchiffbänkerH，BrandlFK，ThienGE.Developmentandapplicationofanevaluationtechniquetoassessthesubjectivecharacterofenginenoise[J].SAEtransactions，1991:1536-1546.[5]GlasbergBR，MooreBCJ.Amodelofloudnessapplicabletotime-varyingsounds[J].JournaloftheAudioEngineeringSociety，2002，50(5):331-342.[6]ZwickerE，FastlH，WidmannU，etal.ProgramforcalculatingloudnessaccordingtoDIN45631(ISO532B)[J].JournaloftheAcousticalSocietyofJapan(E)，1991，12(1):39-42.[7]Berglund，HassenP，JobRFS.Sourcesandeffectsoflow‐frequencynoise[J].TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica，1996，99(5):2985-3002.[8]俞悟周，毛东兴，王佐民，等.轿车车内噪声的主观评价[J].声学技术，2002，21(4):151-187.[9]王养军.发动机及车辆声品质主观评价及道路交通噪声预测与控制[D].天津:天津大学，2007.[10]梁杰.基于双耳听觉模型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