婁潔

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程系，安徽 蕪湖 241006）

汽車車內(nèi)噪聲品質(zhì)評價方法研究

婁潔

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程系，安徽 蕪湖 241006）

聲品質(zhì)概念的提出，對噪聲控制提出了不僅要降低噪聲級，還要能夠調(diào)節(jié)聲音特性的要求，因此對聲品質(zhì)進行準確的評價非常重要。聲品質(zhì)以人的主觀感受作為最終的評判標準，但目前所有的儀器都無法直接測量人的聽覺數(shù)值，必須借助于心理聲學(xué)客觀參量進行描述。主觀評價和心理客觀參量相結(jié)合，建立數(shù)學(xué)模型進行分析計算，得到較準確的聲品質(zhì)評價結(jié)果，為噪聲主動控制技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。

聲品質(zhì)；主觀評價；客觀參量；相關(guān)性

汽車噪聲分為車外噪聲和車內(nèi)噪聲，車內(nèi)噪聲影響乘坐舒適性，車內(nèi)聲音的品質(zhì)成為人們評價和選購汽車的重要因素之一[1]。

1 噪聲品質(zhì)

1994年德國人Blauert和Bodden提出了的：“A Descriptor of the Adequacy of a Sound”，即聲品質(zhì)的概念：聲品質(zhì)是在特定的技術(shù)目標或任務(wù)下對聲音適宜性的描述，能夠反映人們對聲音事件的主觀感受。他們特別指出，“聲”并不是指單純聲波這樣一個物理過程，而是指人耳的聽覺感知過程；“品質(zhì)”則是由人耳對聲音事件感知過程最終做出的主觀判斷[2]。觀點中明確了聲品質(zhì)評價的主觀性，已成為廣大研究者的基本共識。

聲品質(zhì)概念的提出，實際上提出了現(xiàn)代噪聲研究的一個新理念，即噪聲控制不僅要降低噪聲級，還要能夠調(diào)節(jié)聲音特性，最終實現(xiàn)有選擇的噪聲控制，在消除總體噪聲中令人煩躁成分的同時，適當(dāng)保留令人愉悅的成分，從而使產(chǎn)品聲音符合消費者主觀的要求。

2 車內(nèi)噪聲品質(zhì)的評價方法

按目前國際上對聲品質(zhì)評價分類的慣例，可將其分為：聲品質(zhì)客觀評價研究，聲品質(zhì)主觀評價研究。

2.1 聲品質(zhì)主觀評價研究概述

聲品質(zhì)主觀評價研究是采用通過問卷調(diào)查或主觀評價實驗等形式，對主觀評價數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計分析等方法，獲得適當(dāng)?shù)脑u價術(shù)語以描述聲品質(zhì)的主觀感知特征。聲品質(zhì)的主觀評價方法很多，且對聲品質(zhì)概念的不同理解會形成在評價方法上的差異，不同評價方法都有其優(yōu)點以及適用環(huán)境，因此經(jīng)濟、有效的評價方法的研究也是聲品質(zhì)研究中的一個重要方面。

2.2 聲品質(zhì)客觀評價研究概述

聲品質(zhì)客觀評價研究的目的是建立聲品質(zhì)主觀感知屬性與物理聲學(xué)、心理聲學(xué)之間的聯(lián)系，即從物理聲學(xué)、心理聲學(xué)的角度，對人們對噪聲聲品質(zhì)的主觀屬性進行解釋。對噪聲信號可用不同參量來描述人們對噪聲的聽覺感受，如：響度，尖銳度，粗糙度，抖動度，愉悅度，活躍度，明亮度，力度，音調(diào)，轟隆聲，敲擊聲，轟鳴聲，脈沖度，平穩(wěn)度等。這些參量的確立實現(xiàn)了人對噪聲主觀感受的定量計算，使人們對聲音的主觀評價成為了一門科學(xué)——心理聲學(xué)。

3 車內(nèi)聲品質(zhì)的主觀評價試驗及其客觀量化描述

3.1 聲品質(zhì)的主觀評價方法

聲品質(zhì)的主觀評價是基于一個或者一組聽音者對聲信號試聽的基礎(chǔ)上，根據(jù)某種預(yù)先約定的尺度來對聲信號劃分質(zhì)量等級，聽音結(jié)束后，對測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析以得到最終結(jié)果。其中聽審團評價方法是最常用的方法，具體的評價方法又分為：等級評分法、成對比較法、排序法、語義分析法和數(shù)值估計法等。其中常用的是等級評分法和成對比較法。

3.1.1等級評分法 等級評分法是將聲品質(zhì)的某一屬性劃分為若干個等級，每個等級中又包含不同的分值，試驗中評價者根據(jù)各自的主觀感知程度給出對應(yīng)的評價分值，對某個聲音樣本的全部評分取算術(shù)平均值，作為該噪聲的聲品質(zhì)等級。這種方法簡單快捷，評價工作量相對較小，而且所得到的結(jié)果為等級評分數(shù)值，便于進行后續(xù)的分析處理，它的主要缺點是對于未經(jīng)培訓(xùn)、沒有經(jīng)驗的評價者來說，直接給出準確的評分是很困難的。顯然，該方法的關(guān)鍵在于確定適宜的評分等級刻度。國外有研究表明[3]，大部分評價人給出的分值都集中在國際通用的10等級刻度中的5-10級的區(qū)域，為此可將這一區(qū)域進一步細化，如分為20級煩躁度作為評價基準，具體的試驗表格如表1所示：

表1車內(nèi)噪聲主觀評價等級評分法試驗測試表

3.1 .2成對比較法 成對比較法是一種相對比較法，

具體的做法是首先對樣本聲音進行兩兩分組，然后按組播放，讓聽測對象對這兩個聲音信號的有關(guān)參量做感覺程度上的相對比較。如表3-2所示，對于每一組的兩個聲音，若“A比B好，則A計2分，B計0分；反之相同”，若“A、B差不多，則各計1分”，最后將噪聲樣本的得分匯總，積分越高者聲品質(zhì)越佳。具體的試驗表格見表2。

表2 車內(nèi)噪聲主觀評價成對比較法試驗測試表

對于聲音的評價，聽測對象需根據(jù)評價的標準對成組播放的聲音進行相對的比較。評價的標準可以是任意有意義的參量，常見的有聲音的好聽與否、煩躁度、響度、粗糙度等等。這種情況也可以包括比例信息。比如可以在組中選出哪一個聲音好以及好多少，這里好多少可以用1-10之間的數(shù)表示。由于成對比較法跟人們?nèi)粘Ｉ钏龅呐袛啾容^沒什么兩樣，因此對沒受過訓(xùn)練的聽測對象來說是非常自然和方便的；同時排列組合方式的分組提高了評價結(jié)果的準確性，因為當(dāng)聲音樣本總數(shù)為n時，則評價者對每個聲音樣本都不只評價了一次而是至少n-1次。但成對比較法也有缺點，由于總計分組數(shù)達n(n-1)/2，當(dāng)n增大時評價工作量將以

幾何級數(shù)增長，因此，采用成對比較法時，樣本數(shù)n一般不應(yīng)超過12～16,以避免由于測試者疲勞造成評價失真。

3.1.3主觀評價的后續(xù)數(shù)據(jù)處 理為了確定主觀評價獲得的數(shù)據(jù)的合理性以及對試驗結(jié)果進行解釋，需要對獲得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。常用的統(tǒng)計分析方法很多，如有關(guān)于顯著性檢驗的：方差分析、F檢驗、x2檢驗、t檢驗等；正態(tài)性檢驗的：K-S檢驗、QQ圖和P-P圖等；一般地應(yīng)根據(jù)試驗的目的和方法來靈活地選擇適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)數(shù)據(jù)處理方法。

3.2 聲品質(zhì)的主觀評價試驗

主觀評價試驗也稱為聽音評價試驗。在對樣本聲音信號進行回放聽音的同時，按照試驗設(shè)計好的程序?qū)β曇粜盘柕哪承傩赃M行判斷、評價、分辨差異、劃分等級、識別并量化人對于噪聲聲品質(zhì)的感知屬性。主觀評價試驗系統(tǒng)包括以下幾個環(huán)節(jié)：聲音信號樣本的采集，聲音信號的預(yù)處理，回放，評價者和評價術(shù)語的選擇，不同主觀評價試驗方法的選擇和實施，不同主觀評價試驗數(shù)據(jù)的檢驗和數(shù)據(jù)的分析。在選擇好采樣設(shè)備、評價主體（聽音試驗者）、聽音環(huán)境后即可開始試驗，試驗系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 聲品質(zhì)主觀評價試驗系統(tǒng)圖

3.3 心理聲學(xué)客觀參數(shù)的計算

獲得了有效的主觀評價試驗數(shù)據(jù)后，可以開始對聲品質(zhì)參數(shù)的客觀量化描述。對于響度、尖銳度、粗糙度和抖動度這四個國際上常用的參數(shù)，目前除響度外，其他參數(shù)尚無計算的國際標準，一般經(jīng)驗公式計算。各參數(shù)的含義和計算方法見表3。

表3主要心理聲學(xué)參數(shù)及其計算一覽表

為便于后續(xù)統(tǒng)計分析的開展，在分別對左右耳聲信號進行計算后，需進行雙耳數(shù)據(jù)的合成。最常用的合成方法是將左右耳數(shù)取算術(shù)平均值，需要說明的是對響度的合成必須考慮屏蔽效應(yīng)的影響，不能像其他參數(shù)那樣直接取算術(shù)平均值。日本HONDA公司經(jīng)過反復(fù)試驗和測算，總結(jié)出如下響度合成公式[4]：

式中：NB為雙耳響度；NL為左耳響度；NR為右耳響度。

3.4 相關(guān)分析和聲品質(zhì)客觀量化描述

為了研究聲品質(zhì)主觀評價結(jié)果和心理聲學(xué)客觀參數(shù)之間的相互關(guān)系，可使用SPSS(統(tǒng)計分析軟件)軟件對等級評分法得到的聲品質(zhì)主觀評價數(shù)值與計算得到的客觀心理聲學(xué)參數(shù)進行線性相關(guān)分析。線性相關(guān)分析是一種分析變量之間線性相關(guān)密切程度的統(tǒng)計方法，一般通過描述相關(guān)關(guān)系的特定統(tǒng)計量即相關(guān)系數(shù)來衡量。根據(jù)試驗和計算結(jié)果，繪制出各客觀參量和主觀評價結(jié)果之間的散點圖，直觀顯示其各自的相關(guān)性，以此確定哪些客觀參量對車內(nèi)聲品質(zhì)指標具有顯著的影響。

在明確了主觀評價結(jié)果和心理聲學(xué)客觀參數(shù)的相關(guān)關(guān)系之后，進行多元線性回歸分析，確定用心理聲學(xué)參數(shù)客觀量化描述聲品質(zhì)主觀評價結(jié)果的關(guān)系式?；貧w分析是一種確定某因變量和若干自變量之間定量表達式的統(tǒng)計分析方法，這里的因變量即聲品質(zhì)評價值，自變量則為各心理聲學(xué)參數(shù)。再通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用SPSS軟件對數(shù)學(xué)模型進行分析求解，并將解值帶入上述關(guān)系式中，就可得到轎車車內(nèi)聲品質(zhì)的客觀量化數(shù)學(xué)模型。

4 結(jié)束語

聲品質(zhì)研究以人的主觀感受作為最終的評判標準，盡管客觀評價具有很多的優(yōu)點，但根據(jù)目前的研究狀況還遠不能完全反映人對于聲品質(zhì)的主觀感知，且目前所有的儀器都無法直接測量人的聽覺數(shù)值，必須借助于心理聲學(xué)的研究方法，通過主觀評價試驗獲取評價者對于不同噪聲聲品質(zhì)的主觀感知數(shù)據(jù)?？陀^評價參量的準確度需靠主觀評價結(jié)果進行檢驗，人的主觀評價在脫離客觀參量描述后便失去了實用價值。因此，客觀參量的描述，結(jié)合主觀評價結(jié)果，通過兩者的相關(guān)性分析，才能得到準確的聲品質(zhì)評價。本文全面地闡述了對車內(nèi)噪聲聲品質(zhì)進行評價的主客觀方法，并系統(tǒng)的描述了聲品質(zhì)評價的過程，最終得到描述車內(nèi)聲品質(zhì)的客觀量化數(shù)學(xué)模型，為車內(nèi)噪聲主動控制技術(shù)的研究提供了理論依據(jù)，具有很大的實用價值。

[1]舒歌群，王養(yǎng)軍，衛(wèi)海橋，等.汽車車內(nèi)噪聲聲音品質(zhì)的測試與評價[J].內(nèi)燃機學(xué)報,2007,25（1）：77-83.

[2]Rainer Guski.Psychological Method for Evaluating Sound Quality and Assessing Acoustic Information [J].Acustica/acta acoustica.,1997,83:765-773.

[3]Franz K.Brandl,Werner Biermayer.A New Tool for the Onboard ObjectiveAssessmentofVehicleInteriorNoiseQuality[J].SAE International,1999:1695.

[4]Kousuke Noumura,JunjiYoshida.Perception Modeling and Quantification of Sound Quality in Cabin[J].SAE paper,2003(1):1514.

[責(zé)任編輯：桂傳友]

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1674-1102（2010）03-0048-03

2010-04-20

婁潔（1976-），女，山東臨沂人，蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系講師，碩士，研究方向為汽車噪聲控制。