藺磊,閆兵,藺玉輝,顧彥

（1.上海汽車集團股份有限公司乘用車分公司，上海 201804）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，消費者對于汽車的需求不再僅僅局限于功能性，而是更加注重產品的整體品質。其中，作為車輛NVH特性的第一印象，關門聲有著非常重要的影響作用。因為其聲品質的好壞，一定程度上反應了整車的品質，甚至有時候左右了顧客的購買意愿。所以，國內外對于汽車關門聲品質都做了大量的主觀評價和客觀分析研究[1―3]。

而在車輛關門聲研究中，為能更好地模擬人耳的實際聽覺進行采樣分析，研究人員經常使用雙耳數字人工頭進行采樣。在對其采樣的聲樣本進行客觀評價時，雙耳所測得的響度、尖銳度等客觀評價參數通常并不一樣。對于這種雙耳異響的情況，國內外聲學工作者均提出了各種算法模型來量化其總體感知[4]。

本文中結合了總體感知模型以及關門聲客觀評價方法，測量并分析了人工頭與車身角度在關門聲試驗對雙耳測試結果及總體感知的影響。

1 車輛關門聲的客觀評價

1.1 人工頭的使用

人工頭，又稱仿真頭，通常為木料或塑料制成的假人頭[5]，有些還配有模擬耳廓和軀干。人工頭耳道內，分別裝有全指向性傳聲器。仿真頭考慮了頭部、軀干、肩部和耳廓對聲場特性的影響，并模擬了人耳的濾波特性；聲音信號傳至人工頭左右耳道內的傳聲器時，具有時間差和空間差，從而實現了模擬人的實際聽覺效果來錄音。這樣，在聲信號重放和客觀分析時，才能獲得很好的逼真度和立體聲效果。

1.2 客觀評價參數

車輛關門聲的采樣應在背景噪聲低的環(huán)境中進行，例如在半消聲室內。車外測量時，人工頭等測試設備的安放位置應模擬人體所處的感受位置。通常選取距離車身1 m、高度1.6 m的位置，人工頭應正對車身門鎖，如圖1所示?？紤]到車輛經常停放在比較狹窄的空間內，也可選取距離車身0.4 m的位置。車內測量時，則選取駕駛員或副駕駛的位置。關門速度一般采用等關門速度或等關門力度進行控制。根據車輛型號、車門重量等差異，同等關門速度下，實際關門力度的差異相差可能很大。

圖1 車外關門聲的客觀測試Fig.1 The test of outside door closure sound

目前，研究車門聲品質，常用的客觀評價指標有聲壓級、響度峰值和尖銳度峰值等。其中，響度和尖銳度是用以反映人對聲音感知的心理聲學參數。經研究表明，主觀評價好的車門關閉聲有著共同的客觀特征，各客觀評價參數(響度、尖銳度)數值均較小。但目前，心理聲學的分析仍有許多不足之處，僅從指標上對關門聲進行客觀評價是不夠的，必須與主觀評價相結合。

1.3 雙耳測試時的總體感知

關注雙耳測試結果的總體感知，除了可以簡化關門聲的評價量，更重要的意義在于可以更真實地模擬人的聽覺感受。

聽覺響度特征一直是心理聲學基礎研究的重要方面，其中對于雙耳異響下的響度感知，國內外聲學工作者也進行了大量的研究工作。Chouard結合車內噪聲對雙耳異響的聽覺感知進行了研究[6]，認為人耳總體響度感知等于左右耳響度的算術平均值。而Sivonen在對方向性入射聲源的響度感知進行了研究，并給出了不同的意見[7][8]，認為雙耳異響條件下的總體響度感知與左右耳之間的響度差異有關。雙耳間的響度差異越大，聽覺的總體響度感知高出雙耳響度的算術平均值越多。Moore等人根據研究提出了雙耳響度的疊加模型[9][10]，可以對雙耳異響條件下的總體響度感知進行計算。

目前，國內對于雙耳異響條件下的總體響度感知也做了不少研究[11]，根據張潔等人的研究結論，在雙耳異響條件下，總體響度感知受頻率的影響并不明顯，并高于雙耳聲壓級算術平均值所對應的響度級，且隨著聲壓級差的增大，兩者間差值增大，印證了Moore等人的研究結論。并提出以下響度疊加的數學模型

式中，NEQ為總體響度感知值，NM為雙耳響度的算術平均值，ILD為雙耳間聲壓級差。本文中，采用公式(1)作為其總體響度感知的計算公式。

尖銳度是描述高頻成分在聲音頻譜中所占比例的參數，反映著聲音信號的刺耳程度。目前，關于尖銳度的雙耳總體感知研究較少。本文中，采用雙耳尖銳度的算術平均值作為其總體感知。

2 關門聲入射角度對雙耳測試結果的影響

為檢查聲音入射角度對雙耳測試時所得測量結果的影響，本文采用十二種入射角度：分別為0°(以人工頭正對車門為0°，逆時針旋轉為正向)，±30°，±60°，±90°，±120°，±150°和180°，如圖2所示。工況采用彈性皮條控制關門能量，并使用關門速度儀監(jiān)控實驗過程中的關門速度。實驗過程中采用等關門速度控制，均為1.2 m/s。

圖2 不同入射角度下，車外關門聲的客觀測試Fig.2 The test of outside door closure sound at different incidence angle

實驗結果如圖3、圖4和圖5所示，隨著關門聲入射角度的改變，從0°至180°，聲壓級、響度和尖銳度，靠近車門的一側均是先升高后降低，另一側則相反。其中，聲壓級的變化隨著關門聲入射角度變化較小，最大變化量約6%左右；但響度和尖銳度的變化均較大，最大變化量約35%左右。較小角度時(±30°)，聲壓級的變化量僅2%左右，而響度變化量則達到9%左右，尖銳度變化量約4%；也就是說，小角度旋轉時，響度隨聲音入射角度的變化最敏感。

圖3 左右耳聲壓級隨關門聲入射角度的變化趨勢Fig.3 The trend of binaural SPL at different incidence angle

圖4 左右耳響度隨關門聲入射角度的變化趨勢Fig.4 The trend of binauralloudnessatdifferentincidenceangle

圖5 左右耳尖銳度隨關門聲入射角度的變化趨勢Fig.5 Thetrend of binauralsharpnessatdifferentincidenceangle

3 關門聲入射角度對雙耳總體感知指標的影響

根據前文所述的總體感知計算方法，可得雙耳總體感知隨關門聲入射角度的變化趨勢。

圖6 響度總體感知隨關門聲入射角度的變化趨勢Fig.6 The loudness trend of overall perception at different incidence angle

圖7 尖銳度總體感知隨關門聲入射角度的變化趨勢Fig.7 The sharpness trend of overall perception at different incidence angle

由圖6中可以看出，隨關門聲入射角度從0°偏轉至120°，總體感知響度降低，但變化不大，約2 Sone GF；從120°至180°，總體感知響度略有上升；其中180°時，總體響度感知比0°降低約5%左右。由圖7可以看出，隨關門聲入射角度從0°偏轉至120°，總體感知尖銳度降低；從120°至180°總體感知尖銳度升高；其中180°時，總體尖銳度感知與0°時接近，約2%左右。人工頭偏轉較小角度時(±30度)，雖然單耳的響度和尖銳度變化量均較大，但總體感知均變化不大，約2%左右；且考慮到聲壓級變化很小，響度總體感知的修正項，此時響度的總體感知也可直接采用左右耳響度的算術平均值。

由圖6和圖7可以看出，雖然存在一定的實驗誤差，左右耳對聲音的感知基本上是對稱的。也就是說，同樣入射角度下，正時針和逆時針旋轉所測得的總體響度感知和總體尖銳度感知是一樣的。故可以通過將正時針旋轉和逆時針旋轉所測得的數據予以綜合，從而得到關門聲實驗中，總體感知隨偏轉角度的變化，如圖8和圖9所示。

圖8 響度總體感知與關門聲入射角度的關系Fig.8 The loudness trend of overall perception at different incidence angle

圖9 尖銳度總體感知與關門聲入射角度的關系Fig.8 The sharpness trend of overall perception at different incidence angle

4 結語

本文主要考察了汽車關門聲在不同入射角度時(以人工頭正對車門為0°)，雙耳測試結果及總體感知的變化。結果表明：

(1)在關門聲樣本采集時，改變人工頭與車身側面的角度，單耳響度峰值和尖銳度峰值均變化較大，其中靠近聲源的一側，響度和尖銳度增大，偏離聲源的一側，響度和尖銳度減??；

(2)隨關門聲入射角度增大，總體感知響度和總體感知尖銳度先降低，隨后升高。角度為180°時(最大夾角)，總體感知響度比0度時小，而總體感知尖銳度與0°時接近；

(3)關門聲客觀評價實驗中，改變人工頭與車門的角度在±30°以內，雙耳響度和尖銳度的總體感知變化均不大，小于2%；故在關門聲客觀評價時，可不考慮角度的影響，而直接采用雙耳測試結果的平均值，作為響度、尖銳度等客觀評價指標的總體感知。

［1］Haeseung Lee,O-Jun Kwon,Jongho Lee.Modeling of door slamnoise index by using sound quality metric[R].SAE paper,2007-01-2394.

［2］ A.Petniunas,N.C.Otto,Scott Amman.Door systemdesign for improved closure sound quality[R].SAE paper,1999-01-1681.

［3］范瑋，孟子厚.汽車車門聲品質調查[J].聲學技術，2007，26(4)，674-677.

［4］毛東興.響度感知特征研究進展[J].聲學技術，2009，28（6），693-696.

［5］王佐民.噪聲與振動測量[M].科學出版社，2009，99.

［6］ N.Chouard.Loudness and unpleasantness perception in dichotic conditions.Doctoral dissertation.University of Oldenburg[R],1997.

［7］ V.P.Sivonen,W.Ellermeier.Directional loudness in an anechoic sound field,head-related transfer functions,and binaural summation[J].Journal of Acoustical Society of Ame rican,2006,119(5):2965-2980.

［8］ V.P.Sivonen.Directional loudness and binaural summation for wideband and reverberant sounds[J].Journ al of Acoustical Society of American,2007,121(5):2852-2861.

［9］ B.C.J.Moore,B.R.Glasberg,et al.A model for the prediction of thresholds,loudness,and partial loudness[J].Journal of the Audio Engineering Society,1997,45:224-239.

［10］B.C.J.Moore,B.R.Glasberg.Modeling binaural loudness[J].Journal of Acoustical Society of American,2007,121(3):1604-1612.

［11］張潔，毛東興.中國人群雙耳異響條件下的響度感知特征[J].聲學技術，2007，26(5)：137-138.