顧開榮 楊偉成 宋俊龍 韓愈嵩(、格力電器(合肥)有限公司 安徽合肥 300;、中國家用電器研究院 北京 00053)
隨著家電設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,家電產(chǎn)品的輻射的噪聲能量(聲功率級Lw)不斷降低。但是,某些產(chǎn)品的噪聲能量降低后,消費者的感覺并沒有得到明顯改善。在某些情形下,甚至出現(xiàn)噪聲功率級和消費者主觀感覺相反的結(jié)果。例如,某些家用電冰箱的噪聲,聲壓級已經(jīng)低至20dB(A)左右,聲級遠遠低于國家環(huán)境區(qū)域(居室)標(biāo)準(zhǔn)。但是,消費者對電冰箱噪聲的投訴排列第一。
這樣的問題遠不能用噪聲聲壓級(或者聲功率級)進行解釋。
實際的機器聲源對人類的影響表現(xiàn)在二方面:
(1)音量即噪聲聲壓級的大小。
(2)音質(zhì):即噪音的難聽程度。
對于后者,涉及到人類的聽覺主觀評價問題。對噪聲的主觀評價問題,人們一直沒有停止過對該問題的不斷探索。探討的主要問題有:
(1)影響人類對噪聲的主觀感覺的客觀物理參數(shù)或者客觀物理指標(biāo)是什么?即儀器可以判別該噪聲是否難聽。
(2)如何改進噪聲的特性進而達到改善噪聲主觀聽覺的目的。
從家電廠商來講,判別和評價產(chǎn)品噪聲是否難聽,用儀器判別當(dāng)然重要。但是在目前客觀判別音質(zhì)特性研究還無實質(zhì)性進展的前提下,采用人耳的判別更可靠,更接近實際。因此,在特定的安裝環(huán)境中,采用人耳判別就成為家電產(chǎn)品噪聲音質(zhì)研究的重要方法。
針對上述問題,人們進行了不懈的努力。到目前為止,曾經(jīng)出現(xiàn)過幾十個客觀物理評價參數(shù)指標(biāo)。例如,尖銳度,響度,噪度,顫,粗燥度等等。上述這些指標(biāo)為噪聲的主觀評價做出了較大的貢獻,但是還只局限于某類產(chǎn)品如轎車或者確切地說局限于某個產(chǎn)品。無法適用于所有噪聲源。因此,到目前為止,還很難對機器產(chǎn)品進行準(zhǔn)確的噪聲音質(zhì)客觀測試。
基于以上原因,目前對于機器噪聲主觀音質(zhì)的研究,除過尋求客觀物理指標(biāo)的研究外,進行人耳實際的主觀評價仍然是非常重要的研究方法。例如,喇叭、樂器、音響以及轎車和家電產(chǎn)品的主觀評價和客觀儀器測試是同等重要的研究方法。因為,無法改變的事實是消費者感覺機器產(chǎn)品的音質(zhì)不是在理想的消聲室或者混響室內(nèi)進行,而是在實際的使用環(huán)境中進行的。另外,消費者是用自己的耳朵進行感知的,不是用儀器來感知的。因此,模擬實際環(huán)境中消費者的主觀感覺效果意義更大。
目前評價家電產(chǎn)品的噪聲性能好壞采用在理想的實驗環(huán)境中(如消聲室或者混響室)輻射的聲壓級Lp或者聲功率級Lw進行評價。該量屬于客觀評價量。在產(chǎn)品的質(zhì)量控制,噪聲機理的研究及其控制等方面發(fā)揮了重要的作用。
但是,家電產(chǎn)品最終不是安裝在消聲室或者混響室中。是要安裝在人類活動的居室內(nèi),如會議室,家庭等。在理想的聲學(xué)環(huán)境消聲室或者在混響室內(nèi)測試,只是便于客觀檢測和分析,已經(jīng)拋棄了安裝環(huán)境對噪聲輻射的影響。許多種情況,消費者對空調(diào)器噪音的投訴不是因為音量即聲壓級太大,而是因為噪音太難聽。
實際的安裝環(huán)境和理想的測試環(huán)境在主客觀方面會有很大的差異:
差異表現(xiàn)在二方面:即輻射聲壓級的差異和噪音頻譜的差異。
(1)產(chǎn)品輻射的聲壓級: 不同的房間常數(shù)輻射的聲壓級相差最大可達20dB!如圖1所示。同一臺空調(diào)器,同樣的距離位置,產(chǎn)生的噪音差異很大。很有必要研究這種差異對實際用戶的影響。
(2)音質(zhì)或者對用戶聽覺的影響: 在消聲室內(nèi)自由聲場,空調(diào)器輻射的聲波無任何反射。其噪聲頻譜是空調(diào)器輻射聲波的直達聲,無任何反射波疊加。但是在實際的安裝環(huán)境中,使用者會接受相當(dāng)?shù)姆瓷渎暡?,會使噪聲聽起來“放大”。由于實際居室內(nèi)對不同的聲波其界面的吸聲系數(shù)不同,因此,對不同頻率的聲波,“放大”倍數(shù)不同。因此,在消聲室內(nèi)的聽覺效果和在實際居室內(nèi)的聽覺效果完全不同。因此,很有必要研究在實際的安裝環(huán)境下,產(chǎn)品發(fā)射的噪聲。因為對消費者來將,畢竟家電噪聲是用消費者人體感知其熱學(xué)性能、用耳朵感知其噪聲是否舒適的。這種感知結(jié)果和在理想環(huán)境中用聲級計來測試的噪音指標(biāo)有很大的不同。
為了更為真實地模擬實際家電產(chǎn)品噪聲的聽覺效果,需要在專門設(shè)計的聲學(xué)環(huán)境中進行。該環(huán)境需要滿足以下要求:
(1)具有足夠低的本底噪聲,以便去除外界噪音對產(chǎn)品評價的干擾。
(2)在人類主要的聽覺頻域內(nèi)(一般規(guī)定125~4000Hz)的混響時間是平直的,大約在0.5s左右。目的是既要消除太多的反射(例如在混響室內(nèi)測試),也要模擬實際環(huán)境的吸聲效果。同時,又要考慮可能出現(xiàn)的聲學(xué)缺陷:例如駐波現(xiàn)象、回音、聲場不均等。在測聽室內(nèi),力求達到所有空間區(qū)域的聲壓級基本相同。
(3)測聽室的聲場特性接近實際安裝環(huán)境(如空間大小,照明,家電產(chǎn)品的擺放位置等)。便于在此環(huán)境中進行空調(diào)器噪聲性能的主觀評價。
在噪音主觀評價實驗室內(nèi)實現(xiàn)較低的本底噪音上,與客觀測試環(huán)境如消聲室、混響室的設(shè)計相同。如采用房中房隔聲結(jié)構(gòu),采用獨立懸浮隔振基礎(chǔ)等。
4.1 如何實現(xiàn)最佳混響時間
以下已經(jīng)得到認可:小空間環(huán)境(如小型會議室,音響測聽室,小型演播室)混響時間T60在0.5秒左右會得到最佳的聽音效果[1]。對于混響時間的設(shè)計,可以通過賽賓公式進行設(shè)計計算[2]
通常通過在聽音室的屋頂、墻面、地坪部位安裝不同的吸音材料,通過調(diào)整吸音材料的種類、數(shù)量,最終使得在一定的頻域內(nèi)(一般規(guī)定125~4000Hz)的混響時間是平直的,大約在0.5s左右。
4.2 聽音室的大小
除考慮盡量接近實際使用外,房間的長寬高比例盡量避免出現(xiàn)簡正頻率的兼并,使得簡正頻率分布盡量均勻,盡量避免出現(xiàn)駐波。使得室內(nèi)聲場分布盡量均勻。
圖2為筆者設(shè)計的空調(diào)器主觀音質(zhì)評價實驗室實物照片。該實驗室采用了不同種類的吸音材料,使得在所有頻域內(nèi),吸聲量A大致相同。另外,使用了聲波擴散體,使得室內(nèi)聲場盡量均勻。由于采用了獨立懸浮隔振基礎(chǔ),其本底噪音低于15dB(A)??梢詽M足絕大部分家電產(chǎn)品的主觀評價測試。
圖3為該聽音室的混響時間曲線。
(1)各類空調(diào)器的音質(zhì)主觀評價。
聽音室的聲場消除了外界噪音的干擾、消除了房間駐波等聲學(xué)缺陷,消除了過大過小的聲波反射。既克服了日常居室的聲學(xué)缺陷(較大的本底噪聲,較為強烈的反射或者吸收,駐波等),又比消聲室或者混響室大大接近實際居室的聲場特性。在此種環(huán)境下,可以進行空調(diào)器的主觀音質(zhì)評價。
評價結(jié)果可以用于:
a)新品開發(fā)的依據(jù)。新品上市前需要經(jīng)過主觀評價,感覺其噪音是否可以接受。
b)產(chǎn)品改進前后音質(zhì)的比較。一般地,將改進前后二臺樣機安放在聽音室內(nèi)分別運轉(zhuǎn),感知其噪聲變化,作出是否有改善的結(jié)論。
c)不同種類、不同品牌、不同材料及其設(shè)計等等欲相互比較的樣機,安放在同一間聽音室內(nèi),找出它們之間的差異,進而得出改進結(jié)論。這一點,有時意義更大。
(2)獲得在實際的安裝環(huán)境下,家電產(chǎn)品輻射的噪音大小。
這一個數(shù)值非常接近消費者實際感知的聲壓級。它明顯不同于消聲室或者混響室輻射的聲壓級。
(3)獲得在實際的安裝環(huán)境下,家電產(chǎn)品輻射的噪音頻譜的數(shù)值。
這一個數(shù)值非常接近消費者實際感知的噪音頻譜。它明顯不同于消聲室或者混響室輻射的噪音頻譜。為產(chǎn)品改進或設(shè)計提供依據(jù)。
(4)用于開展主觀評價結(jié)果和客觀測試量之間的關(guān)系研究提供了一個理想的環(huán)境。
這一環(huán)境不同于消聲室或者混響室,非常接接近實際的使用環(huán)境。這也是目前人們探討的音質(zhì)評價主要問題之一。進一步,為產(chǎn)品音質(zhì)評價制定統(tǒng)一的客觀測試指標(biāo)。該研究領(lǐng)域,在轎車行業(yè)已經(jīng)有較大的進展。
(5)其他使用。 企業(yè)內(nèi)部電臺節(jié)目錄音,節(jié)目制作,欣賞音樂等。
(1)實際使用環(huán)境中家電產(chǎn)品輻射的噪音明顯不同于理想的測試環(huán)境如消聲室和混響室中輻射的噪聲。因此,有必要對實際環(huán)境中輻射的噪音進行體驗和研究。
(2)在家電噪聲客觀指標(biāo)研究還沒有實質(zhì)性進展的背景下,進行實際人耳主觀評價具有重要意義。
(3)主觀評價需要在專門的聽音室內(nèi)進行。本文提及的案例可以用于家電噪聲的主觀聽覺評價。
[1] GB/T 50356 劇場和影劇院的設(shè)計規(guī)范
[2] 杜功煥等.“聲學(xué)基礎(chǔ)”.南京大學(xué)出版社