楊曉玲　楊偉成　廖瑋　趙霞

中國家用電器研究院　北京　100037

1　引言

目前國內(nèi)家電產(chǎn)品的噪聲主要是采用產(chǎn)品本身客觀的計(jì)權(quán)聲功率級進(jìn)行評價(jià)，但是人耳的主觀聽覺感受與家電噪聲的客觀測試指標(biāo)之間有一定的差異性。由于增加了人耳的主觀介入，導(dǎo)致了雖然有些家電產(chǎn)品的噪聲聲功率測試結(jié)果是合格的，但是人的主觀聽覺感受很差；還有一部分聽覺感受可以讓人耳接受的產(chǎn)品，其聲功率測試結(jié)果卻是不合格的。為了能夠全方位的評價(jià)產(chǎn)品的噪聲，國內(nèi)外越來越多的聲學(xué)科研工作者開始研究如何將人耳的主觀聽覺感受進(jìn)行量化的課題，由此，噪聲聲品質(zhì)這個概念逐漸興起[1]。

2　噪聲聲品質(zhì)國內(nèi)外研究進(jìn)展及現(xiàn)狀

1883年由聲學(xué)工作者Stumpf提出噪聲聲品質(zhì)的定義，它用來描述物理特性的聲音事件與不同聲音的感覺。經(jīng)過總結(jié)和大量的實(shí)驗(yàn)表明，對聲品質(zhì)產(chǎn)生影響的因素主要涉及到三個方面：第一是環(huán)境因素，也就是目前所處的聲場；第二是關(guān)于聽覺的感受，也可以稱之為心理聲學(xué)；第三個方面是關(guān)于以上兩點(diǎn)的一個自主的聽覺評價(jià)[2]。如果想要量化以上三方面因素，首先就需要客觀測試出相關(guān)的聲學(xué)參數(shù)[3]。在噪聲聲品質(zhì)研究方面，國際上聲學(xué)工作者已經(jīng)有突出的研究成果，他們對于品質(zhì)參數(shù)的研究比較透徹，不過在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用很少，特別是我國的家電噪聲聲品質(zhì)研究更是處于萌芽階段[4]。

1999年聲品質(zhì)在汽車行業(yè)研究盛行，福特與通用公司首次系統(tǒng)地闡述了聽覺團(tuán)體測試方法的原理和要求。目前，奧登堡聲品質(zhì)（Oldenburg Symposium）研討會是聲品質(zhì)研究工作者一年一次的盛會，在奧登堡大學(xué)，他們交流互通，共享信息平臺。除此之外越來越多的國際聲學(xué)會議也都將聲品質(zhì)的研究納入了會議中的一個研究專題。

經(jīng)筆者查閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)聲品質(zhì)研究主要在汽車行業(yè)應(yīng)用較多，家電行業(yè)的相關(guān)文獻(xiàn)較少，不過提升聲品質(zhì)已經(jīng)是越來越多家電廠家追求的目標(biāo)，并且越來越多的聲學(xué)論文中也提到了單純用噪聲聲功率級評價(jià)產(chǎn)品存在不足之處。心理聲學(xué)的某些指標(biāo)已受到ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）、德國標(biāo)準(zhǔn)化研究所（Deutsches Institut für Normung）以及ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會）的規(guī)范。例如ISO 532B的穩(wěn)態(tài)響度、響度百分位數(shù)、響度級，DIN 45631的時變響度以及DIN 45692的尖銳度等。我國關(guān)于冰箱噪聲聲品質(zhì)的一個標(biāo)準(zhǔn)《家電噪聲聲品質(zhì)工效學(xué)測評 第1部分：冰箱》已經(jīng)進(jìn)入起草階段，該標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容包括冰箱響度測試方法和噪聲響度限值[5]。

3　聲品質(zhì)分析測試環(huán)境

如果要對以上所提到的聲品質(zhì)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行研究就需要一個理想的聲學(xué)環(huán)境和配套的測試儀器，常用的測試設(shè)備主要包括：聲品質(zhì)測量人工軀干模型（一般叫做人工頭）和對應(yīng)的采集以及后期的數(shù)據(jù)分析處理軟件。通過錄音回放進(jìn)行主觀評價(jià)時還會給評價(jià)者配套對應(yīng)的聲卡和回放專用的高保真耳機(jī)。測試設(shè)備部分不再贅述，下面將對測試環(huán)境部分展開介紹。

因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)廠家設(shè)有半消聲室，并且在沒有該領(lǐng)域國標(biāo)進(jìn)行規(guī)范的前提下，聲品質(zhì)測試還處于摸索階段，所以大部分廠家選擇直接在半消聲室內(nèi)進(jìn)行聲品質(zhì)相關(guān)參數(shù)的測試。

鑒于半消聲室只有直達(dá)聲沒有反射聲，并且當(dāng)聲壓級太低時，人耳需要很吃力地去聽，會影響聲音的表現(xiàn)，所以一些家電廠家專門建造了測聽室對聲品質(zhì)進(jìn)行測試研究，其主要用于家電產(chǎn)品的主觀評價(jià)，或者將家用電器產(chǎn)品的錄音在該室內(nèi)進(jìn)行回放，評價(jià)者再對聲品質(zhì)進(jìn)行主觀評估。其設(shè)計(jì)主要參考GB/T 50356《劇場和影劇院的設(shè)計(jì)規(guī)范》和JY/T 183《數(shù)字立體電影院的技術(shù)要求》[6]。

3.1　測聽室的本底噪聲

根據(jù)測聽室被測產(chǎn)品的不同，一般測聽室會根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的背景噪聲。這與消聲室類似都是為了保證實(shí)驗(yàn)室能夠根據(jù)設(shè)計(jì)需要來屏蔽外部的振動和噪聲。

3.2　測聽室的混響特性

混響特性的一個重要參數(shù)就是混響時間，其取值大小一般與房間的容積有直接的關(guān)系。根據(jù)房間大小，將500Hz最佳混響時間按照圖1設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)之上關(guān)于其他頻段的設(shè)計(jì)可以參照圖2。

4　聲品質(zhì)主要評價(jià)性能指標(biāo)以及用意

4.1　聲音的響度

聲音的響度通常被定義為人耳主觀感受到的聲音強(qiáng)弱程度[7]。通過定義可知響度是主觀的聲學(xué)參數(shù)，但是經(jīng)過研究表明響度不僅只與聲音的物理強(qiáng)度有關(guān)，其還與聲音中所包含的頻率成分有很大的關(guān)系。響度以宋（sone）作為基本單位，常規(guī)人們稱單頻1000Hz的純音產(chǎn)生40分貝的聲音響度為1宋。為了更好的模擬人耳對聲音的感應(yīng)，國際上對等響曲線進(jìn)行了研究，此項(xiàng)研究加快了響度研究的進(jìn)展，A計(jì)權(quán)等響網(wǎng)絡(luò)就是一條40方的曲線。由于等響曲線有頻率單一性的弊端，而我們?nèi)粘Ｉ钪械脑肼曨l率成分復(fù)雜，所以推進(jìn)了響度計(jì)算相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，ISO 532就針對聲音響度相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了規(guī)范。

4.2　聲音的尖銳度

聲音的尖銳度 (Sharpness)顧名思義是為了定義聲音的尖銳特性，即刺耳程度。含有不同頻率成分的聲音，如果高頻段的成分占比越大，該聲音的尖銳度往往越高，聽起來比較尖銳；高頻段的成分占比越小，其尖銳度往往越低，聽起來相對沉悶。尖銳度以acum作為基本單位，通常用符號S表示。為了統(tǒng)一對尖銳度的規(guī)范，定義了一個尖銳度為1acum的窄帶噪聲，即帶寬為160Hz并且以1000Hz為中心頻率的60分貝聲音。與響度不同，尖銳度的評價(jià)還沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)Zwicker和Aures定義了相關(guān)的計(jì)算模型，目前常被大家所引用。

4.3　聲音的粗糙度

聲音的粗糙度是標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算聲音調(diào)制程度的物理量，粗糙度主要反映在高頻調(diào)制部分，低頻調(diào)制程度往往通過抖動度進(jìn)行描述。二者以20Hz作為分界線，低于20Hz的調(diào)制往往表現(xiàn)在抖動度。粗糙度以asper作為基本單位，人們規(guī)定60分貝1kHz的純音被70Hz進(jìn)行完全調(diào)制時，其粗糙度為1asper[8]。

圖2　最佳混響時間與500Hz相比的頻率關(guān)系

4.4　聲音的抖動度

根據(jù)剛剛粗糙度的介紹可知，抖動度的調(diào)制頻率低于20Hz。抖動度帶給人的主觀感受比較明顯，主要是可以很明顯的感受到隨著時間音量產(chǎn)生的變化。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)表明，抖動度大的聲音帶給人的煩惱程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粗糙度大的聲音。抖動度通常用單位vacil表示，規(guī)定60分貝1kHz的純音被4Hz進(jìn)行100%調(diào)制時其抖動度為1vacil。

5　結(jié)論

關(guān)于家電產(chǎn)品的噪聲聲品質(zhì)研究目前還沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，許多廠家還處于摸索階段，汽車聲品質(zhì)研究起步較早，家電廠家更多可以借鑒汽車行業(yè)噪聲聲品質(zhì)相關(guān)的研究方法對家電噪聲進(jìn)行研究。相信隨著家電產(chǎn)品噪聲聲品質(zhì)研究的深入，家電產(chǎn)品的聲學(xué)性能會越來越好。