宋力強(qiáng) 苗青 萬程 曹焱鑫

中國(guó)家用電器研究院 北京 100037

0 引言

隨著消費(fèi)升級(jí)及人們對(duì)住宅健康的需求，家居環(huán)境中的噪聲問題備受關(guān)注。作為家居環(huán)境下噪聲的重要來源，家電產(chǎn)品的噪聲一直是企業(yè)在研發(fā)、優(yōu)化、改進(jìn)產(chǎn)品時(shí)比較注重的問題。目前市場(chǎng)上主流品牌的電冰箱噪聲均已符合甚至大幅優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)限值，但消費(fèi)者對(duì)電冰箱噪聲的投訴率依然居高不下。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，冰箱行業(yè)每年因?yàn)樵肼暜a(chǎn)生的客訴損失在1億元以上。這充分表明，消費(fèi)者對(duì)家電產(chǎn)品噪聲的滿意度并不完全取決于噪聲大小。研究表明，產(chǎn)品聲品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品噪聲的主觀聽覺感受更加貼合。

聲品質(zhì)中的“聲”是指人耳的聽覺感知，“品質(zhì)”是指人耳對(duì)聲音事件的聽覺感知過程，并最終做出的主觀判斷[1]。聲品質(zhì)評(píng)價(jià)自上世紀(jì)90年代被Blauert提出后便被廣泛應(yīng)用于汽車、公共交通、景觀等行業(yè)。就家電行業(yè)而言，在2004年，伍先俊等[2]就對(duì)家電行業(yè)應(yīng)用聲品質(zhì)的理論做了初步探討，提出應(yīng)加強(qiáng)聲品質(zhì)研究；尤晉閩等[3]對(duì)空調(diào)變頻壓縮機(jī)噪聲進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)并初步預(yù)估模型，認(rèn)為采用煩躁度描述噪聲比A聲級(jí)更靈敏；2016年，薛瑋飛[4]等聯(lián)合開發(fā)了變頻空調(diào)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)分析軟件，并對(duì)某品牌變頻空調(diào)與競(jìng)品空調(diào)進(jìn)行測(cè)試分析；楊曉玲等[5]從聲學(xué)領(lǐng)域?qū)译娫肼暵暺焚|(zhì)分析所需要的測(cè)試環(huán)境及相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了介紹；陳克安等在2019年聯(lián)合制定了《吸油煙機(jī)噪聲聲品質(zhì)測(cè)試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，并介紹了吸油煙機(jī)噪聲聲品質(zhì)評(píng)價(jià)的方法[6]?？梢?，聲品質(zhì)評(píng)價(jià)在家電行業(yè)的發(fā)展也在逐步深入。本文以電冰箱噪聲為研究對(duì)象，對(duì)電冰箱的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)和建模展開相關(guān)研究。

1 聲樣本準(zhǔn)備

高品質(zhì)的聲樣本能更好的覆蓋產(chǎn)品聲音特色，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性，因此采用雙耳采集設(shè)備（人工頭）對(duì)聲樣本進(jìn)行錄制。為擴(kuò)大覆蓋面，選取市面上常見品牌的20臺(tái)不同型號(hào)的家用電冰箱進(jìn)行聲樣本的錄制。

如圖1所示，聲樣本的錄制在半消聲室中進(jìn)行，模擬正常使用狀態(tài)下人耳所處的位置，人工頭耳高距離地面高度為1250 mm±10 mm，面向冰箱，與垂直反射面所在平面夾角為45°。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

采集每臺(tái)樣機(jī)初次上電階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段兩個(gè)工況的噪聲，錄制并試聽后，每臺(tái)樣機(jī)截取一組穩(wěn)定的樣本，隨機(jī)編號(hào)以備評(píng)價(jià)（根據(jù)主觀評(píng)價(jià)方法不同，聲樣本時(shí)長(zhǎng)有所差異）。

分別將時(shí)長(zhǎng)為3 s、5 s、7 s的聲樣本用于預(yù)評(píng)價(jià)中（共45名用戶參與預(yù)評(píng)價(jià)）。當(dāng)用于成對(duì)比較法時(shí)，71.4%的被試反饋5 s的聲樣本過長(zhǎng)，95.2%的被試認(rèn)為7 s的聲樣本過長(zhǎng)；在等級(jí)評(píng)分法中，90.5%的被試覺得3 s聲樣本太短，需要重復(fù)回放，66.7%的被試反饋5 s時(shí)長(zhǎng)也不足以完成對(duì)聲樣本的試聽感受。依據(jù)本次主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)安排，采用成對(duì)比較法，故選取3 s的聲樣本用于評(píng)價(jià)。

2 主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

主觀評(píng)價(jià)能體現(xiàn)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品聲音的實(shí)際主觀感受。為達(dá)到最佳評(píng)價(jià)效果，本次主觀評(píng)價(jià)在舒適自然、燈光柔和不昏暗、通風(fēng)良好無異味、溫度22℃～24℃、相對(duì)濕度45%～55%、本底噪聲＜25 dB(A)的聽音室中按以下流程進(jìn)行。

（1）確定主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

本次是對(duì)冰箱發(fā)出的噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此選取綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)“煩惱度”作為本次聲品質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。即在評(píng)價(jià)時(shí)，需要考慮的是每個(gè)聲樣本給人們帶來的煩惱程度。

（2）選擇主觀評(píng)價(jià)方法

常用的主觀評(píng)價(jià)方法主要有成對(duì)比較法、等級(jí)評(píng)分法、語(yǔ)義細(xì)分法等，每種方法各有利弊。由于本次招募的冰箱典型用戶均無聲學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，因此本次選擇較為簡(jiǎn)單、適合無經(jīng)驗(yàn)人群的成對(duì)比較法作為評(píng)價(jià)方法，分次比較一對(duì)聲樣本的煩惱度，并依次做出選擇。

（3）招募被試

被試的選取對(duì)主觀測(cè)試有較大影響，被試的選擇對(duì)象可以從產(chǎn)品目標(biāo)人群中進(jìn)行選擇。因電冰箱使用人群廣泛，本次招募45名年齡18～50歲，聽覺正常的成年人作為被試，其中男性20名，女性25名，年齡分布較均勻。

（4）數(shù)據(jù)處理

將穩(wěn)定運(yùn)行工況簡(jiǎn)稱為A組，初步上電工況為B組，每組共20個(gè)聲樣本。成對(duì)比較法評(píng)價(jià)后的原始數(shù)據(jù)為被選擇的聲樣本，為便于數(shù)據(jù)處理，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)值：若選擇A＞B，則A得1分，B不得分。處理后的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)服從正態(tài)分布，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行夏皮羅-威爾克檢驗(yàn)，W值為0.97293，非常接近于1，且P值＞0.05，可以判斷評(píng)價(jià)結(jié)果的分布近似于正態(tài)分布，符合評(píng)價(jià)結(jié)果要求。由此說明，本次測(cè)試主觀評(píng)價(jià)方法的選取是合理的。

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果是由人為主觀評(píng)定的，會(huì)受到外界或被試自身的多種因素干擾，存在誤判可能，為確保評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性，需對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行誤判分析。誤判分析用于檢驗(yàn)與自己的矛盾項(xiàng)。

成對(duì)比較法測(cè)試過程中，每3組聲樣本的評(píng)價(jià)存在關(guān)聯(lián)，若出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，則認(rèn)為存在誤判，故依據(jù)公式（1）進(jìn)行三角循環(huán)誤判分析。

式中，c為三角循環(huán)的準(zhǔn)確數(shù)量，t為兩兩對(duì)比的總對(duì)數(shù)。

評(píng)價(jià)結(jié)果的誤判率如圖2所示。

圖2 誤判分析

不同被試對(duì)聲音的偏好程度和認(rèn)知程度存在不同，為檢驗(yàn)被試與別人的矛盾項(xiàng)，依據(jù)公式（2）對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性分析，該公式表示每個(gè)被試對(duì)聲音認(rèn)知的一致性，無關(guān)對(duì)錯(cuò)，僅表示偏好或認(rèn)知的相同或不同。

式中，m是被試的總?cè)藬?shù)，t是兩兩對(duì)比的總對(duì)數(shù)，S是每個(gè)聲樣本得分平均值之差的平方和。

評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性如圖3所示。

圖3 一致性分析

剔除誤判率高于0.7或一致性低于0.7的評(píng)價(jià)結(jié)果，最終留取33名被試的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)用于建模研究。為簡(jiǎn)便且直觀地感受聲品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，一般將其結(jié)果設(shè)定為0～10之間的分值，所以將所有聲樣本評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使之處于0～10范圍內(nèi)。處理后的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 處理后的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果（穩(wěn)定運(yùn)行工況為A組，初步上電工況為B組）

3 聲品質(zhì)模型建立

（1）客觀參數(shù)計(jì)算

聲品質(zhì)評(píng)價(jià)客觀參數(shù)常用的有響度、尖銳度、粗糙度、抖動(dòng)/波動(dòng)度、音調(diào)度、語(yǔ)音清晰度，分別對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

（2）相關(guān)性分析

對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果和客觀參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3所示，與煩惱度相關(guān)性最高的為響度和音調(diào)度。

表3 相關(guān)性分析結(jié)果

（3）建立聲品質(zhì)模型

目前，聲品質(zhì)模型的建立多選用多元線性回歸法。根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果并以逐步回歸法為原則，以被試煩惱度分值為因變量，以響度、尖銳度、粗糙度、音調(diào)度為自變量，利用多元線性回歸建立煩惱度的多元回歸模型。選擇70%的數(shù)據(jù)用于建模，30%數(shù)據(jù)用于檢驗(yàn)，所建模型如下：

A組：運(yùn)行穩(wěn)定階段A=6.149L+0.224S-0.025T-2.481 （3）

B組：初次上電階段A=5.596L+6.845T-91.378R-2.241 （4）

式中，A表示煩惱度評(píng)分，L表示響度，S表示尖銳度，T表示音調(diào)度，R表示粗糙度。方程的可決系數(shù)R2分別為0.931、0.922。R2越大說明擬合的效果越好，因此，冰箱噪聲的煩惱度可以較好地由以上多元模型來表示。圖4、圖5分別為兩個(gè)工況下主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值的對(duì)比圖（實(shí)測(cè)樣本、預(yù)測(cè)樣本各20個(gè)）。

圖4 A組主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值的對(duì)比折線圖

圖5 B組主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值的對(duì)比折線圖

對(duì)模型的誤差進(jìn)行分析，如表4所示，整體誤差在合理范圍內(nèi)，說明所建立的模型具有很好的普適性。

表4 誤差分析

4 結(jié)論

聲品質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)用于家電行業(yè)是消費(fèi)者、生產(chǎn)企業(yè)、評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)多方的共同需求，有利于家電產(chǎn)品評(píng)價(jià)維度多元化的發(fā)展。本文以電冰箱兩種不同工況下的噪聲為研究對(duì)象，對(duì)20臺(tái)主流品牌冰箱產(chǎn)品進(jìn)行聲樣本的采集和處理；招募45名用戶作為被試，采用成對(duì)比較法對(duì)電冰箱產(chǎn)品噪聲進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；通過對(duì)聲樣本進(jìn)行客觀參數(shù)計(jì)算，并用多元線性回歸方法建立了兩種工況下的聲品質(zhì)模型，所建模型可以較好地對(duì)電冰箱噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)通過試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了響度、音調(diào)度、粗糙度、尖銳度是描述電冰箱兩種工況下噪聲煩惱度的主要客觀參量。