声品质基本概念与研究综述

声品质基本概念与研究综述引言多年以来，噪声控制技术的任务是降低声源的声辐射，声源的测试也是围绕A声压级或A声功率级，这种努力的原则是基于A声压级或A 声功率级越低越好。

而随着技术的发展，大多数声源的辐射噪声己经得到降低，对人们的听觉不会造成物理伤害。

研究发现，此时传统的声压级、以及三分之一倍频程的评价标准己经不能反映人们对于噪声的主观判断，往往有声压级相同的声音，给人的主观感觉却截然不同，而有的声音声压级虽然较高，但让人感觉比较愉悦，在这样的情况下，声品质的概念便应运而生了。

定义中的“声”并不是指单纯声波这样一个物理过程，而是指人耳的听觉感知过程；“品质” 是指由人耳对于声音事件感知过程最终做出的主观判断。

这一概念更强调人们对声特性判断的主观性。

1声品质基本评价量在声品质评价中，目前已有一系列的基本特性被认为是适宜于描述听觉事件的，这些量主要有：响度、锐度、粗糙度、抖晃度等。

这些量中的某几个组合在一起，形成了感觉舒适度、烦躁度等综合性指标。

1.1 响度响度是对声音强度的一种感受，它是人们对声音感知影响最大的一个参量。

通过对响度及其依赖关系的研究，以及掩蔽效应的研究，人们发现，两个声级相等而频率间隔大于临界带的纯音产生的响度大于频率处于两纯音之间而声级为两纯音按能量叠加的纯音的响度。

两纯音的频率间隔增加，组成复合音的响度也随之增加。

这意味着响度不是由单独频率成分所决定的，而是由两者相互影响而产生，尤其是当两者频率间隔较小时，影响较为明显。

只有在两者频率间隔足够大时无相互影响，这时，响度值等于两者的响度之和。

由于临界带对响度计算有很大的影响，因此在构造响度模型时，把激励声级对临界带率模式作为基础。

将总响度N看成是特征响度N'对临界带率的积分，即：r24 RakN = SOllt4其中N' z为在一个临界带内的特征响度，单位为son8. Bark，下标G表示响度值是由临界带声级计算得来的。

1.2 粗糙度粗糙感是在调制频率为15〜300Hz时产生的。

调制函数的频谱在15〜300Hz区域即足以产生粗糙感，并非要周期性调制。

这也是大多窄带噪声即使没有包络和频率的周期性变化，却产生粗糙感的原因。

将调制频率为70Hz,调制幅度为100%，声级为60dB的1kHz 纯音粗糙度定义为1 aspe。

影响粗糙度的因素主要有两个，一个为频率分辨率，一个为时间分辨率，频率分辨率由激励模式或特征响度随临界带的关系决定。

当调制幅度为25%时，即m=0.25，粗糙度达到其最低值0.1 aspe,调制幅度每增加10%，相应粗糙度增加17%，因此在可听粗糙度划分为20个级别。

粗糙度变化1.56倍时，我们刚可察觉到粗糙度的差异。

粗糙度是由激励模式随时间变化引起的，非常缓慢的变化不产生粗糙度的感受，可见粗糙度正比于变化速度，即调制频率，此外，通过掩蔽分析可知，粗糙度与掩蔽深度成正比关系，于是得到：R= ° 3人通* J斗⑺左as卩可1.3 尖锐度在影响锐度感觉的众多因素中，与锐度密切相关的量有窄带声音的频谱成份和中心频率、声音的带宽。

声音的频谱包络对锐度的影响最大，而频谱细部结构显的不太重要。

在一个临界带宽内，带宽的变化与锐度无关。

锐度模型与频谱的精细结构无关，而仅与频谱包络有关。

从心理声学的角度，频谱包络表示成激励声级与特征频带率的关系的模式，或称为特性响度与特征频带率的关系模式。

根据窄带噪声的锐度随特征频带变化关系，以及低频成份的增加可降低锐度的特点，可以采用冲量因子g来构造锐度模型，在16Bark以下频带为1,而在16Bark 以上的频带，g 大于1。

采用特性响度与特征频带率的关系模式作为分布函数。

以及在1kHz时的锐度为1acum的边界条件，可以构造出如下的关系式：式中N z 为临界带内响度密度的积分，比例常数 C=0.11，根据1kHz 声压级为60dB 时，锐度为1 acum 来确定1.4 抖晃度听觉系统对经过 调制的声音有两种不同的感觉：当调制频率在20Hz 以下感知为抖晃度，而在高频则感知为粗糙度。

在 20Hz 附近 是听觉感知的平稳过渡区域。

将60dB 频率为1kHz 的纯音，以4Hz 纯音进行幅值调制，调制度为 100%声音的抖晃度定义为1vacil 。

抖 晃度呈调制频率的带通特性，最大值在调制频率为 4Hz 处，即4Hz 的调制频率将显现较大的抖晃度。

人耳听觉系统的频率分辨率为4Hz ,流利语音的正常速率为 4音节/秒。

与粗糙度的计算类似，抖 晃度的计算也米用瞬间掩蔽模式，以最大和最小声级差 L 的形式表示:24 JEkfrtk0.008 jAidz卜= —； -- ^― -------- v^cil */^闻 + 4 4 /mod 2.国外声品质研究现状声品质研究作为一项跨学科领域的交叉研究， 由于对其理解的不同，不同研究单位在研究方向、研究方法手段上的相差很大。

比较而言，英国和法国更强调它是一门感知科学， 强调心理实验方法的研究， 强调揭示感知心理属性结构。

德国和丹麦偏重于机械工程方面的应 用、（二卜宕（二）加*«o acum以及物理机制方面的研究。

比较来看，由于背后有着汽车行业的支持，德国和美国在此项研究中的水平较高，普及面较广，并具有重视基础研究作用机制和工程应用的特点。

国外进行的声品质主观评价方面研究，其基本思路和流程大体相同：首先，组织评价组对多个不同的有效车辆噪声采样信号进行评分。

常用评价方法有两种：等级评分法和成对比较法，前者可获得声音评价的绝对数值，后者则可提供多个噪声采样之间的相对排序。

然后，以统计学方法对噪声样本进行多重回归分析，确定主观评分等级与客观物理参数之间的相关性，最终建立用心理声学参量表达的声品质函数公式，并以此作为汽车产品设计和制造的声学参考和评价指标。

2.1 声品质主观评价研究声品质主观评价研究是采用通过问卷调查或主观评价实验等形式，对主观评价数据通过统计分析等方法，获得适当的评价术语以描述声品质的主观感知特征。

声品质主观评价方法有：排序法、幅度调节、等级评分法、成对比较法、语义细分法等。

主观评价方法在不断发展的同时，不同评价方法都有其优缺点以及适用环境，因此经济、有效评价方法的研究也是声品质研究中的一个重要方面。

国外许多学者对声品质描述指标进行了深入的探讨。

奥地利AVLLIST 公司较早给出了系统描述声学属性的48 个物理特征量，并把它们归纳出8 类评价指标，包括声压级、综合级参数、周期性测量、音质响度、音质尖锐度、脉冲性、粗糙度和声压分布。

日本学者提出的评价指标也很有特色，共分为响亮、轰鸣、平稳、尖锐、坚实、强劲、活泼、豪华、驾驶乐趣、动感、偏爱和发动机延展性等12 类。

1959年Solomon首先将语义细分法用于声学研究，在应用的过程中针对不同的情况实验流程有所不同。

其中，德国奥登堡大学和波鸿大学在进行车内噪声声品质的研究中对语义细分法采用了不同的研究流程，以适用不同的研究要求。

成对比较法在声品质研究中应用较广，1994年Chouard研究表明回放顺序对主观评价结果没有显著影响，但是，不同的样本序列会给评价者的评判结果带来差异。

近几年在具体的声品质应用研究中，成对比较法仍然处于不断的讨论研究中。

1994年Boemak提出采用明亮度(Brightness)柔和度(Softness两个维度来描述汽车发动机的声品质.1995 1997年Bisping针对车内噪声的声品质，通过一系列的实验研究认为，车内声品质感知中愉悦度和劲度两方面的特征最为重要在车辆标准驾驶状态下，这两个因素占总变量的60〜70%。

1998年Bodden在比较几种不同的主观评价方法的基础上，提出一种适宜于工业应用的个性化测试法，可发挥评价者的主观能动性，减少评价工作量。

1999年Otto 等曾提出汽车声品质主观评价导则，比较系统地介绍了评价环境、评价准备工作、评价和分析方法等。

2004年Anna Preis关于专业评价者与非专业评价者对乐器声品质的成对比较法实验研究表明，专业与非专业评价者对于声品质偏好性的评价没有什么不同。

一般情况下大多数的研究工作多是围绕声品质的满意度、偏好性或烦躁度等方面的特征进行，并将其解释为多维的特征。

2.2 声品质客观评价研究声品质客观评价研究的目的是建立声品质主观感知属性与物理声学、心理声学之间的联系，即从物理声学、心理声学的角度，对人们对噪声声品质的主观属性进行理解。

国际上目前的研究普遍针对特定的噪声条件而言，模型不适用所有的情况，研究方法和研究结果有很大差别。

总的来看，客观评价集中在从时间历程、频谱构成、物理声学参量、心理声学参量、双耳信号的互相关等多个角度的特征方面，利用方差分析、相关分析、主成份分析以及多元线性回归分析等统计分析方法来进行。

一些研究主要考虑从时间历程和频率构成特征的角度进行分析，试图降低某些频率段声压级，以提高噪声的和谐结构成分、改善噪声的声品质。

1999年Bodden和Heinrichs在研究柴油发动机的嗒嗒声品质评价时，采用考虑时域掩蔽和时域积分的时域响度模型来反映（响度、平均响度、抖晃度、以及响度在时域的平均偏差），相关系数达到0.95。

2002年韩国科学技术学院，通过专门设计的实验运用正交矩阵评价实验分析研究吸尘器声品质与频谱构成之间的关系，指出不同频带的变化明显影响主观评价结果，同时高频成分主要影响满意度，低频成分与吸尘性能相关。

一些研究基于心理声学特征量对于声品质主观特征进行表征。

比较有代表性的是1984年Aures把响度、粗糙度、锐度和音调组合起来提出的感觉愉悦度，以及1991 年Hussain 提出的烦恼度指数。

1999 年Scot和Jef在进行细致的主观评价实验与分析之后，采用基于响度、及其在时域的标准偏差、抖晃度对汽车启动声的主观评价结果进行客观量化，取得比较好的效果。

1997年Zhang和Vertiz认为对电动窗听觉感知的主要因素和偏好特征为噪声强度、音色变化以及锐度，其中强度(包含响度、粗糙度等)为最主要的因素，用户更加偏好于这些参量值较低的产品，人们对电动车窗声品质的心理期望是一致的。

1999 年Scott 和Jeff 在进行细致的主观评价实验与分析之后，采用基于响度、响度在时域的标准偏差、抖晃度对汽车启动声的主观评价进行客观量化，取得比较好的效果。

2001 年Teik C.Lim 通过研究将影响汽车电动车窗噪声烦躁度的因素归为四类:响度、尖叫声、脉冲声、时域变化。

低频噪声对于声品质的研究非常重要，有许多的工作集中于典型的低频噪声以及特定条件下的隆隆声研究。

2000年Hashimoto 等在对车内噪声声品质的研究中，将300Hz 以下的低频噪声在耳膜处产生的声压感受称为轰鸣感。