车内声品质主观评价与主动控制技术研究-吉 大汽车-王登峰

吉林大学汽车工程学院车内声品质主观评价与主动控制技术研究吉林大学汽车工程学院 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 王登峰 2010年12月10日吉林大学汽车工程学院1 、声品质概念与研究方法 1、声品质概念与研究方法 2 、汽车声品质评价的心理声学基础 2、汽车声品质评价的心理声学基础 3 、车内声品质主观评价试验与分析 3、车内声品质主观评价试验与分析 4 、声品质评价指标的客观量化描述 4、声品质评价指标的客观量化描述 5 、车内声品质主动控制技术概述 5、车内声品质主动控制技术概述 6 、车内声品质自适应主动控制方法 6、车内声品质自适应主动控制方法 7 、车内声品质主动控制系统 7、车内声品质主动控制系统 8 、研究结果与分析评价 8、研究结果与分析评价吉林大学汽车工程学院一、声品质概念与研究方法吉林大学汽车工程学院1、传统A计权声级评价标准不足‡车内噪声是评价汽车乘坐舒适性的重要指标之一； ‡ A计权声级是以噪声响度来衡量噪声强弱的评价指标； ‡传统汽车噪声研究多以A计权声压级作为评价指标，致力 于使汽车噪声满足日益严格的限值标准和乘坐舒适性要求 ； ‡用A计权声级评价噪声品质特性，无法全面反映噪声对人 的骚扰性，常与主观感觉不符； ‡汽车内部噪声给乘坐者的主观感受对消费者的购车取向有 很大影响 。

吉林大学汽车工程学院2、声品质概念的提出‡ 针对噪声传统评价方法的不足，反映人体主观感受的声品质 （ Sound Quality）概念出现，并逐渐成为噪声研究的主要 评价指标之一； ‡ 声品质是在特定的技术目标或任务下对声音适宜性的描述， 强调人耳的听觉感知和主观判断； ‡ 声品质标准的提出，代表现代噪声研究的新理念，即噪声控 制不仅要降低噪声的声压级，还要能够调节其品质特性。

‡ 汽车噪声控制的最终目标是实现有选择性的噪声控制，在消 除总体噪声中令人烦躁成分的同时，适当保留令人愉悦的成 分，使声音符合消费者主观感受的要求。

吉林大学汽车工程学院3、声品质评价方法‡ 有主观评价方法和客观评价方法两种； ‡ 因声品质研究是以人的主观感受为评判标准，难以直接 测量得到，需要通过主观评价试验获取主观感知数据； ‡ 主观评价试验的可重复性和一致性较差，评价结果用统 计量描述，对于进行汽车声品质的诊断和控制并没有太 大直接参考价值和指导意义，需要对声品质指标进行客 观量化的描述。

‡ 主观评价得到的声品质与某些心理声学客观参量密切相 关。

这些反映不同声音信号造成主观感受差异的客观物 理量可以直接测量和计算获取。

吉林大学汽车工程学院声品质主观评价流程框图吉林大学汽车工程学院4、声品质研究趋势‡ 提出新的声品质客观评价参量； ‡ 研究新的适用于汽车声品质主观评价方法，构建心理声学参 数计算模型； ‡ 在声品质客观量化描述的基础上，采取主被动措施进行汽车 声品质改善。

‡ 单纯降低噪声的声级强度并不能满足声品质改善的要求，只 有对不同频段内的车内噪声实施不同程度的控制，才有可能 获得最佳的声品质。

‡ 能对特定频段内的噪声成分进行削减的选择性噪声自适应主 动控制技术（AANC，Adaptive Active Noise Control），能根 据原始噪声特性通过改变控制系统设计，来实现选择性降 噪，还能对某些特定频段噪声完全予以保留甚至补偿，具有 独特的声品质控制优势。

吉林大学汽车工程学院二、汽车声品质评价的心理声学基础吉林大学汽车工程学院1、声品质研究要注意的问题‡ 声品质的评价与分析是一个多维的、跨学科的复杂任务， 涉及到声学、心理学、统计学和心理声学等交叉学科知识。

‡ 掩蔽效应，即当人耳同时接收到两个不同声音时，较响亮 的声音频率成分将使相对不响亮的频率成分变得不易觉察。

这是最值得重视的听觉特性之一。

‡ 在心理声学的研究中通常以临界频带和Bark尺度来描述人 类听觉的频率分辨力。

‡ 还要注意双耳听觉与单耳听觉的差异。

4）频率计权声压级声压级是评价噪声强度的常用量，声压级越高，噪声越强。

但人耳对噪声的感觉，不仅与声压级有关，还与频率、持续的时间等因素有关。

人耳对高频率噪声较敏感，对低频率噪声较迟钝。

声压级相同而频率不同的声音，听起来是不一样的。

为了反映噪声各种复杂因素对人的主观影响程度，需要有对噪声的评价指标，频率计权声压级是最常用的评价指标：A 计权－是为模仿响度级为40 phon等响曲线的倒置曲线，它对低频声(500Hz以下)有较大衰减；B 计权－70phon等响曲线；C 计权－100phon等响曲线，主要用于评价特别响或低频为主的噪声；线性计权－对原始测量信号没有施加任何计权的噪声级。

频率计权曲线3、常用的主观评价方法及其特点等级评分法：将声品质的某一属性划分为若干等级，每个等级中又包含不同的分值，试验中评价者根据各自主观感知程度给出对应的评价分值。

其特点是：简单快捷，评价工作量相对较小，结果为等级评分数值，便于进行后续分析；但是对于未经培训、没有经验的评价者来说，直接给出准确的评分是很困难的。

因此，需要让评价者至少接受最基本的听音训练，并将评分范围明确划分为适当等级。

成对比较法：将全部声音样本按排列组合方式分组，每组两个，评价者对这两个样本的某一属性进行比较并给予评价。

评价者较易把握，且排列组合分组增加了对每个样本的评价次数，提高了准确性；但该法的工作量较大，当样本数量多时无法采用。

语义区分法：一种同时对声音的多种属性进行评价的试验方法，评价者根据一系列语义相反的形容词来给予评判。

能够用于判断声音的哪一种属性更为特定人群所偏好；但各形容词对的理解往往因人而异，实际效果很难把握。

三、车内声品质主观评价试验与分析2、主观评价试验要素选择1）评价主体：评审团共选取了30名无听力障碍的评价人员（男女分别为21和9人）。

其中16人经常驾车或者乘坐汽车，可视为经验组；其余14人则构成普通组。

2）听音环境：在某安静房间内进行试验，经测试该房间符合美国国家标准NCR 20的要求，在16～8000Hz倍频带内环境噪声都低于38dB(A)。

3) 声音样本：采集了8种不同轿车在平整柏油马路上以不同车速匀速行驶工况下的32个有效声音样本。

吉林大学汽车工程学院3、主观评价试验1）等级评分法试验 以往的研究表明：大部分评价者给出的等级评价分值都 集中在国际通用的10等级刻度中的 5～10级区域内，为 此将这一区域进一步细化为20级烦躁度刻度作为评价基 准。

您的感觉 对应分值 声音01 声音02 …… 一点不烦躁 有一点烦躁 令人烦躁 比较烦躁 非常烦躁 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20吉林大学汽车工程学院2）数据检验及评价结果 ‡ 用Spearman相关系数对各评价者的评分结果进行数据检 验，剔除了平均相关系数小于 0.70的6名评价者后，剩余 24人的评价相关系数均值达到 0.806，具有明显的一致性。

‡ 将这24人的评价结果进行统计，即获得各声音样本的烦 躁度等级数值和相应排序。

排序 序号 等级 排序 序号 等级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 12 20 02 31 24 15 28 07 18 09 27 22 14 30 03 26 2.79 3.22 3.59 4.07 4.54 4.63 4.97 5.55 5.70 5.99 6.36 6.55 7.02 7.37 7.50 7.72 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 25 10 32 17 21 01 13 23 11 16 29 19 05 08 04 06 8.01 8.24 8.36 8.61 8.81 9.32 9.97 10.25 10.86 11.38 11.83 12.14 12.82 13.09 13.27 14.91吉林大学汽车工程学院3）评价结果分析 ‡ 按等级评分试验得到的排序与按成对比较试验进行听音 训练时得到的排序相同，说明两种主观评价方法具有较 好的一致性，且评价试验是有效、合理的。

‡ 32个声音样本中处于“一点不烦躁”区域的只有7个，尚 不足1/4，其它声音样本或多或少都引起了评价者的烦 躁感，这说明对轿车车内声品质进行改善是必要的。

‡ 此外，还对男/女、经验/普通组分别进行了比较，发现 在文中条件下差异并不明显。

吉林大学汽车工程学院四、声品质评价指标的客观量化描述吉林大学汽车工程学院1、各心理声学参数及各计权声压级的获得计算得到32个声音样本的响度、尖锐度、粗糙度和抖动度 四种心理声学参数。

同时在声音样本采集时还测量记录了 各样本的A、B、线性三种不同计权声压级，以作对比。

2、对主观评价结果与客观参数进行相关分析用统计学软件 SPSS 计算声品质主观评价结果与客观参量 之间的相关系数。

评价参量 评价分值 响度 尖锐度 粗糙度 抖动度 A声级 B声级 线性声级 0.167 0.361相关系数 0.896** 0.828** 0.802** 0.067 0.725** 0.435* 双尾检验 0.000 0.000 0.000 0.716 0.000 0.013注：**表示双尾检验等级≤0.01；*表示双尾检验等级≤0.05吉林大学汽车工程学院主观评价结果与诸声学参量的相关性吉林大学汽车工程学院吉林大学汽车工程学院从上表和图中可以看到：‡ 四种心理声学参数中，响度、尖锐度和粗糙度与声品质 主观评价结果之间的相关系数较高，绝对值基本在 0.8 以上，而抖动度的相关系数很小。

由于试验采样试验是 在汽车匀速行驶的稳态工况下进行的，且路面为平整的 柏油马路，因此车内噪声受抖动度影响较小的结果是合 理的。

‡ 三种计权声压级中仅有 A声级与声品质评价结果相关性 较大，但其相关系数也小于三个心理声学参数。

这说明 采用心理声学参数而不是 A声级或其它声级来衡量汽车 声学品质更为适宜。

吉林大学汽车工程学院3）声品质客观量化模型的建立在相关分析的基础上，用多元线性回归分析方法研 究车内声品质的主观评价结果和客观参数之间的关系。

建立了形如下式的声品质烦躁度模型： SQ = 0.1860×Ld ＋ 10.375×Sp － 8.995 式中：SQ为声品质指标；Ld为响度；Sp为尖锐度。

‡ 在稳态工况下，轿车车内声品质与其响度和尖锐度参数 存在着确定的正相关关系，改善车内声学品质，应从噪 声的响度和尖锐度着手。

‡ 响度的标准化系数比尖锐度高，说明响度对于车内声品 质的影响比尖锐度更大。