汽车车内噪声品质评价方法研究

娄洁

（芜湖职业技术学院 机械工程系，安徽 芜湖 241006）

汽车车内噪声品质评价方法研究

娄洁

（芜湖职业技术学院 机械工程系，安徽 芜湖 241006）

声品质概念的提出，对噪声控制提出了不仅要降低噪声级，还要能够调节声音特性的要求，因此对声品质进行准确的评价非常重要。声品质以人的主观感受作为最终的评判标准，但目前所有的仪器都无法直接测量人的听觉数值，必须借助于心理声学客观参量进行描述。主观评价和心理客观参量相结合，建立数学模型进行分析计算，得到较准确的声品质评价结果，为噪声主动控制技术的发展提供了理论基础。

声品质；主观评价；客观参量；相关性

汽车噪声分为车外噪声和车内噪声，车内噪声影响乘坐舒适性，车内声音的品质成为人们评价和选购汽车的重要因素之一[1]。

1 噪声品质

1994年德国人Blauert和Bodden提出了的：“A Descriptor of the Adequacy of a Sound”，即声品质的概念：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，能够反映人们对声音事件的主观感受。他们特别指出，“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”则是由人耳对声音事件感知过程最终做出的主观判断[2]。观点中明确了声品质评价的主观性，已成为广大研究者的基本共识。

声品质概念的提出，实际上提出了现代噪声研究的一个新理念，即噪声控制不仅要降低噪声级，还要能够调节声音特性，最终实现有选择的噪声控制，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，从而使产品声音符合消费者主观的要求。

2 车内噪声品质的评价方法

按目前国际上对声品质评价分类的惯例，可将其分为：声品质客观评价研究，声品质主观评价研究。

2.1 声品质主观评价研究概述

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。声品质的主观评价方法很多，且对声品质概念的不同理解会形成在评价方法上的差异，不同评价方法都有其优点以及适用环境，因此经济、有效的评价方法的研究也是声品质研究中的一个重要方面。

2.2 声品质客观评价研究概述

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解释。对噪声信号可用不同参量来描述人们对噪声的听觉感受，如：响度，尖锐度，粗糙度，抖动度，愉悦度，活跃度，明亮度，力度，音调，轰隆声，敲击声，轰鸣声，脉冲度，平稳度等。这些参量的确立实现了人对噪声主观感受的定量计算，使人们对声音的主观评价成为了一门科学——心理声学。

3 车内声品质的主观评价试验及其客观量化描述

3.1 声品质的主观评价方法

声品质的主观评价是基于一个或者一组听音者对声信号试听的基础上，根据某种预先约定的尺度来对声信号划分质量等级，听音结束后，对测试结果进行统计分析以得到最终结果。其中听审团评价方法是最常用的方法，具体的评价方法又分为：等级评分法、成对比较法、排序法、语义分析法和数值估计法等。其中常用的是等级评分法和成对比较法。

3.1.1等级评分法 等级评分法是将声品质的某一属性划分为若干个等级，每个等级中又包含不同的分值，试验中评价者根据各自的主观感知程度给出对应的评价分值，对某个声音样本的全部评分取算术平均值，作为该噪声的声品质等级。这种方法简单快捷，评价工作量相对较小，而且所得到的结果为等级评分数值，便于进行后续的分析处理，它的主要缺点是对于未经培训、没有经验的评价者来说，直接给出准确的评分是很困难的。显然，该方法的关键在于确定适宜的评分等级刻度。国外有研究表明[3]，大部分评价人给出的分值都集中在国际通用的10等级刻度中的5-10级的区域，为此可将这一区域进一步细化，如分为20级烦躁度作为评价基准，具体的试验表格如表1所示：

表1车内噪声主观评价等级评分法试验测试表

3.1 .2成对比较法 成对比较法是一种相对比较法，

具体的做法是首先对样本声音进行两两分组，然后按组播放，让听测对象对这两个声音信号的有关参量做感觉程度上的相对比较。如表3-2所示，对于每一组的两个声音，若“A比B好，则A计2分，B计0分；反之相同”，若“A、B差不多，则各计1分”，最后将噪声样本的得分汇总，积分越高者声品质越佳。具体的试验表格见表2。

表2 车内噪声主观评价成对比较法试验测试表

对于声音的评价，听测对象需根据评价的标准对成组播放的声音进行相对的比较。评价的标准可以是任意有意义的参量，常见的有声音的好听与否、烦躁度、响度、粗糙度等等。这种情况也可以包括比例信息。比如可以在组中选出哪一个声音好以及好多少，这里好多少可以用1-10之间的数表示。由于成对比较法跟人们日常生活所做的判断比较没什么两样，因此对没受过训练的听测对象来说是非常自然和方便的；同时排列组合方式的分组提高了评价结果的准确性，因为当声音样本总数为n时，则评价者对每个声音样本都不只评价了一次而是至少n-1次。但成对比较法也有缺点，由于总计分组数达n(n-1)/2，当n增大时评价工作量将以

几何级数增长，因此，采用成对比较法时，样本数n一般不应超过12～16,以避免由于测试者疲劳造成评价失真。

3.1.3主观评价的后续数据处 理为了确定主观评价获得的数据的合理性以及对试验结果进行解释，需要对获得的数据进行统计分析。常用的统计分析方法很多，如有关于显著性检验的：方差分析、F检验、x2检验、t检验等；正态性检验的：K-S检验、QQ图和P-P图等；一般地应根据试验的目的和方法来灵活地选择适当的后续数据处理方法。

3.2 声品质的主观评价试验

主观评价试验也称为听音评价试验。在对样本声音信号进行回放听音的同时，按照试验设计好的程序对声音信号的某些属性进行判断、评价、分辨差异、划分等级、识别并量化人对于噪声声品质的感知属性。主观评价试验系统包括以下几个环节：声音信号样本的采集，声音信号的预处理，回放，评价者和评价术语的选择，不同主观评价试验方法的选择和实施，不同主观评价试验数据的检验和数据的分析。在选择好采样设备、评价主体（听音试验者）、听音环境后即可开始试验，试验系统框图如图1所示。

图1 声品质主观评价试验系统图

3.3 心理声学客观参数的计算

获得了有效的主观评价试验数据后，可以开始对声品质参数的客观量化描述。对于响度、尖锐度、粗糙度和抖动度这四个国际上常用的参数，目前除响度外，其他参数尚无计算的国际标准，一般经验公式计算。各参数的含义和计算方法见表3。

表3主要心理声学参数及其计算一览表

为便于后续统计分析的开展，在分别对左右耳声信号进行计算后，需进行双耳数据的合成。最常用的合成方法是将左右耳数取算术平均值，需要说明的是对响度的合成必须考虑屏蔽效应的影响，不能像其他参数那样直接取算术平均值。日本HONDA公司经过反复试验和测算，总结出如下响度合成公式[4]：

式中：NB为双耳响度；NL为左耳响度；NR为右耳响度。

3.4 相关分析和声品质客观量化描述

为了研究声品质主观评价结果和心理声学客观参数之间的相互关系，可使用SPSS(统计分析软件)软件对等级评分法得到的声品质主观评价数值与计算得到的客观心理声学参数进行线性相关分析。线性相关分析是一种分析变量之间线性相关密切程度的统计方法，一般通过描述相关关系的特定统计量即相关系数来衡量。根据试验和计算结果，绘制出各客观参量和主观评价结果之间的散点图，直观显示其各自的相关性，以此确定哪些客观参量对车内声品质指标具有显著的影响。

在明确了主观评价结果和心理声学客观参数的相关关系之后，进行多元线性回归分析，确定用心理声学参数客观量化描述声品质主观评价结果的关系式。回归分析是一种确定某因变量和若干自变量之间定量表达式的统计分析方法，这里的因变量即声品质评价值，自变量则为各心理声学参数。再通过构建数学模型，应用SPSS软件对数学模型进行分析求解，并将解值带入上述关系式中，就可得到轿车车内声品质的客观量化数学模型。

4 结束语

声品质研究以人的主观感受作为最终的评判标准，尽管客观评价具有很多的优点，但根据目前的研究状况还远不能完全反映人对于声品质的主观感知，且目前所有的仪器都无法直接测量人的听觉数值，必须借助于心理声学的研究方法，通过主观评价试验获取评价者对于不同噪声声品质的主观感知数据。客观评价参量的准确度需靠主观评价结果进行检验，人的主观评价在脱离客观参量描述后便失去了实用价值。因此，客观参量的描述，结合主观评价结果，通过两者的相关性分析，才能得到准确的声品质评价。本文全面地阐述了对车内噪声声品质进行评价的主客观方法，并系统的描述了声品质评价的过程，最终得到描述车内声品质的客观量化数学模型，为车内噪声主动控制技术的研究提供了理论依据，具有很大的实用价值。

[1]舒歌群，王养军，卫海桥，等.汽车车内噪声声音品质的测试与评价[J].内燃机学报,2007,25（1）：77-83.

[2]Rainer Guski.Psychological Method for Evaluating Sound Quality and Assessing Acoustic Information [J].Acustica/acta acoustica.,1997,83:765-773.

[3]Franz K.Brandl,Werner Biermayer.A New Tool for the Onboard ObjectiveAssessmentofVehicleInteriorNoiseQuality[J].SAE International,1999:1695.

[4]Kousuke Noumura,JunjiYoshida.Perception Modeling and Quantification of Sound Quality in Cabin[J].SAE paper,2003(1):1514.

[责任编辑：桂传友]

U467

A

1674-1102（2010）03-0048-03

2010-04-20

娄洁（1976-），女，山东临沂人，芜湖职业技术学院机械工程系讲师，硕士，研究方向为汽车噪声控制。