小型扬声器感知低音的主客观评价分析

宋 亮，张婧颖，谢凌云

（中国传媒大学传播声学研究所，北京 100024）

小型扬声器感知低音的主客观评价分析

宋 亮，张婧颖，谢凌云

（中国传媒大学传播声学研究所，北京 100024）

针对小型扬声器，通过语义调查分析得到浑厚感、厚实度和力度感等适合用来评价其低音听感的主观评价术语，并依据音源制作规范和主观评价实验确定适合用来做低音听感评价的音源素材。进而对5只尺寸不同的小型扬声器进行低音听感主观评价实验，了解现阶段小型扬声器低音放音的现状。最后对其进行客观参数测量以及主客观参数关联性分析。结果表明：小型扬声器的前沿瞬态时间与其低音感知的各项主观评价参数相关性较大，频响平滑度参数也有一定关联。

小型扬声器；感知低音；主观评价；客观评价

1 引言

扬声器低频部分的重放能力是用来判别扬声器性能好坏的一个重要指标，也是电声器件设计的一个热点和重点问题。小型扬声器因为其本身物理尺寸等客观条件的制约，其低频部分重放能力不理想成为该领域迫切需要研究和解决的典型问题。对于小型扬声器低音感知方面的研究，目前主要包括硬件本身的设计改进以及使用算法程序优化这两个方面。但是，对于小型扬声器的低音听感进行的主观评价及分析还较少，暂时也没有较为明确的主观评价用语。

本文针对小型扬声器，通过语义调查分析得到浑厚感、厚实度和力度感等适合用来评价其低音听感的主观评价术语；并通过系列范畴法等主观实验确定适合用来做低音听感评价的音源素材；然后对5只尺寸不同的小型扬声器进行低音听感主观评价实验以及客观参数分析；最后对小型扬声器的主客观参数进行关联性分析。

2 低音主观评价术语与音源

2.1 语义调查分析

参考扬声器主观评价的相关标准[1]，同时考虑小型扬声器实际的低音感知现状，本次语义调查中列出的低音听感评价用语包括力度感、浑厚感、厚实度、震撼度、低音层次感、粗犷度等共22项。调查问卷需要被调查者对每一项用语进行1分至5分的评价打分。为确保语义调查的普适性和客观性，所有的评价用语随机地呈现给被调查者。被调查者共50人，调查问卷收回49份，有效率为98.0%。同时，对被调查者的性别以及是否具有扬声器听音评价经验进行分类统计，如表1和表2。

对结果进行显著性检验[2]，显著性水平α取0.05。首先，用F检验的双样本方差分析，检验样本的方差是否具有显著性差异，按照是否有听音经验统计的结果P=0.162 5，按照性别统计的结果P=0.136 9，均大于α。因此，结果方差无显著性差异。再进行等方差双样本T检验，两类统计的结果分别为P=0.094 2与P=0.128 1，均大于α，因此得出被调查者的性别以及是否有过听音经验对调查结果的影响不大。

对调查结果进行统计分析，结果数据进行归一化处理后[3]，各个评价用语对于评价小型扬声器低音听感的适合程度如图1所示。

由图中结果得出，最适合用来评价小型扬声器低音效果的主观评价术语为以下三个：7号浑厚感、12号厚实度和1号力度感，其次为低音饱满度和低音层次感。浑厚感，用来形容低音有气势，给人以震撼的感觉。厚实度，用来形容低音丰满充实，能给人结实厚重的感觉。力度感，用来形容低音有力量不拖沓，给人坚实有力的感觉。除此之外，也可以考虑加入低音层次感和低音饱满度。低音饱满度，用来形容低音丰满充盈，给人共鸣或温暖的感觉。低音层次感，用来形容低音层次分明，不浑浊。

2.2 低音主观评价的音源确定

依据电声产品声音质量主观评价用节目源编辑制作规范[4]，综合考虑小型扬声器的使用场景，选择20首曲目作为低音主观评价的备选音源素材，如表3。主观评价实验采用系列范畴法，具有听音经验的21名被试需要判别这些音源素材是否适合用来评价低音放音效果的五项术语——浑厚感、厚实度、力度感、低音层次感、低音丰满度。

表1 被调查者性别构成

图1 主观评价术语调查结果

图2 浑厚感音源素材适合程度评价结果

表3 低音感知主观评价音源列表

其中，浑厚感音源素材适合程度的评价结果如图2所示。最终得到的结果为：浑厚感，藏族乐曲《法会·歌舞·净土》片段，时长1：03；厚实度，民乐打击乐《尘鼓》片段，时长0：57；力度感，交响乐曲《The Sinking》片段，时长0：34；低音层次感，藏族乐曲《阿姐鼓》片段，时长0：36；低音丰满度，流行音乐《渡口》片段，时长0：58。

3 小型扬声器低音感知分析

3.1 低音感知主观实验

主观实验选取5只不同的国产小型扬声器单元（4英寸×2、3英寸×2、2英寸×1），分别编号1至5，参考声系统设备的扬声器听音试验标准[5]，对其低音放音效果进行主观评价。听音实验在消声室内进行，使用上述得到的评价指标及评价音源，采用对偶比较法对扬声器低音听感的五个指标进行评价，并通过系列范畴法对其整体低音听感进行评价。

为了确保实验的可靠性及一致性，每次实验仅允许两个人同时进行。被试为中国传媒大学声频专业研究生，共21人，听力正常。通过对实验数据的处理，得到5只扬声器单元的低音评价结果，如表4与图3所示。

根据上述主观评价结果看出，1号、2号扬声器在浑厚感、厚实度、力度感上均表现较好，2号扬声器在整体低音听感评价中得到的评价最高，1号扬声器次之。3号扬声器在浑厚感和低音层次感上得到的评价最低，5号扬声器在厚实度、力度感和低音丰满度上得到的评价最低，这两款扬声器在整体低音听感上得到评价也是最低的。从主观评价结果来看，实验选取的小型扬声器的低音听感整体上并不能让人满意。

3.2 主客观参数相关性分析

参照声系统设备的扬声器主要性能测试方法[6]，以及南京大学刘紫对于小型扬声器感知音质的研究分析[7]，确定本次进行测量的小型扬声器参数为：频响特性、频响平滑度[8]、前沿瞬态特性以及后沿瞬态特性。

实验中所有小型扬声器的测量均在消声室中进行，测量传声器放置在距离小型扬声器0.5 m的位置。首先测得小型扬声器的频响曲线，如图4所示，为1号扬声器的频响特性曲线。

Olive使用了六个独立变量来描述扬声器的客观测量特征，其中与扬声器频响曲线关系较为密切的特征参数为频响平滑度SM（Smoothness），其定义如下[9]：

其中，n代表此回归曲线模型中用到的数据点个数，X与Y分别代表回归曲线模型中测得与估计的幅值，本次计算采用了低频段100 Hz至1 000 Hz区间中等间隔的10个点。由此得到上述5只小型扬声器的频响平滑度结果如图5所示，并分析其与各项主观评价参数之间的相关性，如图6所示。

通过上述分析结果可以得到，整体低音听感表现较好的1号、2号扬声器的频响平滑度参数是要优于其他扬声器的。平滑度参数最低的3号扬声器，其在厚实度、力度感上的主观评价结果都是较差的。另外，平滑度参数与各项主观评价参数之间均呈现出了一定的相关性，尤其是与厚实度的相关系数最大。

前沿瞬态特性和后沿瞬态特性可以通过猝发声实验得到[10]，猝发声信号的长度为20个周期的正弦信号，选取的猝发声频率为200 Hz、300 Hz……1 000 Hz共9个。把测得的信号转化为能量曲线，曲线开始由0到达稳态所对应的时间除以该频率下20个周期正弦信号所对应的时间为该频率下的前沿瞬态时间；在曲线后部由稳定阶段开始下降至衰减10 dB所对应的时间为该频率下的后沿瞬态时间。前沿瞬态时间和后沿瞬态时间分别用其各频率瞬态时间之和表示，如表5所示。

表4 各主观评价参数评价结果

图3 整体低音听感评价结果

图4 小型扬声器频响曲线

图5 小型扬声器频响平滑度

图6 平滑度与低音听感参数的相关性

图7 瞬态时间与低音听感主观参数相关性分析

表5 小型扬声器瞬态时间

利用上述瞬态特性测量数据，结合低音主观听感评价结果对这5只小型扬声器进行排序，并与浑厚感、厚实度、力度感、低音层次感、低音丰满度和整体低音感知五项主观评价结果进行相关性分析，得到的结果如图7所示。可以看出，小型扬声器的前沿瞬态时间与其低音感知的各项主观评价参数相关性较大，尤其是与厚实度和浑厚感这两项的相关系数较高，后沿瞬态时间和各项主观评价参数之间的相关性相对较弱。

4 小结

本文通过语义调查分析得到了浑厚感、厚实度和力度感等适合用来评价小型扬声器低音听感的主观评价术语，并依据音源制作规范和主观评价实验确定了适合用来进行低音听感评价的音源素材。通过主观评价实验的结果得出，实验选取的5只小型扬声器的低音听感整体上并不能让人满意，一定程度上也反映了现阶段小型扬声器低音不足的现状。通过主、客观参数相关性分析发现：小型扬声器的前沿瞬态时间与其低音感知的各项主观评价参数相关性较大，尤其是与厚实度和浑厚感这两项的相关系数最高，频响平滑度参数与厚实度的相关系数最大。上述的分析及测量为改善小型扬声器的低音放音效果提供了参考和依据。

[1] ANSI S4.56-1997. 专业音频设备的推荐操作规程. 扬声器的主观评价[S].

[2] 余建英. 数据统计分析与SPSS应用[M]. 人民邮电出版社,2003.

[3] 孟子厚. 音质主观评价的实验心理学方法[M]. 国防工业出版社,2008.

[4] GB/T 10240-1988. 电声产品声音质量主观评价用节目源编辑制作规范 [S].

[5] GB/T 12060.13-2011. 声系统设备.第13部分:扬声器听音试验[S].

[6] GB/T 12060.5-2011. 声系统设备.第5部分:扬声器主要性能测试方法 [S].

[7] 刘紫,沈勇,王思理,沈坚. 用客观测量数据预测微型扬声器感知音质的复回归模型(英文)[J]. 南京大学学报(自然科学版),2012(5).

[8] Olive SE. A multiple regression model for predicting loudspeaker preference using objective measurements:Part I-Listening test results[C]. Audio Engineering Society Convention 116. Audio Engineering Society,2004.

[9] Olive SE. A multiple regression model for predicting loudspeaker preference using objective measurements:Part II-Development of the model[C]. Audio Engineering Society Convention 117. Audio Engineering Society,2004.

[10] 齐娜,孟子厚. 声频声学测量技术原理[M]. 国防工业出版社,2008.

（编辑 薛云霞）

Subjective and Objective Analysis on Perceived Bass of Small Speakers

SONG Liang, ZHANG Jing-ying, XIE Ling-yun
(Communication Acoustics Laboratory, Communication University of China, Beijing 100024, China)

In this paper, the anthor uses semantic analysis and investigation to find appropriate expressions for small speakers' subjective evaluation. Then based on audio production norms and subjective evaluation experiments, the appropriate source material for evaluation was selected. In order to understand the current situation of the bass playback on small speakers, five different sizes of small speakers were evaluated. Finally, the author uses an objective parameter measurements and correlation analysis of subjective and objective parameters for small speakers. The results showed that a small speaker's transient time had strong correlation with subjective evaluation, and frequency response smoothness was also relevant.

small speakers; perception bass; objective evaluation; subjective evaluation

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.04.003