空调声品质实验方法研究

陈风梅　高保华　高孺　曹祥祥

青岛海尔空调器有限总公司　山东青岛　266000

1　引言

随着人民生活水平的不断提高，用户对空调的需求也由普通的制冷、制热效果转为与舒适性相结合的需求。噪音大逐渐成为空调市场调研中消费者抱怨的第一问题，目前家用空调普遍采用A计权声压级与声功率级进行客观评价，此方法并不能完全描述噪音的特性以及对用户心理产生影响[1]，对于某些空调，声压级、1/3倍频程谱相近，但用户主观感受完全不同。为了能更准确地描述声音特性与用户主观感受，逐渐引入声品质评价体系。空调的声品质评价标准是主观评价与客观分析相结合的评价系统 ，是一个复杂且长期积累的过程，声品质标准并不是一成不变的，而是随着人的认知、环境等需求不断完善的。本文对3种不同系列空调进行主观与客观评价分析，讨论空调声品质实验方法。

2　声品质概念

声品质是个宏观的概念，并不是单一变量。对于空调产品来说声品质是用户对声音信号的听觉感知，是用户对产品声音特性的主观判断[2]。声品质主要评价指标[3]为：

响度（Loudness）描述的是声音的响亮程度，表示人耳对声音的主观感受，单位是宋（Sone）。定义1kHz，声压级为40dB纯音的响度为1宋。响度是声品质评价指标中唯一具有ISO计算标准的指标，其他指标暂无统一的国际标准。

抖动度（Fluctuation Strength，又称波动度）描述声音的幅值调制特性，抖动度是描述声音的瞬时变化造成声音的起伏感，主要是低频区域。抖动度符号为F，单位是vail，定义60dB的1kHz纯音在调制频率为4Hz的100%调幅作用下产生的抖动度为1vail，调制频率低于20Hz时（参考频率为4Hz）为抖动度特性。

粗糙度（Roughness）与抖动度都是主要反映声音的幅值调制特性，粗糙度符号为R，单位是asper，定义60dB的1kHz纯音在调制频率为70Hz的100%调幅作用下产生的粗糙度为1asper。一般来说当调制频率低于20Hz时（参考频率为4Hz）为抖动度特性，高于20Hz时（参考频率为70Hz）为粗糙度特性。

尖锐度（Sharpness）描述高频成分在声音频谱中所占比例的物理量，反映了人主观上对高频段声音的感觉，反映了声音的刺耳程度。同时还可看做描述声音音色特征。尖锐度符合为S，单位acum，定义中心频率为1kHz、宽带为160Hz的60dB窄宽带噪音的尖锐度为1acum。总体来说，尖锐度随声音高频分量的增加而增加，随低频分量的增加而减小。

3　空调声品质评价实验

声品质评价是主观评价与客观分析相结合的评价体系，本文采用德国Head Acoustics双耳人工头（人工头，即：声品质测量人工躯干模型）对壁挂式、落地式、窗式3种不同系列空调室内机录音与分析，由5位人员组成的评审团现场打分评价。评审团成员来自空调各部件部门，男女比例为3:2。评审团成员要求经过专业听音培训并通过认证。

3.1　主观评价方法

采用语义分析法[6]，提供一些描述声音的形容词，分别设置为不同的分数，评审团人员对每个样本听音后，根据个人主观感受选择相对应描述，并获取评分值，如表1所示。为了能够更好地记录并描述实验过程中出现的异音，我们汇总了空调常见的异音描述与原因分析，见表2。

3.2　实验步骤

（1）将空调按照GB/T 7725要求安装在半消声室中。人工头安装在半消声室的室内侧，将人工头固定在专用三脚架上，测试过程中需要保持人工头位置不变。人工头加装防风面罩（如需要）防止空调出风口气流的直接冲击对实验造成影响；

（2）调整空调运行工况，空调声品质实验应包括常用的几种工况条件；

（3）工况稳定后运行人工头，对空调的8种风量模式进行录音，其中包括：启动、强力、高风、中风、低风、低风转高风、高风转低风、停机。每种模式录制时间不宜过长，应考虑后续评审团听音评价时能保持足够的精神集中；

（4）评审团现场评审，录音完成后由评审团现场评审，评审团人员应以空调为中心，模拟用户在家庭中的站位，对空调8种风量模式进行现场主观评价，参照表2记录任何异常或有害噪音，并根据表1进行评分；

表1　评分与主观感受

表2　空调常见的异音描述

（5）评审团听音室评价，在专用听音室内使用专业耳机或回放系统对录音文件进行回放。回放过程中评审团对样本噪声进行打分评价。回放录音时应按操作要求进行格式转换，同时避免因转换格式造成声音失真；

（6）数据处理，人工头分析录音数据，提取响度、抖动度、粗糙度、尖锐度等声品质指标值；整理评审团主观评价结果，详情见表3。

3.3　实验结果

（1）通过计算Kendall’sW协和系数来验证评价结果是否具有一致性。计算公式为[7]：

式中：

W—协和系数；

K—评价主体个数；

n—噪声样本个数；

SR—评价样本j在K个评价人下的轶和Rj与其平均值之差的平方和；

Rij—噪声样本j在第i个人评价中的轶，它体现了样本j的评分结果在第i个人所有评分结果中的排序。

当n＞7时，检验统计量X2=K(n-1)W近似服从自由度为n-1的X2分布。当X2≥Xa2（a为置信水平）时拒绝原假设，认为K个评价主体所得的轶评具有一致性。否则需要针对不一致性采取相应的处理措施。

表3　三种不同类型空调声品质实验结果

计算Kendall’sW协和系数为0.7322，其评价结果具有一定的一致性，实验较为合理。

（2）声品质是一个复杂的评价量，它与响度、抖动度、粗糙度、尖锐度有关，且各指标相互交互影响，其中响度指标值变化明显。

（3）不同类型的空调响度值范围不同，窗式空调响度值普遍高于壁挂式和落地式空调。窗机的响度值最大为7.99sone，窗机运行过程中响度范围为5～8sone，而壁挂式与落地式空调运行过程中响度值范围为1～5sone。

（4）不同风速模式、不同工况条件下声品质评价指标值不同。

4　结语

目前，空调暂无统一的声品质评价标准，声品质实验不是一个阶段性的实验，而是一个长期的实验过程，是随着人们的认识与用户需求不断完善的实验过程。通过已开展的声品质实验研究，对空调声品质标准与实验提出一些建议：

（1）目前空调声品质暂无统一的标准，空调声品质评价标准并不是一个通用的标准，应对空调进行分类，对不同类型的空调制定不同的声品质评价标准。不同类型空调之间不做声品质比较。

（2）空调声品质实验是一个繁琐的过程，建议进行空调声品质实验时，使用人工头在专用录音室内进行，在专用听音室内回放录音，并由评审团打分评价，避免周围环境对实验的干扰。声品质录音时应充分考虑不同工况条件下的制冷与制热模式、不同风速以及不同风速间的互转过程。

（3）空调声品质实验是一个漫长的积累过程，声品质实验的空调数量因尽可能地覆盖市面上的主流型号，通过大量数据分析，确定声品质评价指标与人的主观感受之间的联系，建立声品质模态方程。