乘用车声学性能品质的评价探究

王志伟 刘跃昆

摘 要：随着汽车工业的发展，对汽车声学性能的品质要求越来越高，汽车声学性能的好坏关系到汽车品质的高低。本文介绍传统汽车声学性能评价的不足、声品质的内涵和基本研究方法，主要介绍汽车声品质的客观评价和主观评价的内容。

关键词：汽车;声学性能;声品质;评价

1 汽车传统噪声评价的不足

在传统的噪声评价和控制中，国内外绝大多数有关噪声的标准或准则，如环境噪声污染限值、职业噪声卫生标准、工业产品噪声限值等，都是以计权声级为基础制订或提出的，国际标准化组织偏向于使用A声级。虽然以声级作为噪声评价量，具有简便实用的优点，但因声级是对低频信号有较大衰减的频率计权测量值，测量结果中不提供频率成分的信息，因此声级的局限性也是十分明显的：

Blauert在1994年给出声品质的定义：声品质是在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性。该定义中的“声”并不是指声波这样一个物理事件，而是指人耳的听觉感知;“品质”是指由人耳对声音事件的听觉感知过程，并最终做出的主观判断。

从评价主体上讲声品质评价可分为两大类：主观评价和客观评价。声品质主观评价研究是采用问卷调查或主观评价试验等形式，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。主观评价反映了听音者对声品质偏好性的一种主观印象，主观评价方法符合人类听音时对声品质的感觉，该方式虽较为繁杂，但由于人是声音的最终接受者，因此这种评价应是声音品质的真实反映，目前得到广泛应用。

2 乘用车声品质的客观评价

声音的客观评价参量一般都和人耳的听觉特征、人的心理情绪、人体的健康、人们的活动等有关。为了更好地评价噪声对人的影响，根据声音的时域特性、频域特性或时频域特性的结合，人们提出了几十种对噪声进行度量和评价的准则。

2.1 物理声学评价参量

从物理学观点看，噪声是指声强和频率的变化都是随机的声音噪声，是含有多种音调成分的随机信号无规则的复合声。对噪声信号的物理特性可用声压、声强和声功率等物理量来描述其物理特性的不同方面。

1）计权声级。根据人耳对不同频率的声音有不同灵敏度的特性，在许多声学测量仪器中设计了一种特殊的经过一定计权的滤波器，这种滤波器称为计权网络。经过计权网络测量的声级，已经考虑了人耳听觉得特性因此与人的主观感觉有较好的相关性。一般声学测量仪器中设有A、B、C计权网络，分别近似模拟了40phon、70phon和100phon三条等响曲线。通过这些计权网络测得的声级分别为A计权声级、B计权声级、C计权声级（或统称为声级），并表示为dB（A）、dB（B）、dB（C），一般在不特殊注明的情况下，声级指A计权声级。可以看出，A、B、C计权网络的区别主要在低频范围内的衰减程度不同，A计权网络衰减最大，B计权网络次之，再则是C计权网络。

2）声强、声强级。声音传播的时候也伴随着能量的传播。在心理物理学中，把单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的平均声能，称为声强，用I表示。

3）声功率和声功率级。单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均声能量称为平均声能量流或称为声功率，单位为W。

2.2 基于语言方面的评价参量

1）语音清晰度AI和语音干扰级SIL。语音清晰度AI（ the Articulation Index）是Beranek提出来的，描述了在噪声环境下说话的清晰程度：100%表示说话完全听得清楚，0%表示说话完全听不清楚。语音清晰度AI与声音的频率f有关，高频声比低频声的语言清晰度要高。其次，语音清晰度与背景噪声以及对话者之间的距离有关。

2）语音传输指数ST。语音传输指数STI（ the Speech Transmission Index）来源于室内声学设计和电讯系统，用于评价在一定的声学空间里的语音传输质量。用于描述语言可懂度SI的方法很多。在信噪比S/N是影响语音可懂度SI主要因素的场合，可采用传统的语音清晰度AI和语音干扰级SIL，但是它们不适合在考虑了房间混响或散射效应的场合。

3）噪声评价曲线。在评价噪声对室内语言及舒适度的影响时，以语言干扰级和响度级为基础，美国著名声学专家Beranek在1960年提出了噪声标准曲线，即NC曲线。1962年，C.VJ.Kosten和Vanos更多地基于等响曲线，提出了一组类似的噪声评价曲线，即NR曲线。1971年，NR曲线被国际标准化组织（ISO）在19%号文件的附录中采用，并逐渐在国际上较为广泛的被采用。

2.3 心理声学评价参量

从心理学观点讲，把凡是引起人们厌恶的产生不舒适感觉的声音都称为噪声。描述人对噪声的听觉感受的不同方面，常见的有响度、粗造度、抖动度、尖锐度和音调度等。

1）响度和响度级。响度（Loudness）是反映人耳对声音强弱主观感受程度的心理声学参数，它考虑人耳对声音频谱的掩蔽特性，比A声级更准确的反映声音信號的响亮程度。其单位是宋（Sone），定义1kHz、40dB纯音的响度为1sone。在客观度量中，声音的强弱是由声波的振幅决定的。但是作为主观评价量的响度与振幅并不完全一致，它不仅决定于振幅的大小，还决定于频率的高低、频带的宽度、频谱特性和声音的持续时间。

2）尖锐度。尖锐度（Sharpness）描述了声音品质评价中的音色特征，以尖锐度（Acum）为单位。这个指数反应声音的频率特性，与声音的高频成分有关，声音的高频比例越大该声音就越尖锐。影响尖锐度最重要的因素是噪声信号的频谱成分和窄带噪声的中心频率。

3）粗糙度。声音的时域变化可以导致两种不同的结果：低频变化产生波动度（Fluctuation Strength）;高频变化产生粗糙度（Roughness）。虽然两者之间并没有严格的界限但当调制频率大于时波动度逐渐消失而表现为粗糙度。粗糙度表征人们对声音实时变化的感受，对声音的快速调幅（15-300Hz）对人的主观反映的结果，其单位为asper，1asper定义为1kHz将和60dB的声音100%调制70Hz频率的粗糙度。对于一个高于1kHz的纯音，最大的粗糙度出现在70Hz的调制频率上;而当低于1kHz时，最大的粗糙度出现在较低的调制频率上。