声品质基本概念与研究综述

声品质基本概念与研究综述

引言

多年以来，噪声控制技术的任务是降低声源的声辐射，声源的测试也是围绕A声压级或A声功率级，这种努力的原则是基于A声压级或A声功率级越低越好。而随着技术的发展，大多数声源的辐射噪声己经得到降低，对人们的听觉不会造成物理伤害。研究发现，此时传统的声压级、以及三分之一倍频程的评价标准己经不能反映人们对于噪声的主观判断，往往有声压级相同的声音，给人的主观感觉却截然不同，而有的声音声压级虽然较高，但让人感觉比较愉悦，在这样的情况下，声品质的概念便应运而生了。定义中的“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”是指由人耳对于声音事件感知过程最终做出的主观判断。这一概念更强调人们对声特性判断的主观性。

1．声品质基本评价量

在声品质评价中，目前已有一系列的基本特性被认为是适宜于描述听觉事件的，这些量主要有：响度、锐度、粗糙度、抖晃度等。这些量中的某几个组合在一起，形成了感觉舒适度、烦躁度等综合性指标。 1.1

响度

响度是对声音强度的一种感受，它是人们对声音感知影响最大的一个参量。通过对响度及其依赖关系的研究，以及掩蔽效应的研究， 人们发现，两个声级相等而频率间隔大于临界带的纯音产生的响度大

于频率处于两纯音之间而声级为两纯音按能量叠加的纯音的响度。两纯音的频率间隔增加，组成复合音的响度也随之增加。这意味着响度不是由单独频率成分所决定的，而是由两者相互影响而产生，尤其是当两者频率间隔较小时，影响较为明显。只有在两者频率间隔足够大时无相互影响，这时，响度值等于两者的响度之和。

由于临界带对响度计算有很大的影响，因此在构造响度模型时，把激励声级对临界带率模式作为基础。将总响度N看成是特征响度

N'对临界带率的积分，即:

'其中N?z?为在一个临界带内的特征响度，单位为soneGBark，

下标 G表示响度值是由临界带声级计算得来的。 1.2 粗糙度

粗糙感是在调制频率为 15～300Hz 时产生的。调制函数的频谱在 15～300Hz 区域即足以产生粗糙感，并非要周期性调制。这也是大多窄带噪声即使没有包络和频率的周期性变化，却产生粗糙感的原因。将调制频率为70Hz，调制幅度为100％，声级为 60dB的1kHz纯音粗糙度定义为1 asper。

影响粗糙度的因素主要有两个，一个为频率分辨率，一个为时间分辨率，频率分辨率由激励模式或特征响度随临界带的关系决定。当调制幅度为 25%时，即m=0.25 ，粗糙度达到其最低值 0.1 asper，调制幅度每增加 10％，相应粗糙度增加 17％，因此在可听粗糙度划

分为 20 个级别。粗糙度变化 1.56 倍时，我们刚可察觉到粗糙度的差异。

粗糙度是由激励模式随时间变化引起的，非常缓慢的变化不产生粗糙度的感受，可见粗糙度正比于变化速度，即调制频率，此外，通过掩蔽分析可知，粗糙度与掩蔽深度成正比关系，于是得到：

1.3 尖锐度

在影响锐度感觉的众多因素中，与锐度密切相关的量有窄带声音的频谱成份和中心频率、声音的带宽。声音的频谱包络对锐度的影响最大，而频谱细部结构显的不太重要。在一个临界带宽内，带宽的变化与锐度无关。

锐度模型与频谱的精细结构无关，而仅与频谱包络有关。从心理声学的角度，频谱包络表示成激励声级与特征频带率的关系的模式，或称为特性响度与特征频带率的关系模式。根据窄带噪声的锐度随特征频带变化关系，以及低频成份的增加可降低锐度的特点，可以采用冲量因子 g来构造锐度模型，在 16Bark 以下频带为 1，而在 16Bark 以上的频带，g大于 1。采用特性响度与特征频带率的关系模式作为分布函数。以及在 1kHz 时的锐度为 1acum的边界条件，可以构造出如下的关系式：

'式中N?z?为临界带内响度密度的积分，比例常数C=0.11，根据

1kHz声压级为60dB 时，锐度为1 acum来确定。 1.4 抖晃度

听觉系统对经过 调制的声音有两种不同的感觉：当调制频率在20Hz以下感知为抖晃度，而在高频则感知为粗糙度。在 20Hz 附近是听觉感知的平稳过渡区域。将 60dB 频率为1kHz 的纯音，以 4Hz 纯音进行幅值调制，调制度为 100％声音的抖晃度定义为 1vacil。抖晃度呈调制频率的带通特性，最大值在调制频率为 4Hz 处，即 4Hz 的调制频率将显现较大的抖晃度。人耳听觉系统的频率分辨率为4Hz，流利语音的正常速率为 4 音节/秒。与粗糙度的计算类似，抖晃度的计算也采用瞬间掩蔽模式，以最大和最小声级差?L 的形式表示：

2．国外声品质研究现状

声品质研究作为一项跨学科领域的交叉研究，由于对其理解的不同，不同研究单位在研究方向、研究方法手段上的相差很大。比较而

言，英国和法国更强调它是一门感知科学，强调心理实验方法的研究，强调揭示感知心理属性结构。德国和丹麦偏重于机械工程方面的应用、以及物理机制方面的研究。比较来看，由于背后有着汽车行业的支持，德国和美国在此项研究中的水平较高，普及面较广，并具有重视基础研究作用机制和工程应用的特点。

国外进行的声品质主观评价方面研究，其基本思路和流程大体相同：首先，组织评价组对多个不同的有效车辆噪声采样信号进行评分。常用评价方法有两种：等级评分法和成对比较法，前者可获得声音评价的绝对数值，后者则可提供多个噪声采样之间的相对排序。然后，以统计学方法对噪声样本进行多重回归分析，确定主观评分等级与客观物理参数之间的相关性，最终建立用心理声学参量表达的声品质函数公式，并以此作为汽车产品设计和制造的声学参考和评价指标。 2.1

声品质主观评价研究

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。声品质主观评价方法有：排序法、幅度调节、等级评分法、成对比较法、语义细分法等。主观评价方法在不断发展的同时，不同评价方法都有其优缺点以及适用环境，因此经济、有效评价方法的研究也是声品质研究中的一个重要方面。

国外许多学者对声品质描述指标进行了深入的探讨。奥地利AVL LIST公司较早给出了系统描述声学属性的48个物理特征量，并把它们归纳出8类评价指标，包括声压级、综合级参数、周期性测量、音

品质主观感知的预测，这对于新产品的开发设计非常重要。近几年随着声品质研究的深入，美国福特公司、比利时LMS公司等将声品质的研究与NVH (Noise, Vibration, Harshness) 工程分析技术相结合，从原有的传统的“测试—分析—改进设计”转变为在第一设计阶段（Design Right First Time）实现产品声品质的优化设计。

Patrick在文献中指出目前研究集中在声品质、振动预估的实验性及理论性的研究方法，提出了一些心理声学的模型以及工程方面相关的模型。然而研究结果远远不能满足要求，仍然缺乏对于声品质和结构动力学之间的基本原理和系统的知识，以及结构模型设计上的改变与人们对声信号的感知之间的联系，较长时间内还很难建立声品质与产品设计之间确定的关系。

可以预见随着不断逐步理解声信号的声品质与人主观感知属性的联系以及随着可听化技术的不断发展，在不远的将来，虚拟原型的仿真声学设计越来越重要。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2rvp.html