空調變頻壓縮機聲品質評價方法研究

摘 要：基于心理聲學的基本理論，在現場測試變頻壓縮機噪聲的基礎上，綜合考慮響度、尖銳度指標，提出了心理聲學煩躁度的經驗公式，采用成對比較法進行主觀評價，對實驗結果作了線性相關性分析，并得到壓縮機聲品質主觀評價值的預估模型，研究結果表明；采用煩躁度刻畫聲品質要比A聲級更靈敏，心理聲學煩躁度與主觀評價的相關性較好，可達到0.9173，但采用A聲級別較差，只有0.7119，因此，將煩躁度作為變頻壓縮機聲品質評價的綜合性能指標，能夠比A聲級更好地反映壓縮機在不同工況下的噪聲對人的實際影響。

關鍵詞：聲品質；變頻壓縮機；心理聲學；煩躁度；聲級；品質評價

中圖分類號：TH45 文獻標志碼：A 文章編號：0253-987X(2008)01-0013-04

在大部分機電產品噪聲的測量和控制中，目前普遍采用A聲級(A計權聲壓級)作為評價指標，A聲級是根據對人進行純音響度反應實驗得出的，而實際噪聲往往是頻率成分復雜的復合音，各頻率成分之間存在相互掩蔽效應，以及人們對不同強度的聲音主觀感覺的頻響特性不同，因此，A聲級作為評價量不能很好地解釋許多噪聲現象，也不能很好地描述不同噪聲的特征及其對人心理產生的影響，例如：對于頻譜形狀不同的噪聲，完全可能具有相同的A聲級，但對于A聲級相等而頻譜形狀不同的噪聲，人們的主觀感覺是不一樣的，對于以低頻為主的噪聲，有時雖然其A聲級并不高，但感覺還是很響；對有突出純音成分的機電噪聲，以A聲級評價其性能指標狀況，有時即使并未超過規定的限值，但還是令人煩躁而認為其不達標。

近年來，隨著生活水平的提高，機電產品的聲品質愈來愈得到人們的關注。聲品質可定義為聽覺事件對個人各方面需求的滿足程度，其影響因素包括物理(聲場)、生理學(聽覺感知)和心理學(聽覺評價)，聲品質實際是一個客觀評價與主觀評價相結合的評價指標，客觀評價是指用儀器實際可以測得的評價量，而主觀評價則是與人的心理相關，這樣，不同類型的機電產品，其聲品質的評價方法應該是不同的，目前，有關這方面的研究還不夠深入，還有許多工作要做，本文從心理聲學的角度，對某類空調變頻壓縮機的聲品質問題進行了實驗研究和分析。

1 心理聲學基本理論

1．1 掩蔽效應

掩蔽效應是心理聲學中最基本的效應之一，簡單地說就是對一種聲音(被掩蔽聲)的聽覺感受被另一種聲音(掩蔽聲)所影響的現象，通常頻域中的一個強聲會掩蔽附近與之同時發出的弱聲，弱聲離強聲越近，越容易被掩蔽，反之，離強聲較遠的弱聲不容易被掩蔽，這類掩蔽稱為頻域掩蔽，此外，還有時域掩蔽，它是一種弱掩蔽效應。

1．2 臨界頻帶和心理聲學參數

假定聲音在聽覺系統中是通過一組濾波器來分析的，每一個濾波器所處理的頻帶稱為一個臨界頻帶，每個臨界頻帶的帶寬稱為臨界帶寬，所有的臨界頻帶連在一起就組成了入耳的聽覺區域，人耳的聽覺頻率范圍劃分為0～24B。

心理聲學參數是描述人對聲音的主觀感受差別程度的客觀物理量，可以定量地反映聽覺感受的差別，消除個體的影響，常用的心理聲學參數有響度、尖銳度和心理聲學煩躁度等。

1．2．1 響度 考慮人耳對聲音頻譜的掩蔽特性，響度是反映入耳對聲音強弱主觀感受程度的參數，單位是sone，響度的計算步驟如下。

(1)首先獲得單邊功率譜密度函數，并將以Hz線性頻率單位為自變量的功率譜密度函數轉換成以B為單位的函數，式中：R_ij為噪聲樣本j在第i個人評價中的秩。

對W的檢驗是假設K個評價主體所得的秩評不具有一致性，當n＞7時，檢驗統計量x²=K(n-1)W，近似服從自由度為n-1的X²分布，x²≥x²(a為置信水平)時拒絕原假設，認為K個評價主體所得的秩評具有一致性，否則需要針對不一致性采取相應的處理措施。

3 主客觀評價實驗及結果分析

本文以不同廠家的5種變頻壓縮機為研究對象，按照不同工況排列組合形成不同的實驗樣本，在半消聲室里進行噪聲水平測試，測試中，采用BK公司的前端數據采集儀、聲品質測量人體軀干模擬器與PULSE系統軟件平臺采集處理噪聲樣本，待壓縮機進排氣口壓力平衡，溫度穩定后，采集信號，截取信號長度為5s，共選取有效噪聲樣本20個，主觀實驗中選擇的主體均為高校研究人員，共10名，男6名，女4名，平均年齡28歲，將20個樣本成對分為190組，每個主體成員對190組分別進行獨立評價(見表1)。

計算出的Kendall’sW協和系數為0.7136，x²-64.224≥x²_0.005，由此可知，在置信概率為99.5％的情況下，實驗中評價主體相互間的一致程度較高，說明本次主觀評價實驗是有效、合理的。

從表1中發現：有的在樣本A聲級雖然大，但煩躁度反而小；有的A聲級上雖沒什么差別，但反映在煩躁度上則相差較大，給人的主觀感覺也很不一樣，例如，樣本16在A聲級上比樣本14大了3dB，但煩躁度卻比它小0.5，樣本11和樣本16在A聲級上基本相等，但在煩躁度上卻相差了28％，對3個樣本進行1/3倍頻程譜的分析結果如圖1所示。

圖l中顯示樣本11在低頻段(500Hz～2000Hz)上的幅值要明顯大于樣本16的幅值，用A聲級評價時往往對低頻進行濾波，導致其在評價含有較大低頻成分的寬帶噪聲時，會低估人們的主觀感覺，相反地，采用煩躁度刻畫聲品質時要比A聲級更靈敏，更能體現人的主觀感受變化，從圖1中亦可發現，樣本16在低頻幅值上較小，在高頻幅值上卻最大，體現在心理聲學參數上為響度值最小，尖銳度值最大，這正符合了心理聲學的基本理論。

4 主客觀相關性分析

將得到的A聲級、煩躁度與主觀結果進行線性相關性分析，分析結果如圖2所示，主觀評價結果與煩躁度的相關系數R為0.9173，而與A聲級的相關系數只有0.7119，由此可見，煩躁度與主觀評價的相關性較好，從而驗證了選擇心理聲學煩躁度作為變頻壓縮機的聲品質客觀評價指標是科學合理的，以煩躁度為自變量、聲品質主觀評價得分為因變量建立一元線性回歸模型，得到聲品質主觀評價得分為

Q=-8.5652+1.7754p (8)

經計算，圖2中R=0.9173，具有較高的擬合度，說明可采用該模型作為壓縮機聲品質主觀評價值的預估模型。

5 結束語

根據本文的研究可得到如下結論：

(1)心理聲學參數計算結果和1/3倍頻程譜分析結果均表明，煩躁度在刻畫聲品質方面要比A聲級更靈敏，更符合人的主觀感受；

(2)對測試數據進行主觀聽音實驗，發現A聲級在評價以低頻噪聲為主的壓縮機時，與煩躁度相比，往往會低估人的主觀感受；

(3)采用成對比較法作為壓縮機聲品質主觀評價方法，具有較好的一致性和可靠性；

(4)對主、客觀實驗結果相關性的分析表明，煩躁度與主觀評價的相關性較好，可達0.917 3，A聲級則較差，只有0.7119，因此驗證了選擇心理聲學煩躁度作為變頻壓縮機聲品質客觀評價指標的科學合理性；

(5)本文采用的線性回歸模型具有較高的擬合度，可作為壓縮機聲品質主觀評價值的預估模型。

(編輯 管詠梅)