乘用車聲學性能品質的評價探究

王志偉 劉躍昆

摘 要：隨著汽車工業的發展，對汽車聲學性能的品質要求越來越高，汽車聲學性能的好壞關系到汽車品質的高低。本文介紹傳統汽車聲學性能評價的不足、聲品質的內涵和基本研究方法，主要介紹汽車聲品質的客觀評價和主觀評價的內容。

關鍵詞：汽車;聲學性能;聲品質;評價

1 汽車傳統噪聲評價的不足

在傳統的噪聲評價和控制中，國內外絕大多數有關噪聲的標準或準則，如環境噪聲污染限值、職業噪聲衛生標準、工業產品噪聲限值等，都是以計權聲級為基礎制訂或提出的，國際標準化組織偏向于使用A聲級。雖然以聲級作為噪聲評價量，具有簡便實用的優點，但因聲級是對低頻信號有較大衰減的頻率計權測量值，測量結果中不提供頻率成分的信息，因此聲級的局限性也是十分明顯的：

Blauert在1994年給出聲品質的定義：聲品質是在特定的技術目標或任務內涵中聲音的適宜性。該定義中的“聲”并不是指聲波這樣一個物理事件，而是指人耳的聽覺感知;“品質”是指由人耳對聲音事件的聽覺感知過程，并最終做出的主觀判斷。

從評價主體上講聲品質評價可分為兩大類：主觀評價和客觀評價。聲品質主觀評價研究是采用問卷調查或主觀評價試驗等形式，對主觀評價數據通過統計分析等方法，獲得適當的評價術語以描述聲品質的主觀感知特征。主觀評價反映了聽音者對聲品質偏好性的一種主觀印象，主觀評價方法符合人類聽音時對聲品質的感覺，該方式雖較為繁雜，但由于人是聲音的最終接受者，因此這種評價應是聲音品質的真實反映，目前得到廣泛應用。

2 乘用車聲品質的客觀評價

聲音的客觀評價參量一般都和人耳的聽覺特征、人的心理情緒、人體的健康、人們的活動等有關。為了更好地評價噪聲對人的影響，根據聲音的時域特性、頻域特性或時頻域特性的結合，人們提出了幾十種對噪聲進行度量和評價的準則。

2.1 物理聲學評價參量

從物理學觀點看，噪聲是指聲強和頻率的變化都是隨機的聲音噪聲，是含有多種音調成分的隨機信號無規則的復合聲。對噪聲信號的物理特性可用聲壓、聲強和聲功率等物理量來描述其物理特性的不同方面。

1）計權聲級。根據人耳對不同頻率的聲音有不同靈敏度的特性，在許多聲學測量儀器中設計了一種特殊的經過一定計權的濾波器，這種濾波器稱為計權網絡。經過計權網絡測量的聲級，已經考慮了人耳聽覺得特性因此與人的主觀感覺有較好的相關性。一般聲學測量儀器中設有A、B、C計權網絡，分別近似模擬了40phon、70phon和100phon三條等響曲線。通過這些計權網絡測得的聲級分別為A計權聲級、B計權聲級、C計權聲級（或統稱為聲級），并表示為dB（A）、dB（B）、dB（C），一般在不特殊注明的情況下，聲級指A計權聲級?？梢钥闯?，A、B、C計權網絡的區別主要在低頻范圍內的衰減程度不同，A計權網絡衰減最大，B計權網絡次之，再則是C計權網絡。

2）聲強、聲強級。聲音傳播的時候也伴隨著能量的傳播。在心理物理學中，把單位時間內通過垂直于聲波傳播方向的單位面積的平均聲能，稱為聲強，用I表示。

3）聲功率和聲功率級。單位時間內通過垂直于聲傳播方向的面積S的平均聲能量稱為平均聲能量流或稱為聲功率，單位為W。

2.2 基于語言方面的評價參量

1）語音清晰度AI和語音干擾級SIL。語音清晰度AI（ the Articulation Index）是Beranek提出來的，描述了在噪聲環境下說話的清晰程度：100%表示說話完全聽得清楚，0%表示說話完全聽不清楚。語音清晰度AI與聲音的頻率f有關，高頻聲比低頻聲的語言清晰度要高。其次，語音清晰度與背景噪聲以及對話者之間的距離有關。

2）語音傳輸指數ST。語音傳輸指數STI（ the Speech Transmission Index）來源于室內聲學設計和電訊系統，用于評價在一定的聲學空間里的語音傳輸質量。用于描述語言可懂度SI的方法很多。在信噪比S/N是影響語音可懂度SI主要因素的場合，可采用傳統的語音清晰度AI和語音干擾級SIL，但是它們不適合在考慮了房間混響或散射效應的場合。

3）噪聲評價曲線。在評價噪聲對室內語言及舒適度的影響時，以語言干擾級和響度級為基礎，美國著名聲學專家Beranek在1960年提出了噪聲標準曲線，即NC曲線。1962年，C.VJ.Kosten和Vanos更多地基于等響曲線，提出了一組類似的噪聲評價曲線，即NR曲線。1971年，NR曲線被國際標準化組織（ISO）在19%號文件的附錄中采用，并逐漸在國際上較為廣泛的被采用。

2.3 心理聲學評價參量

從心理學觀點講，把凡是引起人們厭惡的產生不舒適感覺的聲音都稱為噪聲。描述人對噪聲的聽覺感受的不同方面，常見的有響度、粗造度、抖動度、尖銳度和音調度等。

1）響度和響度級。響度（Loudness）是反映人耳對聲音強弱主觀感受程度的心理聲學參數，它考慮人耳對聲音頻譜的掩蔽特性，比A聲級更準確的反映聲音信號的響亮程度。其單位是宋（Sone），定義1kHz、40dB純音的響度為1sone。在客觀度量中，聲音的強弱是由聲波的振幅決定的。但是作為主觀評價量的響度與振幅并不完全一致，它不僅決定于振幅的大小，還決定于頻率的高低、頻帶的寬度、頻譜特性和聲音的持續時間。

2）尖銳度。尖銳度（Sharpness）描述了聲音品質評價中的音色特征，以尖銳度（Acum）為單位。這個指數反應聲音的頻率特性，與聲音的高頻成分有關，聲音的高頻比例越大該聲音就越尖銳。影響尖銳度最重要的因素是噪聲信號的頻譜成分和窄帶噪聲的中心頻率。

3）粗糙度。聲音的時域變化可以導致兩種不同的結果：低頻變化產生波動度（Fluctuation Strength）;高頻變化產生粗糙度（Roughness）。雖然兩者之間并沒有嚴格的界限但當調制頻率大于時波動度逐漸消失而表現為粗糙度。粗糙度表征人們對聲音實時變化的感受，對聲音的快速調幅（15-300Hz）對人的主觀反映的結果，其單位為asper，1asper定義為1kHz將和60dB的聲音100%調制70Hz頻率的粗糙度。對于一個高于1kHz的純音，最大的粗糙度出現在70Hz的調制頻率上;而當低于1kHz時，最大的粗糙度出現在較低的調制頻率上。