大飛機的靜謐之旅

崔璽康 楊洋 林大楷

隨著人們生活水平的提高，乘機體驗受到越來越多的關注。新一代商用飛機為提升產品競爭力都制訂了艙內噪聲的設計指標，以營造更加舒適的客艙環境。

中國商飛北京民用飛機技術研究中心近期完成的一項關于國內航空公司飛機客艙噪聲環境的調查表明，有42.39%的受訪者認為客艙內的噪聲是最影響乘坐舒適性的因素。同時，調查結果還顯示，雖然國內民眾對于目前客艙內的噪聲水平能夠接受，但還有提高的空間。

真實的聽覺感受

在生活中，我們會發現這樣的情況：當尖銳物劃過玻璃時，雖然聲音不大，但感覺非常刺耳;勁爆的搖滾樂，雖然聲音震耳欲聾，卻不至于讓人有不適的感覺。這也證明了人的聽覺感受并不完全取決于聲音的大小。因此，為了更真實地反映聽覺感受，研究人員引入了一個新的聲學概念——聲品質。

被廣泛認同的完整的聲品質定義首先由德國人Blauert提出，他認為，聲品質是在特定的技術目標或任務內涵中聲音的適宜性。這里聲品質中的“聲”并不是指“聲波”這個物理現象，而是指人耳的聽覺感知，“品質”是指由人耳對聲音的聽覺感知過程，并最終作出的主觀判斷。

從聲品質的定義可以看出，聲品質實際上是人對聲音的主觀感受，屬于心理聲學的范疇。根據人耳對聲音頻率的敏感程度，聲品質主要與響度、尖銳度、波動度和粗糙度有關。其中，響度是用于描述聲音響亮程度的參數，是人耳對音量大小的主觀感受，是對聲品質影響最大的參數。尖銳度反映聲音中高頻部分的占比，聲音的頻率越高，聽起來就越刺耳，尖銳度也越高。

在實際生活中，聲音并不是一成不變的，總有高低起伏。這其中，低頻部分的變化被稱為波動度（也叫抖動度），高頻部分的變化則稱為粗糙度。

通常，我們對聲音信號進行聲品質分析之后，能夠得到偏好度與響度、粗糙度等參數之間的擬合關系，這樣就能評估這些參數對偏好度的影響，進而為優化設計提供理論依據。

智能的人性化設計

噪聲一直是飛機設計的重要指標，早期的飛機設計師更多關注的是飛機噪聲對環境的影響。但如今，飛機制造商越來越關注如何降低客艙內的噪聲。根據國內民用航空業的發展現狀和世界同等機型的艙內噪聲水平，國內商用飛機設計目標一般為客艙噪聲平均值不高于80dB（A），客艙后部噪聲最大不超過85dB（A）。但現有執行標準和設計優化都是以聲壓級為主要目標，沒有充分考慮人耳對聲音的主觀感受。

因此，對于乘客來說，有時候聲壓級數并不一定與舒適度成正比。以A380為例，為了降低客艙內噪聲，空客采用了眾多新材料和新技術，大大提高了飛機客艙的舒適度，特別是在商務艙，聲壓級甚至低于60dB（A）。但有機長抱怨A380實在太安靜了，身處機組休息區，可以聽到客艙嬰兒的啼哭聲、大人的鼾聲甚至馬桶的沖水聲。還有不少坐在窗邊的乘客抱怨，他們甚至能聽到另一側乘客的說話聲，這讓乘客的隱私性大大降低了。

從這個例子可以看出，僅用聲壓級作為飛機噪聲設計的參考指標是遠遠不夠的，還需要充分考慮聲音頻率、變化率等對人耳的影響，因此，我們必須將聲品質分析結果作為設計的重要參考指標。

目前，聲品質技術已經廣泛應用于汽車、高鐵、電器、工程機械、視聽產品的研發和測試，其中，汽車行業對于聲品質技術的研發和應用是最為深入的，在汽車的多個部件中都已有所應用。比如Scheuren等從心理學的角度出發，采用主動控制的方法對車門密封件等的聲品質改善進行了嘗試。國內也有汽車設計人員通過聲品質分析，有針對性地調校了汽車關門聲，使得關門聲更加符合消費者對高檔車的感覺。

研究結果表明，響度和尖銳度是影響人耳對聲音感覺的關鍵因素，因此，在飛機設計時，不僅需要考慮聲壓級表現，更需要將響度和尖銳度納入考慮范圍之內。隨著技術的進步，主動噪聲控制在飛機設計中取得了長足進步，如果將聲品質分析與主動噪聲控制相結合，根據不同的應用場景設置不同的控制策略，將能提供更加智能的客艙環境。比如，辦公不希望被打擾時，啟用“辦公”模式，對全頻段噪聲進行控制以達到靜音的效果;談話時，啟用“私密”模式，增加中頻段噪聲大小。

貼近客戶的主觀評價

產品設計的最終目的是為了更好地服務于客戶，目前飛機客艙的聲環境設計缺乏全面對接客戶需求的工具和方法，許多來自客戶的真實需求還未得到飛機設計師們的重視，如何讓客戶更好地參與飛機客艙的噪聲設計呢？這里就涉及聲品質分析的一個重要方法——主觀評價。

聲品質主觀評價也叫聽音評價或音質評價，即通過聽音，按照實驗設計好的流程對聲信號的某些屬性進行判斷和評價，分出優劣，再進行統計分析。通過聲品質主觀評價，我們能夠非常直觀地了解客戶對客艙聲環境的滿意度，據此分析哪些是影響客戶對于客艙聲品質體驗的關鍵因素，為設計人員提供相應的參考。

現在常用的主觀評價法有以下四種：

第一種是排序法，即把愉悅度、煩惱度、幅度、響度等聲品質屬性進行排序。實驗中，測聽者可選擇聽音數次。該方法的主要缺點是無法得到對比的比例信息，從而達到量化聲品質差異的效果。

第二種是打分法，即受測者對所評價聲音的不同屬性打分，一般范圍為1～10分。這種方法可以提供對比的比例信息，但需要對受測者進行訓練，否則評判較為困難。原因是受測者難以建立起聲音信號與數字之間的聯系，比如受測者能夠較為清楚地了解聲音是有力還是柔和，卻不知道應該打多少分，缺乏簡單可靠的參考標準。

第三種是成對比較法，又稱A/B比較法，評價時將聲音成對播放，聽者據此得出“好、一樣、差”的結論。通過此方法，人耳能夠分辨出兩種聲音的微小區別，可以完成多項評價任務，如聲音信號的檢測、屬性方面的判斷和相似度判斷等，該方法適用于無經驗的測試人群。成對比較法的缺點是，組數可能很大，通常與聲信號的數目的平方成比例。

第四種是語義分析法，即用許多成對的形容詞和反義詞對聲音的品質進行描述，可以是屬性方面，如安靜/吵鬧/粗糙等，也可以是主觀印象方面的，如便宜/適中/昂貴等。雖然語義分析法對受測者要求不高，但是需要事先對聲音確定評價的形容詞語，同時受測者也可能會對形容詞描述的感覺程度的理解存在較大偏差。

目前，汽車制造業已經廣泛利用“人工頭”采集聲環境數據，并通過聲品質主觀評價系統對噪聲進行評價，從而有針對性地對產品進行改進優化。雖然這些聲品質技術取得了令人矚目的成就，但是“人工頭”移動不便，主觀評價系統需要專門的聽音實驗室，占用場地大，嚴重限制了受測人群規模，進而影響到主觀評價結果的精確性。同樣，這些缺點也限制了聲品質技術在飛機設計領域的廣泛應用。

未來，隨著技術的進步，聲品質技術將更加注重便攜性和專業性。基于便攜性，開發出便攜式數據噪聲采集系統與客戶主觀評價系統，將為飛機設計工程師們采集到大量豐富的客艙聲環境數據，并快速擴大受測人群規模，提高聲品質主觀評價結果的精確性。基于專業性，結合多陣列聲源定位等技術，將主觀評價系統與模擬客艙或虛擬客艙相結合，打造出能夠讓乘客“身臨其境”的客艙聲環境，為國產飛機的設計和銷售探索新的道路。

可以預見，客艙聲品質主觀評價工具在飛機設計與營銷領域的應用，將有助于未來客艙聲品質設計更全面深入地理解客戶需求，切實提高飛機客艙內聲環境的滿意度，并實現客艙聲品質的個性化需求。