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1、声品质及评价方法声品质及评价方法 虞安波 博士 NVH技术部NVH技术部 朗德科技 声音的物理本质声音的物理本质 声音是一种物理现象，物体的机械振动引起的质点 运动（空气） 声源振动时，邻近的空气分子受到交替压缩和扩张 ，形成疏密相间的状态，声音即被传播 声质点的振动频率：20HZ-20000HZ 通过纵波传递，引起耳膜振动，导致听觉事件 HiEtHearing Event psychoacoustics Sound Event 人类听觉从声音事件到听觉事件人类听觉：从声音事件到听觉事件 人耳的生理特性人耳的生理特性 人的听觉系统处理频域信息 Spectrum vs Time人的听觉系统处理频
2、域信息,Spectrumvs.Time 人耳对声音的量化上呈对数特性，无论是对频率还是 对幅值（能量）对幅值（能量） 人耳频响为非线性，需要引入计权网络 按其掩蔽效应，人的听觉划分为若干敏感带（Critical按其掩蔽效应，人的听觉划分为若干敏感带（Critical Band），类似视觉中的色带 一般而言，A计权的频谱是表达声音信号的最常用方 式 相同SPL和1/3倍频程的三个声音 74 2 dB75 1 dB74 7 dB74,2 dB75,1 dB74,7 dB 频谱与声音的关系频谱与声音的关系 错觉：背景的掩蔽效应错觉：背景的掩蔽效应 心理声学心理声学 声学事件到听觉事件的转换主观感受的
3、客观描述声学事件到听觉事件的转换，主观感受的客观描述 传统的定性描述：Rattle,Booming. 心理声学参数量化人对声音的印象：心理声学参数量化人对声音的印象： 响度(Loudness) 尖锐度(Sharpness)尖锐度(p) 粗糙度(Roughness) 抖动度(FluctuationStrength)g 显著度(ProminenceRatio) 音调度(Tonality) 心理声学的应用心理声学的应用 30多年以来，心理声学主要应用于汽车业的NVH领域 在汽车业中对于其车内噪声的控制并不是国家的法规强制 规定的，而完全是市场导向的一种需求 多年以来，汽车行业积累了大量如果控制声品质
4、性能的经 验发动机胎噪风噪以及其它附件（电动门窗开关验：发动机、胎噪、风噪以及其它附件（电动门窗、开关 、空调等） 近年来心理声学的应用延伸到了电声以及白色家电的领近年来，心理声学的应用延伸到了电声以及白色家电的领 域 9 心理声学参数 响度(Loudness): 考虑了听觉敏感频带的分布和声音的掩蔽效应 DIN 45 631, ISO 532 BDIN 45 631, ISO 532 B Studies have shown that the 5% percentile loudness (N5) correlates highly with the perceived total loud
5、ness valid in cases of unsteady sounds This is implemented in DIN 45631/A1:total loudness valid in cases of unsteady sounds. This is implemented in DIN 45631/A1: “since the mean value of time varying loudness compared with the subjectively evaluated loudness provides a value, which is too low, the 5
6、% percentile loudness (N5) has to be used with respect to the perceived overall loudness.” 尖锐度( Sharpness):主要考虑高频部分在总的响度中的贡献 粗糙度(Roughness):20-200Hz的调制 抖动度(Fluctuation):20Hz以下的调制 响度响度 40dB的1000HZ单频音定义为1sone 响度增加10phon，听觉的响度翻倍响度增加10phon，听觉的响度翻倍 Weighting Curves Specific Loudness (displayed on Hz scal
7、e) Watch the overall Loudness number: it changes with thenumber: it changes with the area under the curve. Spectrum (in dB, from FFT) Note that Level remains constant within 0.1 dB. Narrowband noise and a tone, comparing dB and Loudness (NOTE: In the analyzer used to make these graphs the color yell
8、ow showsthese graphs, the color yellow shows when left channel green and right red are superimposed - this is a 2 channel monaural signal)this is a 2-channel monaural signal). N5/N90=1,4 N5/N90=1,08N5/N90 1,08 N5/N90=3,1, 响度比 ?响度的变化能对人的听觉感受造成很大影响 度比 ?抖动越大，越容易引起烦躁 ?关于抖动，可以通过响度比来表示(N5/N90) Example: Mu
9、ltifunction Printer 1Multifunction Printer 2 Subjective Evaluation: 4.8 (poor quality)7.9 (good quality) Why such a huge evaluation difference? 尖锐度尖锐度 高频成份在整体响度级上的贡献 相当于声音信号在频域上的“重心” 尖锐度的算法决定它声级没关频尖锐度的算法决定它和声压级没关系，只跟频 谱有关系 DIN 45692 Sharpness Basics and Principles of Psychoacoustics p dBark/)()( Bar
10、k24 =z zzzgzN acum dBark/)()( 11, 0 Bark24 0 = = = z z zzzgzN S d)( 0 = z zzN 1)(=zgBark815,z 850150)( )8,15Bark/(42,0 += z ezg Bark815z fr fr85,015,0)( )( +=ezg Bark815,z fr Sharpness Version 1: Aures Version 2:von BismarckVersion 2: von Bismarck Sharpness 21 声音的调制声音调制 声音的调制因为其调制方式的不同会引起截然不同的听觉声音的调
11、制，因为其调制方式的不同，会引起截然不同的听觉 特性: 调幅 调频 对于声调制的度量，在已标准化（德标）的心理声学体系中， 有两个参数：有两个参数： 抖动度 Fluctuation 粗糙度 Roughness 上述两种度量方式，针对同一个现象，但是却有着截然不同的 听觉特性 调制分析方法（非心理声学参数）对这些现象的分析同样有效调制分析方法（非心理声学参数）对这些现象的分析同样有效 粗糙度粗糙度 一段声音，如果包含20-200Hz的调制，则认为是粗糙的 声音的粗糙感觉并不局限于声调制，噪声(无论是宽频的还是窄声音的粗糙感觉并不局限于声调制，噪声(无论是宽频的还是窄 带的)，都可能引起粗糙度（幅
12、值调制包络） 影响粗糙度的因素： 调制角度 (AM)调制角度 (AM) 频率调制指数 (FM) 调制频率调制频率 粗糙度的单位定义: 1kHz单频 60dB 100%调幅 70Hz 上述调制结果 =1asper 抖动度抖动度 抖动度用来表示缓慢调制的感觉 调制频率小于20HZ能感觉到声音的抖动调制频率小于20HZ，能感觉到声音的抖动 影响抖动度的因素: 抖动速率抖动速率 声压级 调制角度 抖动度的单位定义: 1kHz单频 60dB 100% 调幅 4 H100% 调幅 4Hz 上述调制结果 =1vacil. 25 心理声学参数的复杂性声参数复性 单个的参数不足以表达 各参数间的相互关系不明确
13、Loudness Sharpness RoughnessFluctuationRoughness Fluctuation 很难通过一个通用的准则来定义声音的质量：很难通过一个通用的准则来定义声音的质量： 对于某个产品，一组N,S,R,F的值是代表好的声音 但是对于另一种产品，同样的声品质参数就可能完全不可接受但是对于另种产品，同样的声品质参数就可能完全不可接受 26 Good TireNoisy TireGood TireNoisy Tire A-Level69,9 68,367,8 67,2 dB(A),( ) Loudness22,6 22,422,5 21,2 sone Sharpnes
14、s1,36 1,261,32 1,27 acum Roughness13,6 14,19,16 10,1 c-asper 27 两个好声音的叠加效应 40% more level40% more level 18% more loudness hSame sharpness lh ?Complexity of Sound Quality Engineering ?Klaus Genuit?28 30% less roughness Level linSpectralLevel, lin., A-, B-, C-weighted Duration Time Energy Spectral Con
15、tribution Classification of Sound Event Temporal Structure Subjective Attitude QuantitySpatialSignaly Position p Distribution g Information Sound Content Physical AspectPsychoacoustical AspectBinaural AspectCognitive Aspect 声品质声品质 声品质是从产品开发角度的一个概念 除了跟心理声学参数相关还跟产品本身紧密相关除了跟心理声学参数相关，还跟产品本身紧密相关 声品质强调针对某
16、个产品及其消费的目标群体，其声音要足够 且适度并且听觉特性具有可识别性且适度，并且听觉特性具有可识别性 易混淆的概念声特征声品质易混淆的概念：声特征声品质 双耳声品质双耳声品质 HEAD强调的哲学：让双耳去 决定 双耳特性双耳特性： 双耳具有方向性、选择性 人的外耳具有方向性的人的外耳，具有方向性的 滤波器，增益调整范围 +15/-30dB/ 具有高分辨率的听觉特性：幅 值、频率及时域，动态范围大 于120dB,B.T0.3 声品质评价方法声品质评价方法 产品的声品质对于厂家而言越来越重要（产品质量的一部分）产品的声品质对于厂家而言越来越重要（产品质量的部分） 声品质评价要从主观上通过耳朵去决定声音的好坏，并且多人 评价消除个体偏好的影响评价消除个体偏好的影响 通常声品质研究的目的是希望找到声音的物理属性和听觉特性 之间的关系 但是，如何获取有价值的反映主观听觉特性的数据呢？ 声特征和声品质的关系示意图声特征和声品质的关系示意图 S
