家電噪聲聲品質發展現狀探究

2020-11-30 中國家電網

　　一、引言
　　
　　目前國內家電產品的噪聲主要是採用產品本身客觀的計權聲功率級進行評價，但是人耳的主觀聽覺感受與家電噪聲的客觀測試指標之間有一定的差異性。由於增加了人耳的主觀介入，導致了雖然有些家電產品的噪聲聲功率測試結果是合格的，但是人的主觀聽覺感受很差；還有一部分聽覺感受可以讓人耳接受的產品，其聲功率測試結果卻是不合格的。為了能夠全方位的評價產品的噪聲，國內外越來越多的聲學科研工作者開始研究如何將人耳的主觀聽覺感受進行量化的課題，由此，噪聲聲品質這個概念逐漸興起[1]。

　　二、噪聲聲品質國內外研究進展及現狀
　　
　　1883年由聲學工作者Stumpf提出噪聲聲品質的定義，它用來描述物理特性的聲音事件與不同聲音的感覺。經過總結和大量的實驗表明，對聲品質產生影響的因素主要涉及到三個方面：第一是環境因素，也就是目前所處的聲場；第二是關於聽覺的感受，也可以稱之為心理聲學；第三個方面是關於以上兩點的一個自主的聽覺評價[2]。如果想要量化以上三方面因素，首先就需要客觀測試出相關的聲學參數[3]。在噪聲聲品質研究方面，國際上聲學工作者已經有突出的研究成果，他們對於品質參數的研究比較透徹，不過在實際生產中應用很少，特別是我國的家電噪聲聲品質研究更是處於萌芽階段[4]。
　　
　　1999年聲品質在汽車行業研究盛行，福特與通用公司首次系統地闡述了聽覺團體測試方法的原理和要求。目前，奧登堡聲品質（Oldenburg Symposium）研討會是聲品質研究工作者一年一次的盛會，在奧登堡大學，他們交流互通，共享信息平臺。除此之外越來越多的國際聲學會議也都將聲品質的研究納入了會議中的一個研究專題。
　　
　　經筆者查閱大量文獻發現聲品質研究主要在汽車行業應用較多，家電行業的相關文獻較少，不過提升聲品質已經是越來越多家電廠家追求的目標，並且越來越多的聲學論文中也提到了單純用噪聲聲功率級評價產品存在不足之處。心理聲學的某些指標已受到ISO（國際標準化組織）、德國標準化研究所（Deutsches Institut für Normung）以及ANSI（美國國家標準學會）的規範。例如ISO 532B的穩態響度、響度百分位數、響度級，DIN 45631的時變響度以及DIN45692的尖銳度等。我國關於冰箱噪聲聲品質的一個標準《家電噪聲聲品質工效學測評第1部分：冰箱》已經進入起草階段，該標準的主要技術內容包括冰箱響度測試方法和噪聲響度限值[5]。
　　
　　三、聲品質分析測試環境
　　
　　如果要對以上所提到的聲品質的相關指標進行研究就需要一個理想的聲學環境和配套的測試儀器，常用的測試設備主要包括：聲品質測量人工軀幹模型（一般叫做人工頭）和對應的採集以及後期的數據分析處理軟體。通過錄音回放進行主觀評價時還會給評價者配套對應的音效卡和回放專用的高保真耳機。測試設備部分不再贅述，下面將對測試環境部分展開介紹。
　　
　　因為目前大多數廠家設有半消聲室，並且在沒有該領域國標進行規範的前提下，聲品質測試還處於摸索階段，所以大部分廠家選擇直接在半消聲室內進行聲品質相關參數的測試。
　　
　　鑑於半消聲室只有直達聲沒有反射聲，並且當聲壓級太低時，人耳需要很吃力地去聽，會影響聲音的表現，所以一些家電廠家專門建造了測聽室對聲品質進行測試研究，其主要用於家電產品的主觀評價，或者將家用電器產品的錄音在該室內進行回放，評價者再對聲品質進行主觀評估。其設計主要參考GB/T 50356《劇場和影劇院的設計規範》和JY/T183《數字立體電影院的技術要求》[6]。
　　
　　3.1 測聽室的本底噪聲
　　
　　根據測聽室被測產品的不同，一般測聽室會根據需要設計不同的背景噪聲。這與消聲室類似都是為了保證實驗室能夠根據設計需要來屏蔽外部的振動和噪聲。
　　
　　3.2 測聽室的混響特性
　　
　　混響特性的一個重要參數就是混響時間，其取值大小一般與房間的容積有直接的關係。根據房間大小，將500Hz最佳混響時間按照圖1設計，在此基礎之上關於其他頻段的設計可以參照圖2。

圖1 不同房間容積的最佳混響時間

圖2 最佳混響時間與500Hz相比的頻率關係

　　四、聲品質主要評價性能指標以及用意
　　
　　4.1 聲音的響度
　　
　　聲音的響度通常被定義為人耳主觀感受到的聲音強弱程度[7]。通過定義可知響度是主觀的聲學參數，但是經過研究表明響度不僅只與聲音的物理強度有關，其還與聲音中所包含的頻率成分有很大的關係。響度以宋（sone）作為基本單位，常規人們稱單頻1000Hz的純音產生40分貝的聲音響度為1宋。為了更好的模擬人耳對聲音的感應，國際上對等響曲線進行了研究，此項研究加快了響度研究的進展，A計權等響網絡就是一條40方的曲線。由於等響曲線有頻率單一性的弊端，而我們日常生活中的噪聲頻率成分複雜，所以推進了響度計算相關標準的制定，ISO 532就針對聲音響度相關的參數進行了規範。
　　
　　4.2 聲音的尖銳度
　　
　　聲音的尖銳度 (Sharpness)顧名思義是為了定義聲音的尖銳特性，即刺耳程度。含有不同頻率成分的聲音，如果高頻段的成分佔比越大，該聲音的尖銳度往往越高，聽起來比較尖銳；高頻段的成分佔比越小，其尖銳度往往越低，聽起來相對沉悶。尖銳度以acum作為基本單位，通常用符號S表示。為了統一對尖銳度的規範，定義了一個尖銳度為1acum的窄帶噪聲，即帶寬為160Hz並且以1000Hz為中心頻率的60分貝聲音。與響度不同，尖銳度的評價還沒有相關的標準進行規範，根據經驗Zwicker和Aures定義了相關的計算模型，目前常被大家所引用。
　　
　　4.3 聲音的粗糙度
　　
　　聲音的粗糙度是標準的計算聲音調製程度的物理量，粗糙度主要反映在高頻調製部分，低頻調製程度往往通過抖動度進行描述。二者以20Hz作為分界線，低於20Hz的調製往往表現在抖動度。粗糙度以asper作為基本單位，人們規定60分貝1kHz的純音被70Hz進行完全調製時，其粗糙度為1asper[8]。
　　
　　4.4 聲音的抖動度
　　
　　根據剛剛粗糙度的介紹可知，抖動度的調製頻率低於20Hz。抖動度帶給人的主觀感受比較明顯，主要是可以很明顯的感受到隨著時間音量產生的變化。根據大量實驗表明，抖動度大的聲音帶給人的煩惱程度要遠遠大於粗糙度大的聲音。抖動度通常用單位vacil表示，規定60分貝1kHz的純音被4Hz進行100%調製時其抖動度為1vacil。
　　
　　五、結論
　　
　　關於家電產品的噪聲聲品質研究目前還沒有相關的標準，許多廠家還處於摸索階段，汽車聲品質研究起步較早，家電廠家更多可以借鑑汽車行業噪聲聲品質相關的研究方法對家電噪聲進行研究。相信隨著家電產品噪聲聲品質研究的深入，家電產品的聲學性能會越來越好。
　　
　　參考文獻
　　
　　[1] 舒歌群, 劉寧. 車輛及發動機噪聲聲音品質的研究與發展. 汽車工程,2002.
　　
　　[2] 薛瑋飛, 徐浩, 馮錦平. 變頻空調室外機聲品質評價與分析實驗研究.第十三屆全國電冰箱（櫃）、空調器及壓縮機學術交流大會論文集, 13-16.
　　
　　[3] Jin Yong Leon , Jin You, Ho Yeon Chang. Sound radiation andsound quality characteristics of refrigerator noise in real livingenvironments. Applied Acoustics, 2007(68): 1118-1134.
　　
　　[4] 石巖, 畢鳳榮, 林漫群, 景亞兵. 心理聲學基本理論及其在聲音品質主觀評價中的應用. 小型內燃機與摩託車, 2006.
　　
　　[5] 電器2016／11-法規動態.
　　
　　[6] 李彥奇, 衛威等. 音響聲學性能主觀評價用聲學環境室的設計, 家電科技, 2014.
　　
　　[7] 蘇麗俐. 車內聲品質主客觀評價與控制方法研究, 吉林大學博士學位論文, 2012.
　　
　　[8] 李燦. 汽車聲品質試驗及客觀評價方法研究, 合肥工業大學碩士學位論文，2009.

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