用于家电产品噪声主观评价实验室的设计

顾开荣 杨伟成 宋俊龙 韩愈嵩（、格力电器(合肥)有限公司 安徽合肥 300；、中国家用电器研究院 北京 00053）

1 问题的提出

随着家电设计和生产技术的不断提高，家电产品的辐射的噪声能量（声功率级Lw）不断降低。但是，某些产品的噪声能量降低后，消费者的感觉并没有得到明显改善。在某些情形下，甚至出现噪声功率级和消费者主观感觉相反的结果。例如，某些家用电冰箱的噪声，声压级已经低至20dB(A)左右，声级远远低于国家环境区域（居室）标准。但是，消费者对电冰箱噪声的投诉排列第一。

这样的问题远不能用噪声声压级(或者声功率级)进行解释。

实际的机器声源对人类的影响表现在二方面：

（1）音量即噪声声压级的大小。

（2）音质：即噪音的难听程度。

对于后者，涉及到人类的听觉主观评价问题。对噪声的主观评价问题，人们一直没有停止过对该问题的不断探索。探讨的主要问题有：

（1）影响人类对噪声的主观感觉的客观物理参数或者客观物理指标是什么？即仪器可以判别该噪声是否难听。

（2）如何改进噪声的特性进而达到改善噪声主观听觉的目的。

从家电厂商来讲，判别和评价产品噪声是否难听，用仪器判别当然重要。但是在目前客观判别音质特性研究还无实质性进展的前提下，采用人耳的判别更可靠，更接近实际。因此，在特定的安装环境中，采用人耳判别就成为家电产品噪声音质研究的重要方法。

2 研究现状

针对上述问题，人们进行了不懈的努力。到目前为止，曾经出现过几十个客观物理评价参数指标。例如，尖锐度，响度，噪度，颤，粗燥度等等。上述这些指标为噪声的主观评价做出了较大的贡献，但是还只局限于某类产品如轿车或者确切地说局限于某个产品。无法适用于所有噪声源。因此，到目前为止，还很难对机器产品进行准确的噪声音质客观测试。

基于以上原因，目前对于机器噪声主观音质的研究，除过寻求客观物理指标的研究外，进行人耳实际的主观评价仍然是非常重要的研究方法。例如，喇叭、乐器、音响以及轿车和家电产品的主观评价和客观仪器测试是同等重要的研究方法。因为，无法改变的事实是消费者感觉机器产品的音质不是在理想的消声室或者混响室内进行，而是在实际的使用环境中进行的。另外，消费者是用自己的耳朵进行感知的，不是用仪器来感知的。因此，模拟实际环境中消费者的主观感觉效果意义更大。

目前评价家电产品的噪声性能好坏采用在理想的实验环境中（如消声室或者混响室）辐射的声压级Lp或者声功率级Lw进行评价。该量属于客观评价量。在产品的质量控制，噪声机理的研究及其控制等方面发挥了重要的作用。

但是，家电产品最终不是安装在消声室或者混响室中。是要安装在人类活动的居室内，如会议室，家庭等。在理想的声学环境消声室或者在混响室内测试，只是便于客观检测和分析，已经抛弃了安装环境对噪声辐射的影响。许多种情况，消费者对空调器噪音的投诉不是因为音量即声压级太大，而是因为噪音太难听。

实际的安装环境和理想的测试环境在主客观方面会有很大的差异：

差异表现在二方面：即辐射声压级的差异和噪音频谱的差异。

（1）产品辐射的声压级： 不同的房间常数辐射的声压级相差最大可达20dB！如图1所示。同一台空调器，同样的距离位置，产生的噪音差异很大。很有必要研究这种差异对实际用户的影响。

（2）音质或者对用户听觉的影响： 在消声室内自由声场，空调器辐射的声波无任何反射。其噪声频谱是空调器辐射声波的直达声，无任何反射波叠加。但是在实际的安装环境中，使用者会接受相当的反射声波，会使噪声听起来“放大”。由于实际居室内对不同的声波其界面的吸声系数不同，因此，对不同频率的声波，“放大”倍数不同。因此，在消声室内的听觉效果和在实际居室内的听觉效果完全不同。因此，很有必要研究在实际的安装环境下，产品发射的噪声。因为对消费者来将，毕竟家电噪声是用消费者人体感知其热学性能、用耳朵感知其噪声是否舒适的。这种感知结果和在理想环境中用声级计来测试的噪音指标有很大的不同。

3 家电产品主观评价实验室的指标要求

为了更为真实地模拟实际家电产品噪声的听觉效果，需要在专门设计的声学环境中进行。该环境需要满足以下要求：

（1）具有足够低的本底噪声，以便去除外界噪音对产品评价的干扰。

（2）在人类主要的听觉频域内（一般规定125～4000Hz）的混响时间是平直的，大约在0.5s左右。目的是既要消除太多的反射（例如在混响室内测试），也要模拟实际环境的吸声效果。同时，又要考虑可能出现的声学缺陷：例如驻波现象、回音、声场不均等。在测听室内，力求达到所有空间区域的声压级基本相同。

（3）测听室的声场特性接近实际安装环境（如空间大小，照明，家电产品的摆放位置等）。便于在此环境中进行空调器噪声性能的主观评价。

4 噪音主观评价实验室的设计

在噪音主观评价实验室内实现较低的本底噪音上，与客观测试环境如消声室、混响室的设计相同。如采用房中房隔声结构，采用独立悬浮隔振基础等。

4.1 如何实现最佳混响时间

以下已经得到认可：小空间环境（如小型会议室，音响测听室，小型演播室）混响时间T60在0.5秒左右会得到最佳的听音效果[1]。对于混响时间的设计，可以通过赛宾公式进行设计计算[2]

通常通过在听音室的屋顶、墙面、地坪部位安装不同的吸音材料，通过调整吸音材料的种类、数量，最终使得在一定的频域内（一般规定125～4000Hz）的混响时间是平直的，大约在0.5s左右。

4.2 听音室的大小

除考虑尽量接近实际使用外，房间的长宽高比例尽量避免出现简正频率的兼并，使得简正频率分布尽量均匀，尽量避免出现驻波。使得室内声场分布尽量均匀。

图2为笔者设计的空调器主观音质评价实验室实物照片。该实验室采用了不同种类的吸音材料，使得在所有频域内，吸声量A大致相同。另外，使用了声波扩散体，使得室内声场尽量均匀。由于采用了独立悬浮隔振基础，其本底噪音低于15dB(A)。可以满足绝大部分家电产品的主观评价测试。

图3为该听音室的混响时间曲线。

5 听音室的使用

（1）各类空调器的音质主观评价。

听音室的声场消除了外界噪音的干扰、消除了房间驻波等声学缺陷，消除了过大过小的声波反射。既克服了日常居室的声学缺陷（较大的本底噪声，较为强烈的反射或者吸收，驻波等），又比消声室或者混响室大大接近实际居室的声场特性。在此种环境下，可以进行空调器的主观音质评价。

评价结果可以用于：

a）新品开发的依据。新品上市前需要经过主观评价，感觉其噪音是否可以接受。

b）产品改进前后音质的比较。一般地，将改进前后二台样机安放在听音室内分别运转，感知其噪声变化，作出是否有改善的结论。

c）不同种类、不同品牌、不同材料及其设计等等欲相互比较的样机，安放在同一间听音室内，找出它们之间的差异，进而得出改进结论。这一点，有时意义更大。

(2)获得在实际的安装环境下，家电产品辐射的噪音大小。

这一个数值非常接近消费者实际感知的声压级。它明显不同于消声室或者混响室辐射的声压级。

(3)获得在实际的安装环境下，家电产品辐射的噪音频谱的数值。

这一个数值非常接近消费者实际感知的噪音频谱。它明显不同于消声室或者混响室辐射的噪音频谱。为产品改进或设计提供依据。

(4)用于开展主观评价结果和客观测试量之间的关系研究提供了一个理想的环境。

这一环境不同于消声室或者混响室，非常接接近实际的使用环境。这也是目前人们探讨的音质评价主要问题之一。进一步，为产品音质评价制定统一的客观测试指标。该研究领域，在轿车行业已经有较大的进展。

(5)其他使用。 企业内部电台节目录音，节目制作，欣赏音乐等。

6 总结

(1)实际使用环境中家电产品辐射的噪音明显不同于理想的测试环境如消声室和混响室中辐射的噪声。因此，有必要对实际环境中辐射的噪音进行体验和研究。

(2)在家电噪声客观指标研究还没有实质性进展的背景下，进行实际人耳主观评价具有重要意义。

(3)主观评价需要在专门的听音室内进行。本文提及的案例可以用于家电噪声的主观听觉评价。

[1] GB/T 50356 剧场和影剧院的设计规范

[2] 杜功焕等.“声学基础”.南京大学出版社