汽车喇叭声品质主观评价与分析*

徐中明，张 芳，周小林，李传兵，雷应锋

(1.重庆大学，机械传动国家重点实验室，重庆 400030; 2.汽车噪声振动和安全国家重点实验室，重庆 400039)

前言

汽车喇叭声是用于车-人及车辆间沟通信息的语言，提示和警告作用是它的首要功能［1］。虽然喇叭在保证安全行驶和避免交通事故方面发挥着积极的作用，但同时也严重影响了人们的日常生活。为降低喇叭声带来的不良影响，国内外在健全法规和标准方面做了很多工作，通过法规约束、降低喇叭工作电流和调整喇叭结构等途径来降低其噪声［2］，但仍不能完全满足人们对其声音品质的要求。人们迫切希望在不失去喇叭最基本功能的前提下，能够听到令人舒心的悦耳警鸣声，同时制造商也希望拥有具备品牌效应的喇叭［3-4］。

声品质的研究是针对人们对产品声音特性做出偏好或烦躁评价的一种最直接的方法［5］。近年来声品质的研究已经涉及各个方面，尤其在汽车领域，从整车的舒适性研究到各零部件的声品质评价，声品质的研究不断发展成熟。作为声音最终的接受者和最直接的反映者，人对声音的主观评价结果不仅能为声品质的改进提供最直接的指导，也能验证客观评价结果的准确性［6］，所以一个完整的声品质研究初期必须进行主观评价研究。

参照国家标准，对13辆不同品牌和价位的乘用车喇叭进行声样本的采集和处理，针对样本特点和分析要求，确定喇叭声品质的评价词汇，在此基础上编写了界面友好和操作灵活的主观评价程序，并采用成对比较法完成主观偏好性试验。最后计算各样本的主要心理声学客观参量，并通过主观评价结果与客观参量之间的联系，建立主客观偏好性模型，找出影响人们主观评价的主要因素，为今后喇叭声品质的改进研究带来帮助。

1 汽车喇叭主观评价试验设计

1.1 主观评价试验样本的采集和预处理

样本采集试验按照GB 15742《机动车用喇叭的性能要求及实验方法》，分别对13辆样车在正前方7m处及其右侧30°两个位置进行测试，采用B＆K公司的双耳传声器(Binaural Microphone Type 4101)记录实际条件下的双耳噪声信号，采样频率为44100Hz。由一名经过训练的试验人员统一进行操作，对同一型号的车辆重复采样3次，样本采集时间为10s。汽车喇叭声音历时较短，本着记录完整单个事件的原则对样本进行截取和预处理，最终选取15个合理有效的样本进行主观评价试验。

1.2 主观评价试验设计

1.2.1 评价词汇的确定

不同文化背景的人，对同样的评价词汇可能有不同的理解。针对不同的研究内容和研究对象，人们所关注的重点也有所不同。在噪声评价用语方面，文献［7］和文献［8］中针对近邻噪声和车内噪声的评价术语做了社会调查和研究。鉴于喇叭声品质的研究比较少，有必要针对喇叭自身的声音特点和人们所关注的重点进行调查研究，建立适宜大众理解和关心的评价词汇。由喇叭声品质的基础研究结果得出，抖动度对其声品质影响较小，因此词汇调查着重考察响度、尖锐度、粗糙度和综合评价指标。词汇调查统计表如表1所示，共有近200名人员参加了词汇的调查，统计结果由使用较多和关注度较高的词汇作为喇叭声品质主观试验的评价词汇，在表中由黑体标出，也为以后的工作打下基础。

1.2.2 评价方法的选择

表1 喇叭声品质评价词汇调查统计表

声品质的主观评价试验方法有排序法、评分法、成对比较法、语义细分法、多维尺度法和个性测试法等［8］。评价方法根据评价任务和要求的不同来确定，针对不同的测试内容采用与之相适应的评价方法。根据此次试验目的，选择成对比较法对汽车喇叭的偏好性进行主观评价。成对比较法又称A/B比较法，它是将声音样本成对地对比播放，听者据此作出相关的比较评价［9］。由于全矩阵评价导致评价人员听音次数较多，因此主观评价时采用半角矩阵(对于15个声样本的半角矩阵，评价对数为(152-15)/2=105对)，即样本对I和J中仅评价IJ对，不评价J-I对。考虑到对数据可靠性和有效性检验的要求，评价样本对中增加了14对不同回放顺序J-I和15对相同样本I-I的评价对，作为对每个评价者评价结果可靠性的验证，因此共134对评价样本对。

1.2.3 评价者的确定及培训

结合国外经验［10］和本次试验具体任务，选取了22名评价者进行主观试验，其中男性17名，女性5名，且多数评价者为车辆专业的研究生。这22名评价者均参加了表1评价词汇的调查，对试验的所有声样本有一个总体的认知和感受，有助于主观评价试验的顺利进行。试验前，专门对评价者做了声品质基础知识和试验内容的集体培训，详解并发放评价任务说明书，要求受测者对其进行详细阅读，确保试验的正确性和可信度。

2 主观评价程序编写

由于成对比较法须评价的样本对数多，数据处理较麻烦，且部分评价者不能完全理解试验设计的过程，导致试验结果缺乏可靠性并影响数据处理的效率。因此，有必要建立简单方便并直观的评价软件以指引受测者。

在LABVIEW平台上开发了适用于成对比较法的主观评价程序，如图1所示。为便于操作并有助于后续数据的处理，程序编写遵循了事件驱动和功能模块化的基本原则，评价人员可自由决定相关播放参数，并注重播放和打分模块的逻辑性，使测试过程简单且便于评价人员做任何必要的修改。

3 试验结果分析

3.1 试验数据处理

主观评价试验是一个心理测验的过程，为得到准确可靠的统计结果，必须进行数据的一致性分析，剔除不可靠数据。常见的错误有相同声事件比较错误、不同回放顺序的比较错误和三角循环误判3种。

相同声事件I-I错误统计，由于不同喇叭声样本间有一定的差别，并且比较容易区分，所以相同声事件比较(I-I比较)错误次数为0，在分析时忽略此种类型错误。不同回放顺序的比较(IJ-JI)错误统计和三角循环误判(I-J-K)的概率通过MATLAB得到。得到3种声事件错误概率后，采用计权一致性系数ξ进行数据筛选，其计算公式［8］为

式中:Cw为计权误判率;Ci为第i种误判实际产生的误判率;Ei为第i种误判可能产生的次数。

最终的计权误判率和一致性系数计算过程如表2所示。评价结果中约有10%评价者的结果应予以剔除，计权一致性系数在0.7～0.8以上，结果的可靠性才比较高，分析的结果才能更准确反映真实情况［11］。考虑到各种因素的影响，最终剔除评价者3和15，评价数据的统计分析在一致性系数较高的数据中进行，满足要求的平均一致性系数高达0.908，评价结果可靠有效。

表2 计权一致性系数表

3.2 评价结果分析

以各评价人员选择某一声样本的次数作为该评价者对该事件的得分值［8］，样本I的最终分值为所有20名有效评价者的平均值。最后得到15个样本的最终偏好性得分值，如表3所示。为更直观地反映出各样本的具体分值，将其进行排序分析，如图2所示。由图可见，评价较好的样本分别是13、6和12，较差的样本为2和14。所有车型中，评价较好的样本并不都是较贵的车型，最差的样本也不是最便宜的车型。由此可见并非档次和价位高车型的喇叭就一定具有人们喜爱的声品质。

表3 样本偏好性得分值

4 主客观偏好性模型建立

主观评价的目的除比较噪声主观指标的优劣和为噪声的改善设计提供指导外，更重要的是寻求主观评价结果与客观计算参量之间的关系，建立其回归预测模型，为改进噪声的计算参量提供依据。并且通过预测模型对同类声事件的偏好性进行评估，可以节省大量的主观试验时间和成本。

4.1 主客观之间的相关关系

为了研究汽车喇叭声品质主观评价结果与客观参量之间的密切关系，在SPSS软件中对主观评价结果与客观参量计算结果(表4)间做了单相关和偏相关分析，如表5所示。

从单相关关系列表中可以看出，主观偏好性得分值与尖锐度的关系最为密切，其次是声压级，与粗糙度的相关关系不大。从偏相关关系中可得出各客观参量间相互影响，尤其是粗糙度受其它几个参量的影响，主要受响度和A计权声压级的影响，它们都由原来的正相关变为负相关。但它们之间的线性关系并不很理想，建立主客观关联的数学模型时，必须对数据做必要的处理。

表4 各样本主要客观参量

表5 偏好性得分值与各参量之间的相关关系

4.2 主客观的偏好性模型

偏好性模型建立在主观评价结果与各参量相关关系基础上，是对具有相关关系的两个或多个变量之间数量变化的一般关系进行测定，确定一个合适的数学模型，以便从一个已知量来推断另一个未知量［12］。对表4各样本的主要客观参量数据进行整理，分别取其对数，通过用新变量替换原模型中变量的对数，从而使原模型变换为线性相关度较高的模型，再做多元线性回归分析。采用逐步回归法逐个引入变量，具体方法和步骤如表6所示。每进入一个自变量都要进行F检验，反复进行，直到既没有不显著的变量进入回归方程，也没有显著自变量从回归方程中剔除为止。

表6 变量输入输出表

为便于对比，变量变换前后的回归方程及相关检验信息列于表7中。衡量方程拟合程度优劣的常用指标R值越接近1，说明回归方程的拟合度越高。变量变换后，R值明显提高，比原回归方程具有更好的拟合度，且F检验时P值均小于0.05。最终确定喇叭声品质偏好性数学模型为

式中:Ypref为汽车喇叭声品质的偏好性综合指标，其值越高，声品质越好;Xs为变量尖锐度;XdbA为变量声压级。

最后对偏好性模型进行检验，包括回归方程的显著性检验、回归系数的显著性检验和残差分析等，结果如表7和表8所示，F小于0.05，回归方程显著相关。回归系数检验中t值均大于t0.05，共线度检验中，一般认为，方差膨胀因子大于10时，就认为存在多重，由表7可知，回归方程不存在多重共线性，共线性诊断也满足要求，说明此模型在统计学上是有意义的。

表7 回归方程及检验

5 结论

(1)在对13辆乘用车喇叭声样本进行测试分析的基础上，通过成对比较法对喇叭声品质进行了主观评价分析。经调查研究得到，汽车喇叭声品质用“震耳的”、“刺耳的”、“沙哑的”和“偏好的”此类评价词汇。主观评价试验结果表明效果较好，与实际情况相符。

(2)在LABVIEW平台上开发了适用于成对比较法的主观评价程序，该程序操作灵活，简单易懂，便于处理。评价结果较高的一致性系数说明该程序适合主观评价者。

(3)通过主客观相关和回归分析，建立了喇叭声品质偏好性评价模型，该模型表明影响人们主观评价结果最主要的因素是尖锐度，其次是声压级。

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