大飞机的静谧之旅

崔玺康 杨洋 林大楷

随着人们生活水平的提高，乘机体验受到越来越多的关注。新一代商用飞机为提升产品竞争力都制订了舱内噪声的设计指标，以营造更加舒适的客舱环境。

中国商飞北京民用飞机技术研究中心近期完成的一项关于国内航空公司飞机客舱噪声环境的调查表明，有42.39%的受訪者认为客舱内的噪声是最影响乘坐舒适性的因素。同时，调查结果还显示，虽然国内民众对于目前客舱内的噪声水平能够接受，但还有提高的空间。

真实的听觉感受

在生活中，我们会发现这样的情况：当尖锐物划过玻璃时，虽然声音不大，但感觉非常刺耳;劲爆的摇滚乐，虽然声音震耳欲聋，却不至于让人有不适的感觉。这也证明了人的听觉感受并不完全取决于声音的大小。因此，为了更真实地反映听觉感受，研究人员引入了一个新的声学概念——声品质。

被广泛认同的完整的声品质定义首先由德国人Blauert提出，他认为，声品质是在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性。这里声品质中的“声”并不是指“声波”这个物理现象，而是指人耳的听觉感知，“品质”是指由人耳对声音的听觉感知过程，并最终作出的主观判断。

从声品质的定义可以看出，声品质实际上是人对声音的主观感受，属于心理声学的范畴。根据人耳对声音频率的敏感程度，声品质主要与响度、尖锐度、波动度和粗糙度有关。其中，响度是用于描述声音响亮程度的参数，是人耳对音量大小的主观感受，是对声品质影响最大的参数。尖锐度反映声音中高频部分的占比，声音的频率越高，听起来就越刺耳，尖锐度也越高。

在实际生活中，声音并不是一成不变的，总有高低起伏。这其中，低频部分的变化被称为波动度（也叫抖动度），高频部分的变化则称为粗糙度。

通常，我们对声音信号进行声品质分析之后，能够得到偏好度与响度、粗糙度等参数之间的拟合关系，这样就能评估这些参数对偏好度的影响，进而为优化设计提供理论依据。

智能的人性化设计

噪声一直是飞机设计的重要指标，早期的飞机设计师更多关注的是飞机噪声对环境的影响。但如今，飞机制造商越来越关注如何降低客舱内的噪声。根据国内民用航空业的发展现状和世界同等机型的舱内噪声水平，国内商用飞机设计目标一般为客舱噪声平均值不高于80dB（A），客舱后部噪声最大不超过85dB（A）。但现有执行标准和设计优化都是以声压级为主要目标，没有充分考虑人耳对声音的主观感受。

因此，对于乘客来说，有时候声压级数并不一定与舒适度成正比。以A380为例，为了降低客舱内噪声，空客采用了众多新材料和新技术，大大提高了飞机客舱的舒适度，特别是在商务舱，声压级甚至低于60dB（A）。但有机长抱怨A380实在太安静了，身处机组休息区，可以听到客舱婴儿的啼哭声、大人的鼾声甚至马桶的冲水声。还有不少坐在窗边的乘客抱怨，他们甚至能听到另一侧乘客的说话声，这让乘客的隐私性大大降低了。

从这个例子可以看出，仅用声压级作为飞机噪声设计的参考指标是远远不够的，还需要充分考虑声音频率、变化率等对人耳的影响，因此，我们必须将声品质分析结果作为设计的重要参考指标。

目前，声品质技术已经广泛应用于汽车、高铁、电器、工程机械、视听产品的研发和测试，其中，汽车行业对于声品质技术的研发和应用是最为深入的，在汽车的多个部件中都已有所应用。比如Scheuren等从心理学的角度出发，采用主动控制的方法对车门密封件等的声品质改善进行了尝试。国内也有汽车设计人员通过声品质分析，有针对性地调校了汽车关门声，使得关门声更加符合消费者对高档车的感觉。

研究结果表明，响度和尖锐度是影响人耳对声音感觉的关键因素，因此，在飞机设计时，不仅需要考虑声压级表现，更需要将响度和尖锐度纳入考虑范围之内。随着技术的进步，主动噪声控制在飞机设计中取得了长足进步，如果将声品质分析与主动噪声控制相结合，根据不同的应用场景设置不同的控制策略，将能提供更加智能的客舱环境。比如，办公不希望被打扰时，启用“办公”模式，对全频段噪声进行控制以达到静音的效果;谈话时，启用“私密”模式，增加中频段噪声大小。

贴近客户的主观评价

产品设计的最终目的是为了更好地服务于客户，目前飞机客舱的声环境设计缺乏全面对接客户需求的工具和方法，许多来自客户的真实需求还未得到飞机设计师们的重视，如何让客户更好地参与飞机客舱的噪声设计呢？这里就涉及声品质分析的一个重要方法——主观评价。

声品质主观评价也叫听音评价或音质评价，即通过听音，按照实验设计好的流程对声信号的某些属性进行判断和评价，分出优劣，再进行统计分析。通过声品质主观评价，我们能够非常直观地了解客户对客舱声环境的满意度，据此分析哪些是影响客户对于客舱声品质体验的关键因素，为设计人员提供相应的参考。

现在常用的主观评价法有以下四种：

第一种是排序法，即把愉悦度、烦恼度、幅度、响度等声品质属性进行排序。实验中，测听者可选择听音数次。该方法的主要缺点是无法得到对比的比例信息，从而达到量化声品质差异的效果。

第二种是打分法，即受测者对所评价声音的不同属性打分，一般范围为1～10分。这种方法可以提供对比的比例信息，但需要对受测者进行训练，否则评判较为困难。原因是受测者难以建立起声音信号与数字之间的联系，比如受测者能够较为清楚地了解声音是有力还是柔和，却不知道应该打多少分，缺乏简单可靠的参考标准。

第三种是成对比较法，又称A/B比较法，评价时将声音成对播放，听者据此得出“好、一样、差”的结论。通过此方法，人耳能够分辨出两种声音的微小区别，可以完成多项评价任务，如声音信号的检测、属性方面的判断和相似度判断等，该方法适用于无经验的测试人群。成对比较法的缺点是，组数可能很大，通常与声信号的数目的平方成比例。

第四种是语义分析法，即用许多成对的形容词和反义词对声音的品质进行描述，可以是属性方面，如安静/吵闹/粗糙等，也可以是主观印象方面的，如便宜/适中/昂贵等。虽然语义分析法对受测者要求不高，但是需要事先对声音确定评价的形容词语，同时受测者也可能会对形容词描述的感觉程度的理解存在较大偏差。

目前，汽车制造业已经广泛利用“人工头”采集声环境数据，并通过声品质主观评价系统对噪声进行评价，从而有针对性地对产品进行改进优化。虽然这些声品质技术取得了令人瞩目的成就，但是“人工头”移动不便，主观评价系统需要专门的听音实验室，占用场地大，严重限制了受测人群规模，进而影响到主观评价结果的精确性。同样，这些缺点也限制了声品质技术在飞机设计领域的广泛应用。

未来，随着技术的进步，声品质技术将更加注重便携性和专业性。基于便携性，开发出便携式数据噪声采集系统与客户主观评价系统，将为飞机设计工程师们采集到大量丰富的客舱声环境数据，并快速扩大受测人群规模，提高声品质主观评价结果的精确性。基于专业性，结合多阵列声源定位等技术，将主观评价系统与模拟客舱或虚拟客舱相结合，打造出能够让乘客“身临其境”的客舱声环境，为国产飞机的设计和销售探索新的道路。

可以预见，客舱声品质主观评价工具在飞机设计与营销领域的应用，将有助于未来客舱声品质设计更全面深入地理解客户需求，切实提高飞机客舱内声环境的满意度，并实现客舱声品质的个性化需求。