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顏色對(duì)車內(nèi)噪聲品質(zhì)影響的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2020-04-30 22:42:18·  來源：吉林大學(xué)學(xué)報(bào)  
　
蘇麗俐１，王登峰１，陳書明１，姜吉光１，王倩２（１．吉林大學(xué) 汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 １３００２２；２．吉林大學(xué) 汽車工程學(xué)院）摘 要：以藍(lán)、
蘇麗俐１，王登峰１，陳書明１，姜吉光１，王倩２
（１．吉林大學(xué) 汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 １３００２２；２．吉林大學(xué) 汽車工程學(xué)院）
 
摘 要：以藍(lán)、粉、灰、橙、紅５種顏色的汽車內(nèi)飾圖片作為視覺刺激，以５種汽車典型運(yùn)行工況下采集到的車內(nèi)噪聲樣本作為評(píng)價(jià)對(duì)象，構(gòu)成２５ 組視聽組合。首先，利用語義細(xì)分法對(duì)待測(cè)聲音樣本的１０種聽覺屬性進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。然后以“豪華感”和“運(yùn)動(dòng)感”作為聲品質(zhì)整體主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用基于熵權(quán)的逼近理想解排序（Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｒｄｅｒｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｔｏｉ－ ｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＴＯＰＳＩＳ）方法對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在藍(lán)色圖片刺激下聲音樣本“豪華感”最強(qiáng)，橙色最弱；在紅色圖片刺激下“運(yùn)動(dòng)感”最強(qiáng)，粉色最弱。因此，可以 通過視聽交互作用來實(shí)現(xiàn)車內(nèi)噪聲品質(zhì)的改善。
 
關(guān)鍵詞：車輛工程；聲品質(zhì)；主觀評(píng)價(jià)；逼近理想解排序法；熵權(quán)；顏色
*如需PDF版稿件，請(qǐng)?jiān)诤笈_(tái)回復(fù)“稿件資料”獲取
 
感知聲音的品質(zhì)不僅與純物理信號(hào)有關(guān)，還與其他感官、甚至非感官的因素有關(guān)，因而僅考慮聲音信號(hào)而忽略視覺刺激對(duì)主體感知的影響就對(duì)聲音品質(zhì)做出的評(píng)價(jià)是不全面的。
國外大量試驗(yàn)證明視覺與聽覺之間存在相互作用［１－３］，而且研究證實(shí)顏色引起的視覺刺激能夠影響對(duì)感知響度的判斷。Ｆａｓｔｌ通過多年對(duì)顏色與聲品質(zhì)關(guān)系的研究［４－５］發(fā)現(xiàn)，在評(píng)價(jià)主體分別注視紅色和綠色兩張圖片的同時(shí)對(duì)同一種低頻噪聲的響度進(jìn)行判斷，評(píng)價(jià)主體在紅色圖片刺激下做出的感知響度判斷高于實(shí)際響度，而在綠色圖片刺激下的判斷則低于實(shí)際響度，無論圖片內(nèi)容是高速列車或是跑車，還是評(píng)價(jià)團(tuán)由德籍評(píng)價(jià)主體或是日籍評(píng)價(jià)主體構(gòu)成，均得出類似結(jié)論。然而Ｄａｎｉｅｌ［６］ 的 結(jié) 論 卻 與 以 上 觀 點(diǎn) 不 同，他 利 用 Ｂéｋéｓｙ追蹤法進(jìn)行的試驗(yàn)表明顏色并沒有對(duì)測(cè) 試聲音的感知響度產(chǎn)生影響。
本文基于以上結(jié)論，深入研究了顏色對(duì)聲品質(zhì)的影響。以顯示器全屏顯示的紅、橙、灰、粉、藍(lán) ５種顏色汽車內(nèi)飾圖片作為視覺刺激，以５ 種汽車典型運(yùn)行工況下采集到的車內(nèi)噪聲樣本作為評(píng)價(jià)對(duì)象，首先利用７級(jí)尺度的語義細(xì)分法對(duì)這２５組視聽組合的１０種感知屬性進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，再以 “豪華感”和“運(yùn)動(dòng)感”作為聲品質(zhì)的整體評(píng)價(jià)指 標(biāo)，利 用 基 于 熵 權(quán) 的 逼 近 理 想 解 排 序 方 法 （Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｒｄｅｒｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｔｏ ｉｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＴＯＰＳＩＳ）對(duì)５ 種顏色影響下聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并擇優(yōu)排序。
01
試驗(yàn)
1.1 噪聲樣本采集
為了獲取準(zhǔn)確的車內(nèi)噪聲樣本，選用丹麥Ｂ＆Ｋ 公 司 生 產(chǎn) 的 ４１００Ｄ 型 仿 真 人 工 頭 和 Ｂ＆Ｋ３５６０Ｂ 多通道測(cè)試系統(tǒng)來進(jìn)行聲音樣本的采集。為保證重放的噪聲信號(hào)能夠真實(shí)反應(yīng)人耳的主觀感受，回 放設(shè)備選用的是 Ｂ＆Ｋ 公司的ＺＥ０７６９型４通道聲功率放大器和德國森海塞爾 ＨＤ６５０高性能保真耳機(jī)。
噪聲樣本采集試驗(yàn)記錄了某轎車在平整柏油馬路上、以５種穩(wěn)態(tài)工況行駛時(shí)右后方乘客耳旁位置處的若干組噪聲信號(hào)，在常用檔位和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行篩選、分段截取，得到５個(gè)長度為５ｓ的有效噪聲樣本作為評(píng)價(jià)對(duì)象。５ 種行駛工況分別為怠速以及行駛速度為 ６０、８０、１００、１２０ｋｍ／ｈ。
1.2  顏色的心理學(xué)意義及選取
結(jié)合常見的汽車內(nèi)飾顏色，本試驗(yàn)選取了藍(lán)、粉、灰、紅、橙５ 種有代表性的顏色。藍(lán)色可以鎮(zhèn)定神經(jīng)；粉色有放松情緒和肌肉的作用；灰色與任 何刺激因素或心理傾向都關(guān)系不大；紅色可以加快血液循環(huán)并能治療抑郁癥，但接觸過多會(huì)使人焦慮；橙色使人產(chǎn)生活力。色彩療法已經(jīng)獲得越來越多的認(rèn)可，Ｈａｒｒｙ Ｗｏｈｌｆａｒｔｈ（１９８２）在其研究報(bào)告中指出，顏色和光線可以影響人們的行為。
目前越來越多的醫(yī)院、學(xué)校，神經(jīng)病療所、甚至監(jiān) 獄都運(yùn)用色彩療法原理來提高其內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量。本試驗(yàn)以距離評(píng)價(jià)主體７０ｃｍ 處的２４ 寸液晶顯示器全屏顯示的藍(lán)、粉、灰、紅、橙５種顏色汽車內(nèi) 飾圖片作為視覺刺激。
1.3  評(píng)價(jià)主體
本次試驗(yàn)評(píng)價(jià)團(tuán)由在校教師、研究生及汽車從業(yè)人員共２４人組成，男女比例２∶１，平均年齡 ２８歲，其中１７人具有１年以上實(shí)際駕車經(jīng)驗(yàn)，另外７人有經(jīng)常乘坐公交車及出租車經(jīng)驗(yàn)。
1.4  評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)
采用語義細(xì)分法對(duì)１０ 組語義相反的形容詞進(jìn)行７等級(jí)劃分。在對(duì)以往美國、德國、日本評(píng)價(jià)者的大量車內(nèi)噪聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，３個(gè)不同民族和地域的評(píng)價(jià)者感受可歸納為“運(yùn)動(dòng)感”和“豪華感”兩種基本聲音屬性。“豪華感”模型（見圖１）中評(píng)價(jià)主體更傾向于“柔和的”“寧靜的”“虛弱的”“令人平靜的”，而“運(yùn)動(dòng)感”模型中則更傾向于“鏗鏘的”“喧囂的”“強(qiáng)有力的”以及“動(dòng)感的”。因此在“運(yùn)動(dòng)感”模型中以上４ 項(xiàng)的評(píng)價(jià)值得分為豪華感評(píng)分的相反數(shù)。其余計(jì)算過程與豪華感相同。
 
1.5  試驗(yàn)過程
進(jìn)行試驗(yàn)之前，選取試驗(yàn)當(dāng)中的部分視聽組合作為培訓(xùn)內(nèi)容，以使評(píng)價(jià)主體熟悉評(píng)價(jià)過程、統(tǒng)一并加強(qiáng)對(duì)語義細(xì)分法中形容詞的理解。評(píng)價(jià)主體在注視顯示器上圖片的同時(shí)對(duì)聲音樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)主體根據(jù)自身感受以及對(duì)１０組評(píng)價(jià)形容詞的理解，在每對(duì)形容詞的７ 個(gè)等級(jí)中選擇最合適的分?jǐn)?shù)。評(píng)價(jià)主體可根據(jù)自身情況多次播放聲 音樣本。為了避免前一種顏色對(duì)后一種顏色產(chǎn)生掩蔽效應(yīng)，在兩次測(cè)試中插入一張中性顏色（米黃色）的間隔頁。
02
基于熵權(quán)的 ＴＯＰＳＩＳ方法
熵權(quán)法是一種根據(jù)各項(xiàng)目標(biāo)觀測(cè)值所提供的信息量大小來確定目標(biāo)權(quán)重的方法。它以決策者預(yù)先確定的偏好權(quán)系數(shù)為基礎(chǔ)，將決策者的主觀判斷與評(píng)價(jià)對(duì)象的固有信息結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了主客觀的統(tǒng)一，有效克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)、灰色綜合評(píng)價(jià)、模糊綜合評(píng)價(jià)等定量評(píng)價(jià)方法中不可避免的確定權(quán)重時(shí)主觀性強(qiáng)的缺點(diǎn)。
ＴＯＰＳＩＳ是一種借助于多目標(biāo)決策分析問題的理想解和負(fù)理想解進(jìn)行擇優(yōu)排序的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，該方法以靠近理想解和遠(yuǎn)離負(fù)理想解作為評(píng)價(jià)各方案的判據(jù)，可以對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序。
2.1  數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化
設(shè)有ｍ 個(gè)評(píng)價(jià)樣本，ｎ個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（以下簡稱（ｍ，ｎ）評(píng)價(jià)問題），各評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)值組成矩陣Ｘ，xij 表示第ｉ個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第ｊ個(gè)指標(biāo)的值。 第ｉ個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象關(guān)于第ｊ 個(gè)指標(biāo)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的特征值 y ij  表示為
 
2.2  評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)的確定
（ｍ，ｎ）評(píng)價(jià)問題中第ｊ個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵定義為
 
根據(jù)式（２）（３）確定各指標(biāo)熵權(quán)。當(dāng)ｉ固定而 ｊ 取不同值時(shí)，yij 的值相差越大，表明該指標(biāo)傳遞的信息越多，其權(quán)值也越大。
2.3  加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的構(gòu)造
由于各指標(biāo)的重要程度不同，因此應(yīng)考慮各指標(biāo)的熵權(quán)，將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)加權(quán)構(gòu)成加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。
 
2.4  理想解和負(fù)理想解的確定
按照式（５）（６）確定理想解及負(fù)理想解：
 
2.5  歐式距離的計(jì)算
評(píng)價(jià)對(duì)象到理想解與負(fù)理想解的距離分別為
 
2.6  相對(duì)接近度的確定
按照式（９）確定相對(duì)接近度：
 
按照相對(duì)接近度大小對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序，相對(duì)接近度大的為優(yōu)。
03
顏色對(duì)聲品質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)
3.1  評(píng)價(jià)指標(biāo)集的建立
表１為基于豪華感評(píng)價(jià)模型，利用語義細(xì)分法對(duì)２５組視聽組合進(jìn)行聲品質(zhì)評(píng)價(jià)試驗(yàn)得到評(píng)價(jià)值均值。“運(yùn)動(dòng)感”聲品質(zhì)模型中更傾向于“鏗鏘的”“喧囂的”“強(qiáng)有力的”以及“動(dòng)感的”，因此在運(yùn)動(dòng)感模型中以上４項(xiàng)的評(píng)價(jià)值得分為豪華感評(píng)分的相反數(shù)，其余計(jì)算過程與豪華感模型相同。
 
3.2   原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化
將表１中數(shù)據(jù)代入式（１），得到標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值。
 
 
式中：Ｙ１ ～Ｙ５ 分別為汽車在怠速６０、８０、１００、１２０ ｋｍ／ｈ五種穩(wěn)態(tài)工況下所采集聲音樣本聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。
3.3  各指標(biāo)熵權(quán)的計(jì)算和加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的構(gòu)造
根據(jù)式（２）（３）計(jì)算出各指標(biāo)熵權(quán)。
（1）豪華感模型熵權(quán)
 
（2）運(yùn)動(dòng)感模型熵權(quán)
 
根據(jù)式（４）計(jì)算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。
3.4  理想解和負(fù)理想解的確定
根據(jù)式（５）（６）計(jì)算得到豪華感聲品質(zhì)評(píng)價(jià)理想解和負(fù)理想解如下：
 
運(yùn)動(dòng)感聲品質(zhì)評(píng)價(jià)理想解和負(fù)理想解分別為
 
3.5  距離計(jì)算和相對(duì)接近度的確定
利用式（７）（８）分別計(jì)算正理想解和負(fù)理想解的距離，并根據(jù)式（９）計(jì)算相對(duì)接近度，得出“豪華感”及“運(yùn)動(dòng)感”優(yōu)劣排序，如表２所示。
3.6  綜合評(píng)價(jià)結(jié)果
對(duì)表２的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理生成統(tǒng)計(jì)圖形，５ 種行駛工況下采集聲音樣本的“豪華感”及“運(yùn)動(dòng)感” 聲品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖２所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：在藍(lán)色圖片刺激下聲音樣本的豪華感最強(qiáng)，其次為粉色，橙色最弱；在紅色及橙色圖片刺激下聲音樣本的運(yùn)動(dòng)感稍強(qiáng)于其他３種顏色刺激。由語義細(xì)
 
 
分法評(píng)價(jià)結(jié)果可知在紅色刺激下聲音聽起來最為強(qiáng)勁，但是煩躁度最高，在藍(lán)色刺激下聲音聽起來最為柔和，愉悅度和放松度最高。
04
結(jié)束語
將基于熵權(quán)的 ＴＯＰＳＩＳ方法應(yīng)用于聲品質(zhì)評(píng)價(jià)中，利用熵理論確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)，既可以避 免確定權(quán)重時(shí)的主觀性，又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一聲音 樣本不同顏色影響下的綜合評(píng)價(jià)值擇優(yōu)排序。綜 合評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果顯示：顏色會(huì)對(duì)車內(nèi)噪聲品質(zhì)評(píng) 價(jià)產(chǎn)生影響。在藍(lán)色圖片刺激下車內(nèi)噪聲的“豪 華感”最強(qiáng)，聲音聽起來最為柔和，粉色次之，橙色 最弱；而紅色圖片刺激下“運(yùn)動(dòng)感”最強(qiáng)，聲音聽起 來最為強(qiáng)勁，但是也最容易引起煩躁不安的情緒， 橙色次之，粉色最弱。試驗(yàn)結(jié)果與顏色心理學(xué)及Ｆａｓｔｌ等［５］的研究結(jié)論基本吻合。
參考文獻(xiàn)
 
 
 
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