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?聲品質(zhì)開發(fā)流程中的聲設計工作

2021-10-25 16:01:22·  來源：模態(tài)空間  作者：蔣忠翰  
　
關于聲設計，實際上是一個非常寬泛的概念。其是通過特定的工具，基于設計人員的主觀意愿進行聲音構建和渲染，進而獲取聽覺元素，并實施于工程實踐中。那么，對于
關于聲設計，實際上是一個非常寬泛的概念。其是通過特定的工具，基于設計人員的主觀意愿進行聲音構建和渲染，進而獲取聽覺元素，并實施于工程實踐中。那么，對于聲品質(zhì)開發(fā)中的聲設計工作，我們先引出幾個問題，即，為什么要做聲設計，做聲設計的目的是什么以及如何進行聲品質(zhì)開發(fā)的聲設計工作。本文基于這些問題并結(jié)合關門聲品質(zhì)的案例進行探討性的回答。
01、為什么要做聲設計？
在實際開發(fā)工作中，由于各種客觀條件的局限，或成本資源的控制。實測的聲音樣本，或許不一定能夠把所有的聲學特性表現(xiàn)出來。因此，為了豐富聲音樣本，讓聲品質(zhì)評價人員對聲音能夠有充分的評價，聲音設計的工作在聲品質(zhì)的開發(fā)流程中非常重要，甚至在某些情況下必不可少。

02、做聲設計的目的是什么？
聲品質(zhì)的聲設計工作，最終歸宿就是為聲品質(zhì)開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。本文僅限于在聲品質(zhì)開發(fā)工作中的聲設計內(nèi)容。基于我過往的工作總結(jié)，個人認為聲品質(zhì)聲設計的工作，主要目的包括如下兩個方面：通過主動設計聲音樣本進行交互式評價，調(diào)查聲音特性對主觀評價的影響；為正確的聲品質(zhì)的主客觀回歸模型搭建提供有效數(shù)據(jù)方向。鑒于此，后文針對上述兩個目的展開介紹如何進行相關聲設計的開發(fā)工作。

03、如何進行聲品質(zhì)開發(fā)的聲設計工作？
通過特定工具，如Matalb或者Simcenter Testlab中的時域信號編輯器，對聲音樣本進行編輯，編輯內(nèi)容包括但不限于，濾波，增溢，衰減，數(shù)據(jù)替換，拉伸壓縮等聲學處理。工程師基于前期的數(shù)據(jù)分析，對某一聲品質(zhì)問題的聲音樣本進行編輯，調(diào)查聲音特征對主觀評價的影響，進而為進一步產(chǎn)品聲品質(zhì)提升提供數(shù)據(jù)基礎?？蓪⒃摴ぷ鲀?nèi)容分類如下：

圖1. Simcenter Testlab時域信號編輯器
3.1 分解聲音特征對主觀感受影響的關鍵信息
人對聲音的主觀感受是多元的，即，聲音的好壞評價來自多個維度。聲設計的工作可將各個維度的聲音特征進行詳細分解，并調(diào)查影響主觀感受的主要聲學特征。
以關門聲品質(zhì)為例，如下圖2展示，影響關門聲的主觀感受包括關門的聲音是否響亮，金屬感是否強烈，顫振音等多個維度。通過文字描述，可初步映射響亮程度與聲音的幅值相關，金屬感與高頻成分相關，顫振音與關門后聲音衰減持續(xù)時間相關。
為驗證上述假設，便是聲設計工作的價值所在。通過聲學編輯器，對聲音樣本的特征信息進行加強或衰減等渲染工作，調(diào)查改變聲音特征后，相應的主觀感受是否有加強或減弱。如，人為設計延長或減少關門聲的衰減時間的聲音樣本，調(diào)查該聲音特征是否與“顫振”的主觀感受存在因果關系。依此類推，對不同的聲學特征進行聲學設計，從而實現(xiàn)，主觀感受與聲學特征之間的分解。進一步，再結(jié)合評價人員的喜好度評價結(jié)果，便可知特定的聲品質(zhì)問題，其良好的聲音在聲音特征上應該會有何種體現(xiàn)。


圖2. 關門聲的主觀評價蜘蛛圖
3.2主客觀回歸方程搭建
查閱過許多論文在主客觀回歸方程搭建的相關介紹，較多研究人員是先將聲音樣本的所有客觀參數(shù)或心理聲學指標全部計算出來并做統(tǒng)計，然后統(tǒng)一將計算出來的客觀結(jié)果與主觀打分進行線性回歸，如下表1。然后，通過回歸模型確定影響因子比較大的客觀參數(shù)，再進一步調(diào)查引起該客觀指標的聲學特征是什么并加以控制。雖然這樣做是可行的，但在對工程的指導意義上來說，需要在后期做很多的統(tǒng)計學的分析，相對比較被動。其次，還可能存在另外一個隱患，對于某些聲品質(zhì)問題來說，現(xiàn)有的心理聲學指標并不一定適用，從而無法得到擬合度較好回歸方程。
表1. 關門聲品質(zhì)的客觀參數(shù)計算


換一種方式，結(jié)合上文3.1節(jié)所介紹的工作內(nèi)容，研究人員可主動通過聲學設計，調(diào)查影響主觀感受的聲學特征，并基于聲學特征確定建立主客觀回歸方程所需的客觀參數(shù)。
以關門聲為例，通過前期的評價統(tǒng)計調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一個好的關門聲音的特征總體應該為“厚重且干凈”?；诼曉O計的正反向反饋調(diào)查，“厚重”與聲音低頻比重相關，“干凈”與關門聲持續(xù)時間相關，因此，在進行回歸方程搭建時，可將尖銳度以及關門聲持續(xù)時間（并非是現(xiàn)成的心理聲學參數(shù)）作為主要的客觀指標進行擬合。適當?shù)臅r候，添加或減少其他聲學特征對應的客觀指數(shù)以提高回歸方程的擬合精度。這樣可非常主動的查找更好的客觀指標，即提高了工作效率，且對聲音的改進方向提供一定的指導意義。
另外，當聲音樣本數(shù)目較小時，如果主觀評價的喜好度結(jié)果拉不開差距，則不利于精確的回歸方程搭建。人為地設計出不同喜好度的聲音樣本代入回歸方程，在樣本數(shù)有限的條件下，可提高擬合精度。如下圖3，如果聲音樣本的主觀評價結(jié)果密集集中于某一個區(qū)域，則擬合得到的直線可能存在較大的誤差范圍，為提高精度，增加實際聲音樣本數(shù)目，這必然會增加測試成本，且還不一定能保證新增的聲音樣本與原來的存在差距。根據(jù)預分析結(jié)果和經(jīng)驗，基于已有的聲音特征，主動進行聲音設計，拉開樣本之間的差距，獲取更好的趨勢，一方面提高回歸方程的精度的同時，另一方面，也可對工程師的前期的數(shù)據(jù)分析假設進一步驗證。


圖3. 線性回歸一般圖表
3.3 等響處理
通過統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，響度級對于聲音的主觀評價結(jié)果影響最大。其中最典型的，就是基于Aures的尖銳度，其標準提出的原因就是基于統(tǒng)計，響度的大小會引起尖銳度感受的改變，一般情況下響度越大，尖銳度感受也越嚴重。假如，剛好某一產(chǎn)品聲品質(zhì)問題主要反映在尖銳度上，那么就需要合理的選擇尖銳度的計算標準來映射主觀感受。
因此，對于某一類型的聲音在不同響度量級的情況下，其主觀評價結(jié)果會有所區(qū)別，當然不僅僅只是尖銳度。綜上，在面對聲品質(zhì)評價時，我們需要基于實際情況謹慎對待不同響度的聲音樣本。當研究人員需要研究因非響度的指標引起的問題時，一般建議將各聲音樣本的進行重新調(diào)整設計（增溢或衰減量級），使得各聲音樣本的響度相同，即，等響處理。
仍然以關門聲品質(zhì)為例，在進行關門聲測試時，其中一個難點便是很難保證關門力的大小一致，不同的關門力會導致關門撞擊的瞬時能量有所差異，進而主要影響的便是關門聲的響度。由前文3.2所述，經(jīng)過統(tǒng)計分析研究發(fā)現(xiàn)，一個好的關門聲的聲音主要體現(xiàn)為“厚重且干凈”，其反應的主要客觀量化指標與尖銳度，和關門聲持續(xù)時間相關，而非響度。綜上，為了更好的進行關門聲品質(zhì)客觀指標解析時，有必要對關門聲的聲音樣本做等響處理的聲學設計預處理工作。
3.4 正向聲設計開發(fā)
當完成以上工作后，無論從主觀感受還是從客觀分析，對特定類型的聲品質(zhì)問題都會有一定程度的了解。即，對于好的喜好程度而言，在主觀描述上應該是什么樣的，在客觀指標上應該有什么體現(xiàn)，均會有一定的把控。
上文只是從關門聲品質(zhì)的單一案例來進行介紹，但實際工程中，聲品質(zhì)的問題種類繁多。因此，聲學設計的工作就像設計一個調(diào)查問卷，它需要工程師認真對待，如果該工作處理得當，那么其將有力地輔助我們對各類聲品質(zhì)問題進行詳細分解調(diào)查。最終實現(xiàn)的目標是，找到符合特定人群喜好的聲音，并用客觀指標量化；進而，為聲品質(zhì)的工程開發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎，真正實現(xiàn)聲品質(zhì)的正向開發(fā)。
特別的是，當前新能源車的很多聲學表現(xiàn)與傳統(tǒng)車的既有經(jīng)驗有很大的區(qū)別，如何讓新能源車的聲品質(zhì)既有舒適性，又有獨特性，放眼望去大家腦海都是一片空白，這就需要工程師充分發(fā)揮想象力好好的進行聲學設計了。
作者簡介
蔣忠翰，重慶大學碩士，現(xiàn)任西門子Simcenter Testlab應用支持高級工程師，曾在某主機廠從事汽車NVH及聲品質(zhì)開發(fā)多年，具有豐富的相關工程經(jīng)驗。
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