為何要開發(fā)聲品質(zhì)函數(shù)？

作為人體真實(shí)聽覺感受的度量指標(biāo)，聲品質(zhì)將直接影響顧客對(duì)車輛的整體評(píng)價(jià)。要想開發(fā)出聲品質(zhì)較好的車輛，就要進(jìn)行開發(fā)聲品質(zhì)函數(shù)的開發(fā)。雖其流程稍復(fù)雜，但重要性不言而喻，故必將逐步成為NVH領(lǐng)域的一大熱門分支。

聲品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法有聽審測試（Jury Testing）和心理聲學(xué)參數(shù)(Psychoacoustics Parameters)計(jì)算兩種。聽審測試讓評(píng)估者直接聆聽并評(píng)估采集到的高保真雙耳聲學(xué)信號(hào)，是最可靠的聲品質(zhì)評(píng)估方式。但聽審測試對(duì)人員、時(shí)間等有一定的要求，費(fèi)事費(fèi)力，且可重復(fù)性差。心理聲學(xué)參數(shù)作為連接物理學(xué)和心理學(xué)的橋梁，用一系列參數(shù)對(duì)聲音進(jìn)行人體感觀的分析描述，如響度（Loudness）、尖銳度（Sharpness）、粗糙度（Roughness），以及海德聲科的專利算法聽覺相關(guān)性分析（Relative approach）等，但給出的曲線或數(shù)值，并不能直接反應(yīng)人體對(duì)聲音的評(píng)價(jià)，如極好、好、滿意、差、很差等。

為此，將聽審測試結(jié)果與心理聲學(xué)參數(shù)建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，用心理聲學(xué)參數(shù)替代聽審測試就顯得很有必要。此過程即為Sound quality metrics的開發(fā)。
總體開發(fā)流程介紹

開發(fā)聲品質(zhì)函數(shù)的開發(fā)流程如下圖。



聲音采集：對(duì)關(guān)注的聲音進(jìn)行采集，因要考慮肩部、頭部和耳廓等對(duì)聲音的濾波作用，一般使用人工頭對(duì)聲音進(jìn)行采集。
聽審測試：組織人員通過主觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)，如SQuare，對(duì)人工頭采集的聲音進(jìn)行回放并評(píng)分。
心理聲學(xué)參數(shù)計(jì)算：選擇合適的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如Loudness、Sharpness或Relative approach，并根據(jù)聲音特征（Sound patterns）形成單值(Single value)來反應(yīng)該聲音特征，如Loudness ratios。
建模分析：選用合適算法，如多元回歸分析，將心理聲學(xué)參數(shù)的單值結(jié)果和主觀評(píng)價(jià)的評(píng)分結(jié)果，建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系。
魯棒分析：用更多車輛聲品質(zhì)的數(shù)據(jù)對(duì)建好的模型進(jìn)行魯棒分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。
經(jīng)過驗(yàn)證的開發(fā)聲品質(zhì)函數(shù)即可用作后期的聲品質(zhì)評(píng)估，如評(píng)估對(duì)標(biāo)車型、了解自己車型各方面聲品質(zhì)的強(qiáng)弱等。

聲品質(zhì)函數(shù)開發(fā)詳細(xì)流程

定義研究的問題

聲品質(zhì)函數(shù)的開發(fā)是針對(duì)某個(gè)聲學(xué)問題（Issue）進(jìn)行的，可以是抽象的特征，如車輛的運(yùn)動(dòng)性（Sportiness）、舒適性（Comfort）等，也可是具體的特征，如柴油機(jī)的knocking、齒輪的rattle、開/關(guān)門聲等。

聲音測試

根據(jù)具體的issue,進(jìn)行聲音信號(hào)的采集。

若研究關(guān)門聲的聲品質(zhì)，則需對(duì)多款車輛（含對(duì)標(biāo)車、競爭車型）進(jìn)行測試，如下圖所示，用人工頭將開門和關(guān)門的雙耳聲音信息精準(zhǔn)的采集下來。



若研究的issue可能出現(xiàn)在多種工況時(shí)，如柴油機(jī)的燃燒噪聲、齒輪的rattle等在怠速、加速、滑行等工況時(shí)都會(huì)發(fā)生，則需先探索哪些工況會(huì)出現(xiàn)該issue，即形成駕駛工況云圖（Driving condition map）。

駕駛工況云圖需要選擇目標(biāo)客戶，進(jìn)行大量的路試。駕駛者按自己習(xí)慣駕駛，過程中給出自己的評(píng)語，同時(shí)采集車輛的行駛狀況。形成的駕駛工況云圖如下圖所示，橫坐標(biāo)為車速，縱坐標(biāo)為車輛加速度，顏色代表該工況使用的頻次，方格為駕駛者做出評(píng)價(jià)的工況，叉號(hào)為對(duì)評(píng)價(jià)的工況進(jìn)行歸納總結(jié)，找出典型的工況。



下圖為歸納出的典型工況的使用頻率，對(duì)于幾乎不用的工況，則無需進(jìn)行評(píng)估。


對(duì)最終篩選出的工況，選擇多款類似車型（含對(duì)標(biāo)車型、競爭車型）在臺(tái)架上進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，并用人工頭采集雙耳聲學(xué)信號(hào)。

聽審測試（Jury Testing)

對(duì)所測的數(shù)據(jù)，到聽音室進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。



SQuare可提供四種方法進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)：

A/B比較法(Paired comparison)


 排名法（Ranking）



分類測試法（Category test (with/without sorting))


語言細(xì)分(Semantic differential)


最終根據(jù)評(píng)審結(jié)果，形成評(píng)分表，即獲得各工況下該issue的主觀評(píng)價(jià)得分。下圖為46位聽審者對(duì)12輛車某性能（如關(guān)門聲品質(zhì)）的評(píng)價(jià)，方格縱坐標(biāo)代表評(píng)分值，虛線代表置信度。



若您對(duì)測試極致嚴(yán)謹(jǐn)，考慮到主觀評(píng)價(jià)可能會(huì)受到身處的環(huán)境影響，如駕駛時(shí)的心態(tài)、交通擁堵情況、外界風(fēng)景等等的影響，實(shí)際感受可能與坐在聽音室不一致。為此海德聲科的Sound seat和Sound car，可以為您真實(shí)模擬駕駛時(shí)的情景，實(shí)現(xiàn)更完美的主觀評(píng)價(jià)。



心理聲學(xué)參數(shù)計(jì)算

心理聲學(xué)的參數(shù)有很多，針對(duì)每個(gè)issue，需要選擇不同的心理聲學(xué)參數(shù)。海德聲科的Artemis suite除了可提供常規(guī)的心理聲學(xué)參數(shù)外，還可提供HEAD acoustics的專利聲學(xué)算法，如聽覺相關(guān)性分析（Relative approach），為您心理聲學(xué)參數(shù)計(jì)算提供強(qiáng)大的支撐。

心理聲學(xué)參數(shù)的選擇需要依具體聲學(xué)類型而定，也需一定的經(jīng)驗(yàn)。例如：針對(duì)柴油機(jī)燃燒噪聲，可以用Loudness和Relative approach方法一起來評(píng)估。

下圖為3個(gè)車型tip-in時(shí)燃燒噪聲的響度曲線，此時(shí)，可以用N5（一個(gè)數(shù)值，曲線中只有5%的數(shù)據(jù)點(diǎn)大于該值）、N5/N95等作為單值（Single value description）來描述其聽覺特征。



下圖為3個(gè)車型tip-in時(shí)的聽覺相關(guān)性分析，并算出單值作為聽覺特征，以便后期與主觀評(píng)價(jià)的得分做建模分析。



建模分析

將主觀評(píng)價(jià)的得分和心理聲學(xué)參數(shù)的單值結(jié)果，進(jìn)行建模分析，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系,如進(jìn)行多元回歸分析。



分析結(jié)果如下：



到此步，實(shí)際已經(jīng)建立了主觀評(píng)價(jià)和心理聲學(xué)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可在評(píng)估某車型的某issue的聲品質(zhì)時(shí)，無需做費(fèi)時(shí)費(fèi)力的主觀評(píng)價(jià)，而直接用心理聲學(xué)參數(shù)即可表征其聲品質(zhì)。但模型是否準(zhǔn)確，還需做模型驗(yàn)證。

模型驗(yàn)證

對(duì)建好的模型，進(jìn)行魯棒分析，以驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。選擇一些數(shù)據(jù)，進(jìn)行交叉驗(yàn)證（Cross validation）,驗(yàn)證好后即可形成Sound quality metrics供后期使用。


Sound quality metrics的使用

利用開發(fā)好Sound quality metrics，即可進(jìn)行聲品質(zhì)的評(píng)定工作。

如評(píng)價(jià)某新車型的某個(gè)問題（如rattle或knocking）在各工況下（如idle、tip-in等）的聲品質(zhì),即可得到如下結(jié)果。圖中餅狀圖的每一個(gè)扇形代表一個(gè)工況，扇形的角度大小代表該工況出現(xiàn)的頻次，顏色和直徑代表該工況聲品質(zhì)的評(píng)分。



又如兩款車型進(jìn)行聲品質(zhì)對(duì)比，結(jié)果如下。可以直觀的看出各工況的使用頻次和聲品質(zhì)對(duì)比情況。



Sound quality metrics的開發(fā)是一項(xiàng)較大的工程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但逐步將成為NVH行業(yè)的熱門領(lǐng)域。作為聲品質(zhì)解決方案的領(lǐng)航者，海德聲科（HEAD acoustics中國子公司）誠摯的邀您“聲”臨其境地感知聲學(xué)的美妙，助您攻克聲品質(zhì)開發(fā)壁壘，搶占NVH領(lǐng)域制高點(diǎn)。