用于家電產(chǎn)品噪聲主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)

顧開榮 楊偉成 宋俊龍 韓愈嵩（、格力電器(合肥)有限公司 安徽合肥 300；、中國家用電器研究院 北京 00053）

1 問題的提出

隨著家電設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，家電產(chǎn)品的輻射的噪聲能量（聲功率級Lw）不斷降低。但是，某些產(chǎn)品的噪聲能量降低后，消費(fèi)者的感覺并沒有得到明顯改善。在某些情形下，甚至出現(xiàn)噪聲功率級和消費(fèi)者主觀感覺相反的結(jié)果。例如，某些家用電冰箱的噪聲，聲壓級已經(jīng)低至20dB(A)左右，聲級遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家環(huán)境區(qū)域（居室）標(biāo)準(zhǔn)。但是，消費(fèi)者對電冰箱噪聲的投訴排列第一。

這樣的問題遠(yuǎn)不能用噪聲聲壓級(或者聲功率級)進(jìn)行解釋。

實(shí)際的機(jī)器聲源對人類的影響表現(xiàn)在二方面：

（1）音量即噪聲聲壓級的大小。

（2）音質(zhì)：即噪音的難聽程度。

對于后者，涉及到人類的聽覺主觀評價(jià)問題。對噪聲的主觀評價(jià)問題，人們一直沒有停止過對該問題的不斷探索。探討的主要問題有：

（1）影響人類對噪聲的主觀感覺的客觀物理參數(shù)或者客觀物理指標(biāo)是什么？即儀器可以判別該噪聲是否難聽。

（2）如何改進(jìn)噪聲的特性進(jìn)而達(dá)到改善噪聲主觀聽覺的目的。

從家電廠商來講，判別和評價(jià)產(chǎn)品噪聲是否難聽，用儀器判別當(dāng)然重要。但是在目前客觀判別音質(zhì)特性研究還無實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的前提下，采用人耳的判別更可靠，更接近實(shí)際。因此，在特定的安裝環(huán)境中，采用人耳判別就成為家電產(chǎn)品噪聲音質(zhì)研究的重要方法。

2 研究現(xiàn)狀

針對上述問題，人們進(jìn)行了不懈的努力。到目前為止，曾經(jīng)出現(xiàn)過幾十個(gè)客觀物理評價(jià)參數(shù)指標(biāo)。例如，尖銳度，響度，噪度，顫，粗燥度等等。上述這些指標(biāo)為噪聲的主觀評價(jià)做出了較大的貢獻(xiàn)，但是還只局限于某類產(chǎn)品如轎車或者確切地說局限于某個(gè)產(chǎn)品。無法適用于所有噪聲源。因此，到目前為止，還很難對機(jī)器產(chǎn)品進(jìn)行準(zhǔn)確的噪聲音質(zhì)客觀測試。

基于以上原因，目前對于機(jī)器噪聲主觀音質(zhì)的研究，除過尋求客觀物理指標(biāo)的研究外，進(jìn)行人耳實(shí)際的主觀評價(jià)仍然是非常重要的研究方法。例如，喇叭、樂器、音響以及轎車和家電產(chǎn)品的主觀評價(jià)和客觀儀器測試是同等重要的研究方法。因?yàn)?，無法改變的事實(shí)是消費(fèi)者感覺機(jī)器產(chǎn)品的音質(zhì)不是在理想的消聲室或者混響室內(nèi)進(jìn)行，而是在實(shí)際的使用環(huán)境中進(jìn)行的。另外，消費(fèi)者是用自己的耳朵進(jìn)行感知的，不是用儀器來感知的。因此，模擬實(shí)際環(huán)境中消費(fèi)者的主觀感覺效果意義更大。

目前評價(jià)家電產(chǎn)品的噪聲性能好壞采用在理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中（如消聲室或者混響室）輻射的聲壓級Lp或者聲功率級Lw進(jìn)行評價(jià)。該量屬于客觀評價(jià)量。在產(chǎn)品的質(zhì)量控制，噪聲機(jī)理的研究及其控制等方面發(fā)揮了重要的作用。

但是，家電產(chǎn)品最終不是安裝在消聲室或者混響室中。是要安裝在人類活動(dòng)的居室內(nèi)，如會議室，家庭等。在理想的聲學(xué)環(huán)境消聲室或者在混響室內(nèi)測試，只是便于客觀檢測和分析，已經(jīng)拋棄了安裝環(huán)境對噪聲輻射的影響。許多種情況，消費(fèi)者對空調(diào)器噪音的投訴不是因?yàn)橐袅考绰晧杭壧?，而是因?yàn)樵胍籼y聽。

實(shí)際的安裝環(huán)境和理想的測試環(huán)境在主客觀方面會有很大的差異：

差異表現(xiàn)在二方面：即輻射聲壓級的差異和噪音頻譜的差異。

（1）產(chǎn)品輻射的聲壓級： 不同的房間常數(shù)輻射的聲壓級相差最大可達(dá)20dB！如圖1所示。同一臺空調(diào)器，同樣的距離位置，產(chǎn)生的噪音差異很大。很有必要研究這種差異對實(shí)際用戶的影響。

（2）音質(zhì)或者對用戶聽覺的影響： 在消聲室內(nèi)自由聲場，空調(diào)器輻射的聲波無任何反射。其噪聲頻譜是空調(diào)器輻射聲波的直達(dá)聲，無任何反射波疊加。但是在實(shí)際的安裝環(huán)境中，使用者會接受相當(dāng)?shù)姆瓷渎暡ǎ瑫乖肼暵犉饋怼胺糯蟆?。由于?shí)際居室內(nèi)對不同的聲波其界面的吸聲系數(shù)不同，因此，對不同頻率的聲波，“放大”倍數(shù)不同。因此，在消聲室內(nèi)的聽覺效果和在實(shí)際居室內(nèi)的聽覺效果完全不同。因此，很有必要研究在實(shí)際的安裝環(huán)境下，產(chǎn)品發(fā)射的噪聲。因?yàn)閷οM(fèi)者來將，畢竟家電噪聲是用消費(fèi)者人體感知其熱學(xué)性能、用耳朵感知其噪聲是否舒適的。這種感知結(jié)果和在理想環(huán)境中用聲級計(jì)來測試的噪音指標(biāo)有很大的不同。

3 家電產(chǎn)品主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)室的指標(biāo)要求

為了更為真實(shí)地模擬實(shí)際家電產(chǎn)品噪聲的聽覺效果，需要在專門設(shè)計(jì)的聲學(xué)環(huán)境中進(jìn)行。該環(huán)境需要滿足以下要求：

（1）具有足夠低的本底噪聲，以便去除外界噪音對產(chǎn)品評價(jià)的干擾。

（2）在人類主要的聽覺頻域內(nèi)（一般規(guī)定125～4000Hz）的混響時(shí)間是平直的，大約在0.5s左右。目的是既要消除太多的反射（例如在混響室內(nèi)測試），也要模擬實(shí)際環(huán)境的吸聲效果。同時(shí)，又要考慮可能出現(xiàn)的聲學(xué)缺陷：例如駐波現(xiàn)象、回音、聲場不均等。在測聽室內(nèi)，力求達(dá)到所有空間區(qū)域的聲壓級基本相同。

（3）測聽室的聲場特性接近實(shí)際安裝環(huán)境（如空間大小，照明，家電產(chǎn)品的擺放位置等）。便于在此環(huán)境中進(jìn)行空調(diào)器噪聲性能的主觀評價(jià)。

4 噪音主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)

在噪音主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)較低的本底噪音上，與客觀測試環(huán)境如消聲室、混響室的設(shè)計(jì)相同。如采用房中房隔聲結(jié)構(gòu)，采用獨(dú)立懸浮隔振基礎(chǔ)等。

4.1 如何實(shí)現(xiàn)最佳混響時(shí)間

以下已經(jīng)得到認(rèn)可：小空間環(huán)境（如小型會議室，音響測聽室，小型演播室）混響時(shí)間T60在0.5秒左右會得到最佳的聽音效果[1]。對于混響時(shí)間的設(shè)計(jì)，可以通過賽賓公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算[2]

通常通過在聽音室的屋頂、墻面、地坪部位安裝不同的吸音材料，通過調(diào)整吸音材料的種類、數(shù)量，最終使得在一定的頻域內(nèi)（一般規(guī)定125～4000Hz）的混響時(shí)間是平直的，大約在0.5s左右。

4.2 聽音室的大小

除考慮盡量接近實(shí)際使用外，房間的長寬高比例盡量避免出現(xiàn)簡正頻率的兼并，使得簡正頻率分布盡量均勻，盡量避免出現(xiàn)駐波。使得室內(nèi)聲場分布盡量均勻。

圖2為筆者設(shè)計(jì)的空調(diào)器主觀音質(zhì)評價(jià)實(shí)驗(yàn)室實(shí)物照片。該實(shí)驗(yàn)室采用了不同種類的吸音材料，使得在所有頻域內(nèi)，吸聲量A大致相同。另外，使用了聲波擴(kuò)散體，使得室內(nèi)聲場盡量均勻。由于采用了獨(dú)立懸浮隔振基礎(chǔ)，其本底噪音低于15dB(A)?？梢詽M足絕大部分家電產(chǎn)品的主觀評價(jià)測試。

圖3為該聽音室的混響時(shí)間曲線。

5 聽音室的使用

（1）各類空調(diào)器的音質(zhì)主觀評價(jià)。

聽音室的聲場消除了外界噪音的干擾、消除了房間駐波等聲學(xué)缺陷，消除了過大過小的聲波反射。既克服了日常居室的聲學(xué)缺陷（較大的本底噪聲，較為強(qiáng)烈的反射或者吸收，駐波等），又比消聲室或者混響室大大接近實(shí)際居室的聲場特性。在此種環(huán)境下，可以進(jìn)行空調(diào)器的主觀音質(zhì)評價(jià)。

評價(jià)結(jié)果可以用于：

a）新品開發(fā)的依據(jù)。新品上市前需要經(jīng)過主觀評價(jià)，感覺其噪音是否可以接受。

b）產(chǎn)品改進(jìn)前后音質(zhì)的比較。一般地，將改進(jìn)前后二臺樣機(jī)安放在聽音室內(nèi)分別運(yùn)轉(zhuǎn)，感知其噪聲變化，作出是否有改善的結(jié)論。

c）不同種類、不同品牌、不同材料及其設(shè)計(jì)等等欲相互比較的樣機(jī)，安放在同一間聽音室內(nèi)，找出它們之間的差異，進(jìn)而得出改進(jìn)結(jié)論。這一點(diǎn)，有時(shí)意義更大。

(2)獲得在實(shí)際的安裝環(huán)境下，家電產(chǎn)品輻射的噪音大小。

這一個(gè)數(shù)值非常接近消費(fèi)者實(shí)際感知的聲壓級。它明顯不同于消聲室或者混響室輻射的聲壓級。

(3)獲得在實(shí)際的安裝環(huán)境下，家電產(chǎn)品輻射的噪音頻譜的數(shù)值。

這一個(gè)數(shù)值非常接近消費(fèi)者實(shí)際感知的噪音頻譜。它明顯不同于消聲室或者混響室輻射的噪音頻譜。為產(chǎn)品改進(jìn)或設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

(4)用于開展主觀評價(jià)結(jié)果和客觀測試量之間的關(guān)系研究提供了一個(gè)理想的環(huán)境。

這一環(huán)境不同于消聲室或者混響室，非常接接近實(shí)際的使用環(huán)境。這也是目前人們探討的音質(zhì)評價(jià)主要問題之一。進(jìn)一步，為產(chǎn)品音質(zhì)評價(jià)制定統(tǒng)一的客觀測試指標(biāo)。該研究領(lǐng)域，在轎車行業(yè)已經(jīng)有較大的進(jìn)展。

(5)其他使用。 企業(yè)內(nèi)部電臺節(jié)目錄音，節(jié)目制作，欣賞音樂等。

6 總結(jié)

(1)實(shí)際使用環(huán)境中家電產(chǎn)品輻射的噪音明顯不同于理想的測試環(huán)境如消聲室和混響室中輻射的噪聲。因此，有必要對實(shí)際環(huán)境中輻射的噪音進(jìn)行體驗(yàn)和研究。

(2)在家電噪聲客觀指標(biāo)研究還沒有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的背景下，進(jìn)行實(shí)際人耳主觀評價(jià)具有重要意義。

(3)主觀評價(jià)需要在專門的聽音室內(nèi)進(jìn)行。本文提及的案例可以用于家電噪聲的主觀聽覺評價(jià)。

[1] GB/T 50356 劇場和影劇院的設(shè)計(jì)規(guī)范

[2] 杜功煥等.“聲學(xué)基礎(chǔ)”.南京大學(xué)出版社