發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和聲品質(zhì)的基本理論基礎(chǔ)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u7183發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和聲品質(zhì)的基本理論基礎(chǔ)綜述 146571.1心理聲學(xué)理論 18241.1.1心理聲學(xué)基礎(chǔ)概念 1267661.1.2人耳的聽(tīng)覺(jué)特性 1141431.1.3人耳的掩蔽效應(yīng) 359531.2聲品質(zhì)客觀參數(shù) 3313451.2.1響度 3207161.2.2尖銳度 4287421.2.3粗糙度和抖動(dòng)度 52601.3發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主觀評(píng)價(jià)的方法 7155761.3.1排序法 7204541.3.2打分法 8207481.3.3成對(duì)比較法 8135301.3.4語(yǔ)義區(qū)分法 920767參考文獻(xiàn) 91.1心理聲學(xué)理論1.1.1心理聲學(xué)基礎(chǔ)概念心理聲學(xué)(psychoacoustics)是在聲品質(zhì)這一領(lǐng)域進(jìn)行研究的重要理論依據(jù),它也是一個(gè)專門(mén)用于探索人體聽(tīng)覺(jué)和心理響應(yīng)的學(xué)科,心理聲學(xué)這一理論在其研究中對(duì)于人的身體各個(gè)主觀組織成分都有著很大的作用和影響,因此為了使我們能夠客觀地描述出一個(gè)人的眼睛和耳朵對(duì)于聲音的各種主觀感覺(jué),國(guó)內(nèi)外研究工作者通過(guò)漫長(zhǎng)的探索和研究最終確立了一系列的心理聲學(xué)基礎(chǔ)理論及其中的基本參數(shù)[2,3],為提高聲音品質(zhì)的研究打下了堅(jiān)固的理論基石。1.1.2人耳的聽(tīng)覺(jué)特性其中外耳、內(nèi)耳和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)被認(rèn)為是構(gòu)成我們?nèi)祟?lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)三個(gè)重要部分。人類(lèi)外耳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為包括外耳、中央后耳和一個(gè)內(nèi)耳,如圖2-1所示。外耳的主要作用是收集聲波，也為了讓聲波更好傳遞到內(nèi)耳。中耳是為了保護(hù)內(nèi)耳而存在的。因?yàn)閮?nèi)耳外耳而不同，外耳是通過(guò)空氣來(lái)傳遞聲波的，而內(nèi)耳是通過(guò)液體來(lái)傳遞聲波的，空氣和液體這兩種聲音的傳輸介質(zhì)傳遞聲音所產(chǎn)的阻力是大不相同的，如果經(jīng)過(guò)空氣傳播的聲音不經(jīng)過(guò)任何的處理就傳遞到內(nèi)耳并經(jīng)過(guò)液體傳遞到神經(jīng)細(xì)胞，那么聲音就會(huì)被模糊化，導(dǎo)致大腦根本分辨不出聲音中所蘊(yùn)含的信息。此時(shí)中耳的作用就體現(xiàn)出來(lái)了，聲波經(jīng)過(guò)中耳的加工并將低頻聲波過(guò)濾掉，這時(shí)聲音再傳遞到內(nèi)耳用也同進(jìn)行傳輸就沒(méi)有任何問(wèn)題了，我們發(fā)現(xiàn)中耳在整個(gè)聲音的傳遞過(guò)程中其實(shí)充當(dāng)?shù)氖且粋€(gè)濾波器的作用。圖2-1人耳結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)耳的主要作用是將其中一個(gè)振動(dòng)信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)信號(hào),主要是由前庭、耳蝸和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)三部分構(gòu)成,振動(dòng)由前庭的耳骨傳導(dǎo)至前庭,引起前庭周?chē)穆?tīng)覺(jué)液體產(chǎn)生振動(dòng),震蕩使其中一個(gè)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)信號(hào)傳遞至大腦。內(nèi)耳還可以將聲波的頻率、強(qiáng)度和音色等信息通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換傳入大腦[22，23]。人耳感受聲音的過(guò)程可以被分為兩部分,第一部分就是對(duì)于聲音的傳遞與處理過(guò)程。聲音以頻率波動(dòng)的方式直接傳入耳朵內(nèi),引起與耳朵有關(guān)部位結(jié)構(gòu)的震蕩，并將聲音進(jìn)行處理和加工。這個(gè)過(guò)程是由外耳和中耳來(lái)完成的;第二個(gè)階段也就是對(duì)聲音的感覺(jué)發(fā)展過(guò)程,它們都是由于內(nèi)耳的耳蝸來(lái)實(shí)現(xiàn)的,結(jié)構(gòu)上的振動(dòng)會(huì)使得細(xì)胞在其中產(chǎn)生一系列的微量和生物電能的改變,最終這些聲音的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成微量和生物電能的信號(hào)而直接傳至人類(lèi)大腦,大腦把這些信號(hào)進(jìn)行加工和處理進(jìn)行整合就有機(jī)會(huì)直接產(chǎn)生聲音和聽(tīng)覺(jué)[24]。1.1.3人耳的掩蔽效應(yīng)隱藏性的噪聲掩蔽干擾效果主要是在泛指一個(gè)人的聲(或被隱藏性)對(duì)于一個(gè)人的雙耳在觀察接收或聽(tīng)到的其他(被稱為隱藏性)聲(或被掩飾性)時(shí)所產(chǎn)生的一種干擾。掩蔽的聲響大小與其他被掩蔽的物體聲音和被它們掩蔽的物體聲音傳播頻率及其結(jié)構(gòu)的變化增幅密切十分相關(guān),一般正常情況下每個(gè)人的雙耳對(duì)其掩蔽聲響的值和掩蔽絕對(duì)新聞閾値的值都比它們的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小或大于絕對(duì)掩蔽新聞閾的值。低頻混音單元的純凈語(yǔ)音混聲能夠有效地屏蔽遮蓋高頻混音單元的純凈混音,反過(guò)來(lái)其屏蔽作用則很小[25]。掩蔽的效應(yīng)按照聲音傳播時(shí)間長(zhǎng)短可以劃分為兩個(gè)頻域和一種時(shí)域性的掩蔽,時(shí)域性的掩蔽是因?yàn)檠陲椔曇襞c被遮蔽的聲音之間在不同的時(shí)刻內(nèi)發(fā)生而對(duì)其所產(chǎn)生的影響,時(shí)域性的掩蔽主要是由于人腦在處理信息過(guò)程中有"遲滯"的現(xiàn)象所致[26,27]。1.2聲品質(zhì)客觀參數(shù)描述聲品質(zhì)的客觀參數(shù)有很多種，我們?cè)谝黄撐闹羞M(jìn)行全面詳細(xì)的研究是不可能和不切實(shí)際的，所以我查閱了很多這方面的論文，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究結(jié)果中大都認(rèn)為響度、尖銳度、粗糙度這幾個(gè)客觀參數(shù)與聲品質(zhì)具有較高的貼合度,因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也主要針對(duì)以上幾個(gè)聲品質(zhì)的客觀參數(shù)進(jìn)行介紹和研究。1.2.1響度響度(loudness)是最基礎(chǔ)的一種心理聲學(xué)參量。其他心聲學(xué)參量也都是在以響度為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的。其大小主要是取決于聲波振動(dòng)幅值。與采用a類(lèi)設(shè)計(jì)權(quán)的雙耳聲壓大小等級(jí)測(cè)量相比,用響度計(jì)的方式測(cè)量來(lái)直接描述一個(gè)機(jī)器人的雙耳對(duì)于一個(gè)聲音整體尺寸聲壓大小的直接認(rèn)知感覺(jué)更為準(zhǔn)確。響度的實(shí)際計(jì)量單位為宋(sone),1sone也就是一個(gè)指40db且諧波頻率大約為1000hz的純凈波所發(fā)出的噪聲。響度的大小與聲音的激勵(lì)聲強(qiáng)有關(guān)，兩者的關(guān)系式為：NxNx為1000Hz純音的響度；Ix為該純音的聲強(qiáng)；I0為聲壓的基準(zhǔn)量，I0=2×10?5pa；其中，a、b為常數(shù)。當(dāng)聲音為1000Hz純音時(shí)，a=0.3，一般采用Zwicker響度模型以標(biāo)準(zhǔn)ISO532B來(lái)對(duì)響度進(jìn)行計(jì)算[31]。計(jì)算公式如下:N'其中，ETQ是基準(zhǔn)聽(tīng)閾激勵(lì)；EQ是在聲強(qiáng)為N=0其中，??為特征頻帶數(shù)。圖2-2為等響度曲線。圖中繪制出了聽(tīng)閾曲線以及較完整的10~130phon等響度曲線。圖2-2等響度曲線1.2.2尖銳度尖銳感程度(sharpness)通常認(rèn)為是一種術(shù)語(yǔ)用來(lái)用度量化對(duì)于一個(gè)人的雙耳內(nèi)部所能直接感覺(jué)到的聲音的尖銳程度。尖銳度是與聲音信號(hào)的頻率密切相關(guān)的，頻率越高的聲音信號(hào)傳遞到人耳后大腦所感受到的聲音尖銳度也就越高。比如生活中我們比較厭煩蚊子的聲音，就是因?yàn)槲米语w行時(shí)震動(dòng)翅膀的頻率很高，人們聽(tīng)到聲音的尖銳程度也就越高。所以尖銳度也是影響聲音受歡迎與否的一個(gè)重要因素，尖銳度的單位是acum?，F(xiàn)在人們研究時(shí)計(jì)算聲品質(zhì)的方法都是用響度來(lái)計(jì)算。Zwicker模型的計(jì)算公式為：S=k0gzAures模型的計(jì)算公式為：S=k0N為聲音的總響度。尖銳度是隨發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的改變而改變的，因此尖銳度是一個(gè)能影響發(fā)動(dòng)機(jī)聲品質(zhì)的客觀參量，所以此次研究中要把他列為一個(gè)主要的客觀參數(shù)來(lái)研究1.2.3粗糙度和抖動(dòng)度（1）抖動(dòng)度抖動(dòng)度的單位是vacil，1vacil是指頻率為1000Hz，聲壓級(jí)為60dB，在調(diào)制頻率為4Hz，以100%幅值調(diào)制下的純音產(chǎn)生的抖動(dòng)度。此時(shí)抖動(dòng)度感受最為強(qiáng)烈。目前抖動(dòng)度的計(jì)算模型是Zwicker和Fastl提出的[32]：F=0.08其中，?LE為調(diào)節(jié)控制的深度；fmod為調(diào)制的頻率；f0為調(diào)制的基頻，圖2-3是時(shí)間和聲壓級(jí)的抖動(dòng)度模型。圖2-3抖動(dòng)度模型（2）粗糙度粗糙度的單位為：asper,1asper是指頻率為1000Hz，聲壓級(jí)為60dB，在調(diào)制頻率為70Hz，以100%幅值調(diào)制下的純音產(chǎn)生的抖動(dòng)度。此時(shí)粗糙度感受最為強(qiáng)烈。粗糙度的計(jì)算方法與抖動(dòng)度的計(jì)算模型類(lèi)似：R=0.3f其中，?LE為調(diào)制深度；fmod為調(diào)制頻率；f0為調(diào)制基頻，圖2-4相對(duì)粗糙度然而在實(shí)際情況下，調(diào)至深度?LE不易直接得到，所以在實(shí)際運(yùn)用中，?LE其中，N'max為某特征頻帶內(nèi)最大特征響度值；1.3發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主觀評(píng)價(jià)的方法發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)是聲品質(zhì)研究中不能缺少的一部分，學(xué)術(shù)上也稱之為音質(zhì)評(píng)價(jià)[16]。與客觀評(píng)價(jià)相同，目的都是為了將人對(duì)聲音樣本的主觀感受通過(guò)量化的數(shù)值表述出來(lái)，但和聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)不同的是，由于人復(fù)雜的聽(tīng)覺(jué)特性和聲音樣本的不穩(wěn)定性等原因，單單依靠聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)的心理聲學(xué)參量無(wú)法準(zhǔn)確的描述人們聽(tīng)到聲音樣本之后的主觀感受，所以為了使這個(gè)數(shù)值更加準(zhǔn)確，更加的貼合實(shí)際，主觀評(píng)價(jià)中要有真實(shí)的人去參與評(píng)價(jià)。在主流的聲品質(zhì)研究中，主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)結(jié)果相結(jié)合的研究方法是應(yīng)用最普遍的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，關(guān)于聲品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)參量的研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，一些客觀評(píng)價(jià)參量的漏洞也在不斷完善，但仍然無(wú)法完全的取代人主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果。因?yàn)槁曇羝焚|(zhì)的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器是真實(shí)的人,所以它的評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)受到很多方面因素的影響。除了樣本本身造成的差異外，評(píng)價(jià)者當(dāng)時(shí)的心情、所處的環(huán)境、評(píng)價(jià)者本身的條件、設(shè)備使用的是否舒服，甚至評(píng)價(jià)者的硬性條件例如:年齡、性別、學(xué)歷、專業(yè)、工作、健康狀況[17]都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。盡管這個(gè)聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)很復(fù)雜，但在進(jìn)行聲品質(zhì)研究時(shí)仍是無(wú)法被省略的一個(gè)環(huán)節(jié)。聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)方法說(shuō)起來(lái)也簡(jiǎn)單，首先盡自己所能尋找一些盡可能專業(yè)的人作為評(píng)價(jià)員。但由于能力有限，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只組織了一些本專業(yè)的學(xué)生和一些從事汽車(chē)行業(yè)的師兄們進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主觀評(píng)價(jià)，雖然他們是車(chē)輛本專業(yè)或者從事汽車(chē)行業(yè)的工作人員，但他們還是沒(méi)有后很少進(jìn)行過(guò)噪聲的主觀評(píng)價(jià)，所以為了使本次畢業(yè)論文的數(shù)據(jù)變得更加的符合實(shí)際，我們?cè)谶M(jìn)行主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的前一個(gè)星期進(jìn)行了為期一周的訓(xùn)練，因?yàn)榇蠹叶贾理懚却蟮穆曇舻闹鞴茉u(píng)分應(yīng)該會(huì)低一點(diǎn)。所以訓(xùn)練的目的就是讓大家對(duì)響度大的聲音樣本更敏感，這樣主觀評(píng)價(jià)結(jié)果和客觀評(píng)價(jià)結(jié)果的擬合度就會(huì)變高。最后對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行整理。目前較為常見(jiàn)的主觀評(píng)價(jià)方法有：排序法、等級(jí)評(píng)分法、語(yǔ)義細(xì)分法、成對(duì)比較法以及數(shù)值估計(jì)法等[18]。具體使用哪種方法要視具體情況而定。本文由于評(píng)價(jià)人員專業(yè)性的限制，所以選擇專業(yè)性要求較低的成對(duì)比較法。1.3.1排序法1.3.2打分法1.3.3成對(duì)比較法成對(duì)比較法是將聲音樣本成對(duì)播放，讓評(píng)審者在兩個(gè)樣本中做出判斷[19]。通常使用的方法是評(píng)審者主觀感受比較，即要求評(píng)審者根據(jù)預(yù)先設(shè)定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在樣本A和樣本B中做出判斷，也稱作A-B比較法。最常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就是滿意度和騷擾度這兩個(gè)指標(biāo)。A-B比較法能夠通過(guò)對(duì)被測(cè)者的判斷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)獲得豐富而較為準(zhǔn)確的分?jǐn)?shù)信息，進(jìn)而得到主觀感受與客觀物理參數(shù)的相關(guān)性，而且對(duì)評(píng)審者的專業(yè)性要求較低20，21]。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們打算采用此方法進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。我們組織了一些本專業(yè)的學(xué)生和一些從事汽車(chē)行業(yè)的師兄們進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主觀評(píng)價(jià)，雖然他們是車(chē)輛本專業(yè)或者從事汽車(chē)行業(yè)的工作人員，但他們還是沒(méi)有后很少進(jìn)行過(guò)噪聲的主觀評(píng)價(jià)，所以為了使本次畢業(yè)論文的數(shù)據(jù)變得更加的符合實(shí)際，我們?cè)谶M(jìn)行主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的前一個(gè)星期進(jìn)行了為期一周的訓(xùn)練。如此才能使評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。1.3.4語(yǔ)義區(qū)分法和成對(duì)比較法不同的是，語(yǔ)義區(qū)分法是對(duì)聲音的特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這種方法對(duì)評(píng)價(jià)者的專業(yè)性要求非常高，這種方法要求評(píng)價(jià)者用一些表明聲音特點(diǎn)的形容詞進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如有安靜的/響的、細(xì)的/粗的等等。形容詞之間要分很多的等級(jí)以用來(lái)區(qū)分每個(gè)聲音樣本，這些等級(jí)之間的區(qū)分度很小，只要評(píng)價(jià)者對(duì)聲音樣本有一點(diǎn)點(diǎn)的評(píng)價(jià)失誤，就會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)很大的偏差，所以在大多數(shù)的聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中，除非擁有很專業(yè)的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)，否則不建議用此方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖2-5為一個(gè)語(yǔ)義區(qū)分法的例圖。圖2-5語(yǔ)義區(qū)分法例圖參考文獻(xiàn)[1]盧祥林，王紅劍，張發(fā)雄，等.汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲聲品質(zhì)研究現(xiàn)狀與展望[J].裝備制造技術(shù)，2007，8.[2]劉海，張廣秀，陳勇，等.運(yùn)用核主成分分析提取內(nèi)燃機(jī)聲品質(zhì)客觀特征[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2019，5.[3]Schiffb?nkerH，BrandlFK，ThienGE.Developmentandapplicationofanevaluationtechniquetoassessthesubjectivecharacterofenginenoise[J].SAEtransactions，1991:1536-1546.[5]GlasbergBR，MooreBCJ.Amodelofloudnessapplicabletotime-varyingsounds[J].JournaloftheAudioEngineeringSociety，2002，50(5):331-342.[6]ZwickerE，F(xiàn)astlH，WidmannU，etal.ProgramforcalculatingloudnessaccordingtoDIN45631(ISO532B)[J].JournaloftheAcousticalSocietyofJapan(E)，1991，12(1):39-42.[7]Berglund，HassenP，JobRFS.Sourcesandeffectsoflow‐frequencynoise[J].TheJournaloftheAcousticalSocietyofAmerica，1996，99(5):2985-3002.[8]俞悟周，毛東興，王佐民，等.轎車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲的主觀評(píng)價(jià)[J].聲學(xué)技術(shù)，2002，21(4):151-187.[9]王養(yǎng)軍.發(fā)動(dòng)機(jī)及車(chē)輛聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)及道路交通噪聲預(yù)測(cè)與控制[D].天津:天津大學(xué)，2007.[10]梁杰.基于雙耳聽(tīng)覺(jué)模型的車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)方法研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2007.[11]謝軍.汽車(chē)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)及方法研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2009.[12]石巖.排氣消聲器消聲特性仿真分析與排氣噪聲聲音品質(zhì)設(shè)計(jì)[D].天津:天津大學(xué)，2010.[13]劉海，張俊紅，倪廣健，等.基于遺傳支持向量機(jī)的柴油機(jī)輻射噪聲品質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)[D].，2013.[14]盧祥林，王紅劍，張發(fā)雄，等.汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲聲品質(zhì)研究現(xiàn)狀與展望[J].裝備制造技術(shù)，2007，8.[15]王世棟.基于小波變換與獨(dú)立分量分析的內(nèi)燃機(jī)噪聲源識(shí)別技術(shù)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2009.[16]孟子厚.音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)心理學(xué)方法[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2008.[17]段超陽(yáng).商用車(chē)柴油機(jī)噪聲品質(zhì)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)研究[D].天津大學(xué)，2018.[18]OttoNC.Listeningtestmethodsforautomotivesoundquality[C]//AudioEngineeringSocietyConvention103.AudioEngineeringSociety，1997.[19]倪廣健.柴油機(jī)輻射噪聲分析及聲品質(zhì)主客觀評(píng)價(jià)研究[D].天津大學(xué)，2012.[20]DavidHA.Themethodofpairedcomparisons[M].London，1963.[21]KousgaardN.Theapplicationofbinarypairedcomparisonstolisteningtests[C]//Symp.OnperceptionofReproducedSound，Denmark.1987.[22]張毅，黎小松，羅元，等.基于人耳聽(tīng)覺(jué)特性的語(yǔ)音識(shí)別預(yù)處理研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2015，32(12):322-326.[