引言

當(dāng)人們對噪聲特性獲得一定認(rèn)知度后，聽覺系統(tǒng)就會在噪聲物理特性和發(fā)聲體的功能與品質(zhì)等方面形成特定的感知聯(lián)系，并形成特定的心理感知需求和期望。人們對這種現(xiàn)象的關(guān)注是噪聲研究由聲級聲學(xué)（物理方面）向聲品質(zhì)（心理方面）發(fā)展的直接源動力，反映了科學(xué)研究由客觀參量走向主觀參量，由唯物的研究進(jìn)入“以人為本”的研究的發(fā)展趨向。自上世紀(jì)九十年代以來，聲品質(zhì)的概念被創(chuàng)造和定義，并成為國際性的新興研究領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。

被國際學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)同的完整的聲品質(zhì)定義首先由Blauert給出：“聲品質(zhì)是在特定的技術(shù)目標(biāo)或任務(wù)內(nèi)涵中聲音的適宜性”。聲品質(zhì)定義中的“聲”并不是單純指聲波這樣一個物理事件，而是指人耳的聽覺感知，“品質(zhì)”指由人耳對聲音事件的聽覺感知過程并最終做出的主觀判斷。Blauert的定義給出了聲品質(zhì)概念的三方面內(nèi)涵。首先是稱作“聲品質(zhì)元素”的發(fā)聲部件，例如剃須刀中的馬達(dá)、刀片、支架、腔體；其次是聽覺感知，使用者暴露于機(jī)器發(fā)射的可聽頻率聲波的聲場中，并聽到聲音，開始其聽覺感知的過程，這一過程構(gòu)成了聲品質(zhì)概念中的“聽覺事件”；最后是使用者根據(jù)對某種機(jī)器（發(fā)聲體）的心理期望，判斷機(jī)器發(fā)射聲音的優(yōu)劣，在這一過程中加入了使用者的認(rèn)知和心情等主觀因素。主觀判斷的前提是使用者或心理聲學(xué)中的受試者（統(tǒng)稱為評價者或評價主體）對機(jī)器的噪聲發(fā)射有先驗(yàn)的了解或知識，并具有明確的對噪聲特征的心理期望，這樣受試者才能將聽覺事件與噪聲的心理期望特征進(jìn)行比較，從而做出聲品質(zhì)優(yōu)劣的判斷。聲品質(zhì)的形成過程可以用圖1表示。

圖1 聲品質(zhì)形成過程

從聲品質(zhì)的定義中可以看出，聲品質(zhì)并不是一種發(fā)聲體或機(jī)器內(nèi)在的量。因而，聲品質(zhì)不能簡單地描述為物理量，而必須通過人參與到聽覺事件中，并根據(jù)主觀心理期望進(jìn)行判斷，才能產(chǎn)生聲品質(zhì)。所以，聲品質(zhì)研究必須注重人類聽覺的心理學(xué)特征和過程。

從心理學(xué)的角度來看，聲品質(zhì)具有以下三方面的特征：

（1）激勵響應(yīng)相適性，即聲音的刺激與人耳聽到聲音后所做出的反應(yīng)及行為要一致；

（2）聲音的舒適性，即聲音要給人帶來滿意、愉快以及輕松的享受；

（3）聲或聲源的可識別性，即賦予聲音的涵義能被正確辨別和詮釋。

1. 聲品質(zhì)基本評價量

在聲品質(zhì)評價中，有一系列基本特性量被認(rèn)為適宜于描述聽覺事件，主要包括：響度、尖銳度、粗糙度、波動度和音調(diào)度等。

1.1 響度（Loudness）

響度是對聲音強(qiáng)度的一種感受，是人們對聲音感知影響的一個參考量。聲音的響度不僅與聲壓級相關(guān)，還與聲音的頻率相關(guān)。下圖為弗萊徹-蒙森曲線（Fletcher–Munson curves），即等響曲線。等響曲線的橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為聲壓級。在同一條曲線之上，所有頻率和聲壓的組合，都有著一樣的響度。最下方的曲線表示人類能聽到的最小的聲音響度，即聽閾。等響曲線反映了響度聽覺如下特點(diǎn)：

l  聲壓級愈高，響度一般也愈高；

l  響度與頻率有關(guān)，相同聲壓級的純音，頻率不同，響度也不同；

l  對于不同頻率的純音，提高聲壓級而引起的響度增長，也有所不同。

圖2  等響曲線

通過對響度及其依賴關(guān)系以及掩蔽效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，對于兩個頻率不同的純音A和B，將其疊加成復(fù)合音C，C的響度與A、B之間的頻率間隔存在直接關(guān)系。如果純音A、B在同一臨界帶內(nèi)，則兩者的頻率間隔越大，復(fù)合音C的響度越大；當(dāng)A、B的頻率間隔超過臨界帶寬時， C的響度將等于A、B響度之和，此時兩純音之間不再相互影響。因此在構(gòu)造響度模型時，把激勵聲級對臨界帶率模式作為基礎(chǔ)。將總響度L看成是特征響度L'對臨界帶率的積分，即：

1.2 粗糙度（Roughness）

當(dāng)聲音的調(diào)制頻率在15~300Hz范圍內(nèi)即可產(chǎn)生粗糙感，并非要周期性調(diào)制，這是大多窄帶噪聲即使沒有包絡(luò)和頻率的周期性變化，也能產(chǎn)生粗糙感的原因。將調(diào)制頻率為70Hz，調(diào)制幅度為1，聲級為60dB的1kHz純音粗糙度定義為1 asper。

頻率分辨率和時間分辨率是影響粗糙度的兩個主要因素。頻率分辨率由激勵模式或特征響度隨臨界帶的關(guān)系決定。當(dāng)調(diào)制幅度為25%時，粗糙度達(dá)到其**值0.1 asper，調(diào)制幅度每增加10%，相應(yīng)粗糙度增加17%，因此將可聽粗糙度劃分為20個級別。當(dāng)粗糙度變化1.56倍時，我們即可察覺到粗糙度的差異。

粗糙度是由激勵模式隨時間變化引起的，非常緩慢的變化不會產(chǎn)生粗糙度的感受，可見粗糙度正比于變化速度，即調(diào)制頻率。此外，通過掩蔽分析可知，粗糙度與掩蔽深度成正比關(guān)系。

1.3 尖銳度（Sharpness）

尖銳度是描述高頻成分在聲音頻譜中所占比例的物理量，它反映了人們主觀上對高頻段聲音的感覺，反映了聲音信號的刺耳程度。聲音的頻譜成分、中心頻率和聲音的帶寬都會對聲音的尖銳度產(chǎn)生影響，而聲音的頻譜包絡(luò)對尖銳度的影響顯著，相比之下頻譜細(xì)部結(jié)構(gòu)對尖銳度的影響則不那么明顯。在一個臨界帶寬內(nèi)帶寬的變化與尖銳度無關(guān)。

從心理聲學(xué)的角度來看，頻譜包絡(luò)表示激勵聲級與特征頻帶率的關(guān)系模式，或稱為特性響度與特征頻帶率的關(guān)系模式。根據(jù)窄帶噪聲的尖銳度隨特征頻帶的變化關(guān)系，以及低頻成分的增加可降低尖銳度的特點(diǎn)，可以采用沖量因子g來構(gòu)造尖銳度模型，在16Bark以下的頻帶g為1，而在16Bark以上的頻帶g大于1。采用特性響度與特征頻帶率的關(guān)系模式作為分布函數(shù)，可以構(gòu)造出如下的關(guān)系式：

式中，L'(z)為臨界頻帶（Critical Band，CB）內(nèi)響度密度的積分，比例常數(shù)C=0.11，根據(jù)1kHz聲壓級為60dB時，尖銳度為1 acum來確定。

1.4 波動度（Fluctuation Strength）

聽覺系統(tǒng)對經(jīng)過調(diào)制的聲音有兩種不同的感覺：當(dāng)調(diào)制頻率在20Hz以下感知為波動度，而在高頻則感知為粗糙度。在20Hz附近是聽覺感知的平穩(wěn)過渡區(qū)域。將60dB頻率為1kHz的純音，以4Hz純音進(jìn)行幅值調(diào)制，調(diào)制度為1聲音的波動度定義為1 vacil。波動度呈調(diào)制頻率的帶通特性，**在調(diào)制頻率為4Hz處，即4Hz的調(diào)制頻率將產(chǎn)生較大的波動度。人耳聽覺系統(tǒng)的頻率分辨率為4Hz，流利語音的正常速率為４音節(jié)/秒。

1.5 音調(diào)度（Tonality）

音調(diào)度是一種心理聲學(xué)指標(biāo)，表示音調(diào)分量在其周圍頻率成分中的相對比重，從而確定其對聲音感知的貢獻(xiàn)。量化音調(diào)度意味著將人耳對聲音的“音調(diào)”感知轉(zhuǎn)化為客觀指標(biāo)。聲源的音調(diào)度是提高產(chǎn)品聲音品質(zhì)的主要指標(biāo)之一，在汽車、航空、鐵路或消費(fèi)品等工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛使用。

表1  音調(diào)度指標(biāo)

總結(jié)

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，人們愈加注重生活品質(zhì)，聲品質(zhì)測試的應(yīng)用在各個行業(yè)中也愈加廣泛。當(dāng)新產(chǎn)品面臨上市時，需要對其進(jìn)行聲品質(zhì)測試，以確保其有較強(qiáng)的競爭力。NTS.LAB聲品質(zhì)分析模塊具有強(qiáng)大且全面的信號處理能力，該模塊不僅包含上述基礎(chǔ)聲品質(zhì)分析功能，針對不同的參數(shù)還具有多個可選的計算標(biāo)準(zhǔn)，包括國標(biāo)、ISO標(biāo)準(zhǔn)、ECMA標(biāo)準(zhǔn)、美標(biāo)、德標(biāo)等。同時NTS.LAB還提供了其他豐富的聲品質(zhì)計算功能，例如高分辨率譜分析（HSA）、聽覺模型譜分析（HMS）、語音清晰度指數(shù)（AI）、語言可懂度指數(shù)（SII）等，能夠從多個角度、多個方向?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行聲品質(zhì)分析，從而了解產(chǎn)品各指標(biāo)的特點(diǎn)，并充分考慮這些指標(biāo)的局限性和不足之處，針對具體情況進(jìn)行選擇和結(jié)果判斷，從而對其聲品質(zhì)進(jìn)行改善。