引言

當人們對噪聲特性獲得一定認知度后，聽覺系統就會在噪聲物理特性和發聲體的功能與品質等方面形成特定的感知聯系，并形成特定的心理感知需求和期望。人們對這種現象的關注是噪聲研究由聲級聲學（物理方面）向聲品質（心理方面）發展的直接源動力，反映了科學研究由客觀參量走向主觀參量，由唯物的研究進入“以人為本”的研究的發展趨向。自上世紀九十年代以來，聲品質的概念被創造和定義，并成為國際性的新興研究領域和研究熱點。

被國際學術界廣泛認同的完整的聲品質定義首先由Blauert給出：“聲品質是在特定的技術目標或任務內涵中聲音的適宜性”。聲品質定義中的“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”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概念的三方面內涵。首先是稱作“聲品質元素”的發聲部件，例如剃須刀中的馬達、刀片、支架、腔體；其次是聽覺感知，使用者暴露于機器發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，這一過程構成了聲品質概念中的“聽覺事件”；最后是使用者根據對某種機器（發聲體）的心理期望，判斷機器發射聲音的優劣，在這一過程中加入了使用者的認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中的受試者（統稱為評價者或評價主體）對機器的噪聲發射有先驗的了解或知識，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行比較，從而做出聲品質優劣的判斷。聲品質的形成過程可以用圖1表示。

圖1 聲品質形成過程

從聲品質的定義中可以看出，聲品質并不是一種發聲體或機器內在的量。因而，聲品質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，并根據主觀心理期望進行判斷，才能產生聲品質。所以，聲品質研究必須注重人類聽覺的心理學特征和過程。

  從心理學的角度來看，聲品質具有以下三方面的特征：

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

 （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. 聲品質基本評價量

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

1.1 響度（Loudness）

響度是對聲音強度的一種感受，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，還與聲音的頻率相關。下圖為弗萊徹-蒙森曲線（Fletcher–Munson curves），即等響曲線。等響曲線的橫坐標為頻率，縱坐標為聲壓級。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：

l  聲壓級愈高，響度一般也愈高；

l  響度與頻率有關，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系以及掩蔽效應的研究發現，對于兩個頻率不同的純音A和B，將其疊加成復合音C，C的響度與A、B之間的頻率間隔存在直接關系。如果純音A、B在同一臨界帶內，則兩者的頻率間隔越大，復合音C的響度越大；當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。因此在構造響度模型時，把激勵聲級對臨界帶率模式作為基礎。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）

當聲音的調制頻率在15~300Hz范圍內即可產生粗糙感，并非要周期性調制，這是大多窄帶噪聲即使沒有包絡和頻率的周期性變化，也能產生粗糙感的原因。將調制頻率為70Hz，調制幅度為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系決定。當調制幅度為25%時，粗糙度達到其底值0.1 asper，調制幅度每增加10%，相應粗糙度增加17%，因此將可聽粗糙度劃分為20個級別。當粗糙度變化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生粗糙度的感受，可見粗糙度正比于變化速度，即調制頻率。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生影響，而聲音的頻譜包絡對尖銳度的影響較顯著，相比之下頻譜細部結構對尖銳度的影響則不那么明顯。在一個臨界帶寬內帶寬的變化與尖銳度無關。

從心理聲學的角度來看，頻譜包絡表示激勵聲級與特征頻帶率的關系模式，或稱為特性響度與特征頻帶率的關系模式。根據窄帶噪聲的尖銳度隨特征頻帶的變化關系，以及低頻成分的增加可降低尖銳度的特點，可以采用沖量因子g來構造尖銳度模型，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系模式作為分布函數，可以構造出如下的關系式：

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

1.4 波動度（Fluctuation Strength）

聽覺系統對經過調制的聲音有兩種不同的感覺：當調制頻率在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過渡區域。將60dB頻率為1kHz的純音，以4Hz純音進行幅值調制，調制度為聲音的波動度定義為1 vacil。波動度呈調制頻率的帶通特性，峰值在調制頻率為4Hz處，即4Hz的調制頻率將產生較大的波動度。人耳聽覺系統的頻率分辨率為4Hz，流利語音的正常速率為４音節/秒。

1.5 音調度（Tonality）

音調度是一種心理聲學指標，表示音調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。量化音調度意味著將人耳對聲音的“音調”感知轉化為客觀指標。聲源的音調度是提高產品聲音品質的主要指標之一，在汽車、航空、鐵路或消費品等工業領域中被廣泛使用。

表1  音調度指標

總結

隨著現代科技的進步，人們愈加注重生活品質，聲品質測試的應用在各個行業中也愈加廣泛。當新產品面臨上市時，需要對其進行聲品質測試，以確保其有較強的競爭力。NTS.LAB聲品質分析模塊具有強大且全面的信號處理能力，該模塊不僅包含上述基礎聲品質分析功能，針對不同的參數還具有多個可選的計算標準，包括國標、ISO標準、ECMA標準、美標、德標等。同時NTS.LAB還提供了其他豐富的聲品質計算功能，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（AI）、語言可懂度指數（SII）等，能夠從多個角度、多個方向對產品進行聲品質分析，從而了解產品各指標的特點，并充分考慮這些指標的局限性和不足之處，針對具體情況進行選擇和結果判斷，從而對其聲品質進行改善。