關(guān)門聲入射角度對人工頭雙耳測試結(jié)果的影響

藺磊,閆兵,藺玉輝,顧彥

（1.上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車分公司，上海 201804）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者對于汽車的需求不再僅僅局限于功能性，而是更加注重產(chǎn)品的整體品質(zhì)。其中，作為車輛NVH特性的第一印象，關(guān)門聲有著非常重要的影響作用。因為其聲品質(zhì)的好壞，一定程度上反應(yīng)了整車的品質(zhì)，甚至有時候左右了顧客的購買意愿。所以，國內(nèi)外對于汽車關(guān)門聲品質(zhì)都做了大量的主觀評價和客觀分析研究[1―3]。

而在車輛關(guān)門聲研究中，為能更好地模擬人耳的實際聽覺進(jìn)行采樣分析，研究人員經(jīng)常使用雙耳數(shù)字人工頭進(jìn)行采樣。在對其采樣的聲樣本進(jìn)行客觀評價時，雙耳所測得的響度、尖銳度等客觀評價參數(shù)通常并不一樣。對于這種雙耳異響的情況，國內(nèi)外聲學(xué)工作者均提出了各種算法模型來量化其總體感知[4]。

本文中結(jié)合了總體感知模型以及關(guān)門聲客觀評價方法，測量并分析了人工頭與車身角度在關(guān)門聲試驗對雙耳測試結(jié)果及總體感知的影響。

1 車輛關(guān)門聲的客觀評價

1.1 人工頭的使用

人工頭，又稱仿真頭，通常為木料或塑料制成的假人頭[5]，有些還配有模擬耳廓和軀干。人工頭耳道內(nèi)，分別裝有全指向性傳聲器。仿真頭考慮了頭部、軀干、肩部和耳廓對聲場特性的影響，并模擬了人耳的濾波特性；聲音信號傳至人工頭左右耳道內(nèi)的傳聲器時，具有時間差和空間差，從而實現(xiàn)了模擬人的實際聽覺效果來錄音。這樣，在聲信號重放和客觀分析時，才能獲得很好的逼真度和立體聲效果。

1.2 客觀評價參數(shù)

車輛關(guān)門聲的采樣應(yīng)在背景噪聲低的環(huán)境中進(jìn)行，例如在半消聲室內(nèi)。車外測量時，人工頭等測試設(shè)備的安放位置應(yīng)模擬人體所處的感受位置。通常選取距離車身1 m、高度1.6 m的位置，人工頭應(yīng)正對車身門鎖，如圖1所示?？紤]到車輛經(jīng)常停放在比較狹窄的空間內(nèi)，也可選取距離車身0.4 m的位置。車內(nèi)測量時，則選取駕駛員或副駕駛的位置。關(guān)門速度一般采用等關(guān)門速度或等關(guān)門力度進(jìn)行控制。根據(jù)車輛型號、車門重量等差異，同等關(guān)門速度下，實際關(guān)門力度的差異相差可能很大。

圖1 車外關(guān)門聲的客觀測試Fig.1 The test of outside door closure sound

目前，研究車門聲品質(zhì)，常用的客觀評價指標(biāo)有聲壓級、響度峰值和尖銳度峰值等。其中，響度和尖銳度是用以反映人對聲音感知的心理聲學(xué)參數(shù)。經(jīng)研究表明，主觀評價好的車門關(guān)閉聲有著共同的客觀特征，各客觀評價參數(shù)(響度、尖銳度)數(shù)值均較小。但目前，心理聲學(xué)的分析仍有許多不足之處，僅從指標(biāo)上對關(guān)門聲進(jìn)行客觀評價是不夠的，必須與主觀評價相結(jié)合。

1.3 雙耳測試時的總體感知

關(guān)注雙耳測試結(jié)果的總體感知，除了可以簡化關(guān)門聲的評價量，更重要的意義在于可以更真實地模擬人的聽覺感受。

聽覺響度特征一直是心理聲學(xué)基礎(chǔ)研究的重要方面，其中對于雙耳異響下的響度感知，國內(nèi)外聲學(xué)工作者也進(jìn)行了大量的研究工作。Chouard結(jié)合車內(nèi)噪聲對雙耳異響的聽覺感知進(jìn)行了研究[6]，認(rèn)為人耳總體響度感知等于左右耳響度的算術(shù)平均值。而Sivonen在對方向性入射聲源的響度感知進(jìn)行了研究，并給出了不同的意見[7][8]，認(rèn)為雙耳異響條件下的總體響度感知與左右耳之間的響度差異有關(guān)。雙耳間的響度差異越大，聽覺的總體響度感知高出雙耳響度的算術(shù)平均值越多。Moore等人根據(jù)研究提出了雙耳響度的疊加模型[9][10]，可以對雙耳異響條件下的總體響度感知進(jìn)行計算。

目前，國內(nèi)對于雙耳異響條件下的總體響度感知也做了不少研究[11]，根據(jù)張潔等人的研究結(jié)論，在雙耳異響條件下，總體響度感知受頻率的影響并不明顯，并高于雙耳聲壓級算術(shù)平均值所對應(yīng)的響度級，且隨著聲壓級差的增大，兩者間差值增大，印證了Moore等人的研究結(jié)論。并提出以下響度疊加的數(shù)學(xué)模型

式中，NEQ為總體響度感知值，NM為雙耳響度的算術(shù)平均值，ILD為雙耳間聲壓級差。本文中，采用公式(1)作為其總體響度感知的計算公式。

尖銳度是描述高頻成分在聲音頻譜中所占比例的參數(shù)，反映著聲音信號的刺耳程度。目前，關(guān)于尖銳度的雙耳總體感知研究較少。本文中，采用雙耳尖銳度的算術(shù)平均值作為其總體感知。

2 關(guān)門聲入射角度對雙耳測試結(jié)果的影響

為檢查聲音入射角度對雙耳測試時所得測量結(jié)果的影響，本文采用十二種入射角度：分別為0°(以人工頭正對車門為0°，逆時針旋轉(zhuǎn)為正向)，±30°，±60°，±90°，±120°，±150°和180°，如圖2所示。工況采用彈性皮條控制關(guān)門能量，并使用關(guān)門速度儀監(jiān)控實驗過程中的關(guān)門速度。實驗過程中采用等關(guān)門速度控制，均為1.2 m/s。

圖2 不同入射角度下，車外關(guān)門聲的客觀測試Fig.2 The test of outside door closure sound at different incidence angle

實驗結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示，隨著關(guān)門聲入射角度的改變，從0°至180°，聲壓級、響度和尖銳度，靠近車門的一側(cè)均是先升高后降低，另一側(cè)則相反。其中，聲壓級的變化隨著關(guān)門聲入射角度變化較小，最大變化量約6%左右；但響度和尖銳度的變化均較大，最大變化量約35%左右。較小角度時(±30°)，聲壓級的變化量僅2%左右，而響度變化量則達(dá)到9%左右，尖銳度變化量約4%；也就是說，小角度旋轉(zhuǎn)時，響度隨聲音入射角度的變化最敏感。

圖3 左右耳聲壓級隨關(guān)門聲入射角度的變化趨勢Fig.3 The trend of binaural SPL at different incidence angle

圖4 左右耳響度隨關(guān)門聲入射角度的變化趨勢Fig.4 The trend of binauralloudnessatdifferentincidenceangle

圖5 左右耳尖銳度隨關(guān)門聲入射角度的變化趨勢Fig.5 Thetrend of binauralsharpnessatdifferentincidenceangle

3 關(guān)門聲入射角度對雙耳總體感知指標(biāo)的影響

根據(jù)前文所述的總體感知計算方法，可得雙耳總體感知隨關(guān)門聲入射角度的變化趨勢。

圖6 響度總體感知隨關(guān)門聲入射角度的變化趨勢Fig.6 The loudness trend of overall perception at different incidence angle

圖7 尖銳度總體感知隨關(guān)門聲入射角度的變化趨勢Fig.7 The sharpness trend of overall perception at different incidence angle

由圖6中可以看出，隨關(guān)門聲入射角度從0°偏轉(zhuǎn)至120°，總體感知響度降低，但變化不大，約2 Sone GF；從120°至180°，總體感知響度略有上升；其中180°時，總體響度感知比0°降低約5%左右。由圖7可以看出，隨關(guān)門聲入射角度從0°偏轉(zhuǎn)至120°，總體感知尖銳度降低；從120°至180°總體感知尖銳度升高；其中180°時，總體尖銳度感知與0°時接近，約2%左右。人工頭偏轉(zhuǎn)較小角度時(±30度)，雖然單耳的響度和尖銳度變化量均較大，但總體感知均變化不大，約2%左右；且考慮到聲壓級變化很小，響度總體感知的修正項，此時響度的總體感知也可直接采用左右耳響度的算術(shù)平均值。

由圖6和圖7可以看出，雖然存在一定的實驗誤差，左右耳對聲音的感知基本上是對稱的。也就是說，同樣入射角度下，正時針和逆時針旋轉(zhuǎn)所測得的總體響度感知和總體尖銳度感知是一樣的。故可以通過將正時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)所測得的數(shù)據(jù)予以綜合，從而得到關(guān)門聲實驗中，總體感知隨偏轉(zhuǎn)角度的變化，如圖8和圖9所示。

圖8 響度總體感知與關(guān)門聲入射角度的關(guān)系Fig.8 The loudness trend of overall perception at different incidence angle

圖9 尖銳度總體感知與關(guān)門聲入射角度的關(guān)系Fig.8 The sharpness trend of overall perception at different incidence angle

4 結(jié)語

本文主要考察了汽車關(guān)門聲在不同入射角度時(以人工頭正對車門為0°)，雙耳測試結(jié)果及總體感知的變化。結(jié)果表明：

(1)在關(guān)門聲樣本采集時，改變?nèi)斯ゎ^與車身側(cè)面的角度，單耳響度峰值和尖銳度峰值均變化較大，其中靠近聲源的一側(cè)，響度和尖銳度增大，偏離聲源的一側(cè)，響度和尖銳度減??；

(2)隨關(guān)門聲入射角度增大，總體感知響度和總體感知尖銳度先降低，隨后升高。角度為180°時(最大夾角)，總體感知響度比0度時小，而總體感知尖銳度與0°時接近；

(3)關(guān)門聲客觀評價實驗中，改變?nèi)斯ゎ^與車門的角度在±30°以內(nèi)，雙耳響度和尖銳度的總體感知變化均不大，小于2%；故在關(guān)門聲客觀評價時，可不考慮角度的影響，而直接采用雙耳測試結(jié)果的平均值，作為響度、尖銳度等客觀評價指標(biāo)的總體感知。

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