汽車?yán)嚷暺焚|(zhì)主觀評(píng)價(jià)與分析*

徐中明，張 芳，周小林，李傳兵，雷應(yīng)鋒

(1.重慶大學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030; 2.汽車噪聲振動(dòng)和安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400039)

前言

汽車?yán)嚷暿怯糜谲?人及車輛間溝通信息的語言，提示和警告作用是它的首要功能［1］。雖然喇叭在保證安全行駛和避免交通事故方面發(fā)揮著積極的作用，但同時(shí)也嚴(yán)重影響了人們的日常生活。為降低喇叭聲帶來的不良影響，國內(nèi)外在健全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)方面做了很多工作，通過法規(guī)約束、降低喇叭工作電流和調(diào)整喇叭結(jié)構(gòu)等途徑來降低其噪聲［2］，但仍不能完全滿足人們對(duì)其聲音品質(zhì)的要求。人們迫切希望在不失去喇叭最基本功能的前提下，能夠聽到令人舒心的悅耳警鳴聲，同時(shí)制造商也希望擁有具備品牌效應(yīng)的喇叭［3-4］。

聲品質(zhì)的研究是針對(duì)人們對(duì)產(chǎn)品聲音特性做出偏好或煩躁評(píng)價(jià)的一種最直接的方法［5］。近年來聲品質(zhì)的研究已經(jīng)涉及各個(gè)方面，尤其在汽車領(lǐng)域，從整車的舒適性研究到各零部件的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)，聲品質(zhì)的研究不斷發(fā)展成熟。作為聲音最終的接受者和最直接的反映者，人對(duì)聲音的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果不僅能為聲品質(zhì)的改進(jìn)提供最直接的指導(dǎo)，也能驗(yàn)證客觀評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性［6］，所以一個(gè)完整的聲品質(zhì)研究初期必須進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)研究。

參照國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)13輛不同品牌和價(jià)位的乘用車?yán)冗M(jìn)行聲樣本的采集和處理，針對(duì)樣本特點(diǎn)和分析要求，確定喇叭聲品質(zhì)的評(píng)價(jià)詞匯，在此基礎(chǔ)上編寫了界面友好和操作靈活的主觀評(píng)價(jià)程序，并采用成對(duì)比較法完成主觀偏好性試驗(yàn)。最后計(jì)算各樣本的主要心理聲學(xué)客觀參量，并通過主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參量之間的聯(lián)系，建立主客觀偏好性模型，找出影響人們主觀評(píng)價(jià)的主要因素，為今后喇叭聲品質(zhì)的改進(jìn)研究帶來幫助。

1 汽車?yán)戎饔^評(píng)價(jià)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)樣本的采集和預(yù)處理

樣本采集試驗(yàn)按照GB 15742《機(jī)動(dòng)車用喇叭的性能要求及實(shí)驗(yàn)方法》，分別對(duì)13輛樣車在正前方7m處及其右側(cè)30°兩個(gè)位置進(jìn)行測試，采用B＆K公司的雙耳傳聲器(Binaural Microphone Type 4101)記錄實(shí)際條件下的雙耳噪聲信號(hào)，采樣頻率為44100Hz。由一名經(jīng)過訓(xùn)練的試驗(yàn)人員統(tǒng)一進(jìn)行操作，對(duì)同一型號(hào)的車輛重復(fù)采樣3次，樣本采集時(shí)間為10s。汽車?yán)嚷曇魵v時(shí)較短，本著記錄完整單個(gè)事件的原則對(duì)樣本進(jìn)行截取和預(yù)處理，最終選取15個(gè)合理有效的樣本進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

1.2 主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 評(píng)價(jià)詞匯的確定

不同文化背景的人，對(duì)同樣的評(píng)價(jià)詞匯可能有不同的理解。針對(duì)不同的研究內(nèi)容和研究對(duì)象，人們所關(guān)注的重點(diǎn)也有所不同。在噪聲評(píng)價(jià)用語方面，文獻(xiàn)［7］和文獻(xiàn)［8］中針對(duì)近鄰噪聲和車內(nèi)噪聲的評(píng)價(jià)術(shù)語做了社會(huì)調(diào)查和研究。鑒于喇叭聲品質(zhì)的研究比較少，有必要針對(duì)喇叭自身的聲音特點(diǎn)和人們所關(guān)注的重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查研究，建立適宜大眾理解和關(guān)心的評(píng)價(jià)詞匯。由喇叭聲品質(zhì)的基礎(chǔ)研究結(jié)果得出，抖動(dòng)度對(duì)其聲品質(zhì)影響較小，因此詞匯調(diào)查著重考察響度、尖銳度、粗糙度和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。詞匯調(diào)查統(tǒng)計(jì)表如表1所示，共有近200名人員參加了詞匯的調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果由使用較多和關(guān)注度較高的詞匯作為喇叭聲品質(zhì)主觀試驗(yàn)的評(píng)價(jià)詞匯，在表中由黑體標(biāo)出，也為以后的工作打下基礎(chǔ)。

1.2.2 評(píng)價(jià)方法的選擇

表1 喇叭聲品質(zhì)評(píng)價(jià)詞匯調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法有排序法、評(píng)分法、成對(duì)比較法、語義細(xì)分法、多維尺度法和個(gè)性測試法等［8］。評(píng)價(jià)方法根據(jù)評(píng)價(jià)任務(wù)和要求的不同來確定，針對(duì)不同的測試內(nèi)容采用與之相適應(yīng)的評(píng)價(jià)方法。根據(jù)此次試驗(yàn)?zāi)康?，選擇成對(duì)比較法對(duì)汽車?yán)鹊钠眯赃M(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。成對(duì)比較法又稱A/B比較法，它是將聲音樣本成對(duì)地對(duì)比播放，聽者據(jù)此作出相關(guān)的比較評(píng)價(jià)［9］。由于全矩陣評(píng)價(jià)導(dǎo)致評(píng)價(jià)人員聽音次數(shù)較多，因此主觀評(píng)價(jià)時(shí)采用半角矩陣(對(duì)于15個(gè)聲樣本的半角矩陣，評(píng)價(jià)對(duì)數(shù)為(152-15)/2=105對(duì))，即樣本對(duì)I和J中僅評(píng)價(jià)IJ對(duì)，不評(píng)價(jià)J-I對(duì)?？紤]到對(duì)數(shù)據(jù)可靠性和有效性檢驗(yàn)的要求，評(píng)價(jià)樣本對(duì)中增加了14對(duì)不同回放順序J-I和15對(duì)相同樣本I-I的評(píng)價(jià)對(duì)，作為對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)者評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性的驗(yàn)證，因此共134對(duì)評(píng)價(jià)樣本對(duì)。

1.2.3 評(píng)價(jià)者的確定及培訓(xùn)

結(jié)合國外經(jīng)驗(yàn)［10］和本次試驗(yàn)具體任務(wù)，選取了22名評(píng)價(jià)者進(jìn)行主觀試驗(yàn)，其中男性17名，女性5名，且多數(shù)評(píng)價(jià)者為車輛專業(yè)的研究生。這22名評(píng)價(jià)者均參加了表1評(píng)價(jià)詞匯的調(diào)查，對(duì)試驗(yàn)的所有聲樣本有一個(gè)總體的認(rèn)知和感受，有助于主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)的順利進(jìn)行。試驗(yàn)前，專門對(duì)評(píng)價(jià)者做了聲品質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)和試驗(yàn)內(nèi)容的集體培訓(xùn)，詳解并發(fā)放評(píng)價(jià)任務(wù)說明書，要求受測者對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)閱讀，確保試驗(yàn)的正確性和可信度。

2 主觀評(píng)價(jià)程序編寫

由于成對(duì)比較法須評(píng)價(jià)的樣本對(duì)數(shù)多，數(shù)據(jù)處理較麻煩，且部分評(píng)價(jià)者不能完全理解試驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果缺乏可靠性并影響數(shù)據(jù)處理的效率。因此，有必要建立簡單方便并直觀的評(píng)價(jià)軟件以指引受測者。

在LABVIEW平臺(tái)上開發(fā)了適用于成對(duì)比較法的主觀評(píng)價(jià)程序，如圖1所示。為便于操作并有助于后續(xù)數(shù)據(jù)的處理，程序編寫遵循了事件驅(qū)動(dòng)和功能模塊化的基本原則，評(píng)價(jià)人員可自由決定相關(guān)播放參數(shù)，并注重播放和打分模塊的邏輯性，使測試過程簡單且便于評(píng)價(jià)人員做任何必要的修改。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)是一個(gè)心理測驗(yàn)的過程，為得到準(zhǔn)確可靠的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的一致性分析，剔除不可靠數(shù)據(jù)。常見的錯(cuò)誤有相同聲事件比較錯(cuò)誤、不同回放順序的比較錯(cuò)誤和三角循環(huán)誤判3種。

相同聲事件I-I錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，由于不同喇叭聲樣本間有一定的差別，并且比較容易區(qū)分，所以相同聲事件比較(I-I比較)錯(cuò)誤次數(shù)為0，在分析時(shí)忽略此種類型錯(cuò)誤。不同回放順序的比較(IJ-JI)錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)和三角循環(huán)誤判(I-J-K)的概率通過MATLAB得到。得到3種聲事件錯(cuò)誤概率后，采用計(jì)權(quán)一致性系數(shù)ξ進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，其計(jì)算公式［8］為

式中:Cw為計(jì)權(quán)誤判率;Ci為第i種誤判實(shí)際產(chǎn)生的誤判率;Ei為第i種誤判可能產(chǎn)生的次數(shù)。

最終的計(jì)權(quán)誤判率和一致性系數(shù)計(jì)算過程如表2所示。評(píng)價(jià)結(jié)果中約有10%評(píng)價(jià)者的結(jié)果應(yīng)予以剔除，計(jì)權(quán)一致性系數(shù)在0.7～0.8以上，結(jié)果的可靠性才比較高，分析的結(jié)果才能更準(zhǔn)確反映真實(shí)情況［11］?？紤]到各種因素的影響，最終剔除評(píng)價(jià)者3和15，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析在一致性系數(shù)較高的數(shù)據(jù)中進(jìn)行，滿足要求的平均一致性系數(shù)高達(dá)0.908，評(píng)價(jià)結(jié)果可靠有效。

表2 計(jì)權(quán)一致性系數(shù)表

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

以各評(píng)價(jià)人員選擇某一聲樣本的次數(shù)作為該評(píng)價(jià)者對(duì)該事件的得分值［8］，樣本I的最終分值為所有20名有效評(píng)價(jià)者的平均值。最后得到15個(gè)樣本的最終偏好性得分值，如表3所示。為更直觀地反映出各樣本的具體分值，將其進(jìn)行排序分析，如圖2所示。由圖可見，評(píng)價(jià)較好的樣本分別是13、6和12，較差的樣本為2和14。所有車型中，評(píng)價(jià)較好的樣本并不都是較貴的車型，最差的樣本也不是最便宜的車型。由此可見并非檔次和價(jià)位高車型的喇叭就一定具有人們喜愛的聲品質(zhì)。

表3 樣本偏好性得分值

4 主客觀偏好性模型建立

主觀評(píng)價(jià)的目的除比較噪聲主觀指標(biāo)的優(yōu)劣和為噪聲的改善設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)外，更重要的是尋求主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀計(jì)算參量之間的關(guān)系，建立其回歸預(yù)測模型，為改進(jìn)噪聲的計(jì)算參量提供依據(jù)。并且通過預(yù)測模型對(duì)同類聲事件的偏好性進(jìn)行評(píng)估，可以節(jié)省大量的主觀試驗(yàn)時(shí)間和成本。

4.1 主客觀之間的相關(guān)關(guān)系

為了研究汽車?yán)嚷暺焚|(zhì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參量之間的密切關(guān)系，在SPSS軟件中對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀參量計(jì)算結(jié)果(表4)間做了單相關(guān)和偏相關(guān)分析，如表5所示。

從單相關(guān)關(guān)系列表中可以看出，主觀偏好性得分值與尖銳度的關(guān)系最為密切，其次是聲壓級(jí)，與粗糙度的相關(guān)關(guān)系不大。從偏相關(guān)關(guān)系中可得出各客觀參量間相互影響，尤其是粗糙度受其它幾個(gè)參量的影響，主要受響度和A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)的影響，它們都由原來的正相關(guān)變?yōu)樨?fù)相關(guān)。但它們之間的線性關(guān)系并不很理想，建立主客觀關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，必須對(duì)數(shù)據(jù)做必要的處理。

表4 各樣本主要客觀參量

表5 偏好性得分值與各參量之間的相關(guān)關(guān)系

4.2 主客觀的偏好性模型

偏好性模型建立在主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與各參量相關(guān)關(guān)系基礎(chǔ)上，是對(duì)具有相關(guān)關(guān)系的兩個(gè)或多個(gè)變量之間數(shù)量變化的一般關(guān)系進(jìn)行測定，確定一個(gè)合適的數(shù)學(xué)模型，以便從一個(gè)已知量來推斷另一個(gè)未知量［12］。對(duì)表4各樣本的主要客觀參量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分別取其對(duì)數(shù)，通過用新變量替換原模型中變量的對(duì)數(shù)，從而使原模型變換為線性相關(guān)度較高的模型，再做多元線性回歸分析。采用逐步回歸法逐個(gè)引入變量，具體方法和步驟如表6所示。每進(jìn)入一個(gè)自變量都要進(jìn)行F檢驗(yàn)，反復(fù)進(jìn)行，直到既沒有不顯著的變量進(jìn)入回歸方程，也沒有顯著自變量從回歸方程中剔除為止。

表6 變量輸入輸出表

為便于對(duì)比，變量變換前后的回歸方程及相關(guān)檢驗(yàn)信息列于表7中。衡量方程擬合程度優(yōu)劣的常用指標(biāo)R值越接近1，說明回歸方程的擬合度越高。變量變換后，R值明顯提高，比原回歸方程具有更好的擬合度，且F檢驗(yàn)時(shí)P值均小于0.05。最終確定喇叭聲品質(zhì)偏好性數(shù)學(xué)模型為

式中:Ypref為汽車?yán)嚷暺焚|(zhì)的偏好性綜合指標(biāo)，其值越高，聲品質(zhì)越好;Xs為變量尖銳度;XdbA為變量聲壓級(jí)。

最后對(duì)偏好性模型進(jìn)行檢驗(yàn)，包括回歸方程的顯著性檢驗(yàn)、回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)和殘差分析等，結(jié)果如表7和表8所示，F(xiàn)小于0.05，回歸方程顯著相關(guān)?；貧w系數(shù)檢驗(yàn)中t值均大于t0.05，共線度檢驗(yàn)中，一般認(rèn)為，方差膨脹因子大于10時(shí)，就認(rèn)為存在多重，由表7可知，回歸方程不存在多重共線性，共線性診斷也滿足要求，說明此模型在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是有意義的。

表7 回歸方程及檢驗(yàn)

5 結(jié)論

(1)在對(duì)13輛乘用車?yán)嚷晿颖具M(jìn)行測試分析的基礎(chǔ)上，通過成對(duì)比較法對(duì)喇叭聲品質(zhì)進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)分析。經(jīng)調(diào)查研究得到，汽車?yán)嚷暺焚|(zhì)用“震耳的”、“刺耳的”、“沙啞的”和“偏好的”此類評(píng)價(jià)詞匯。主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果表明效果較好，與實(shí)際情況相符。

(2)在LABVIEW平臺(tái)上開發(fā)了適用于成對(duì)比較法的主觀評(píng)價(jià)程序，該程序操作靈活，簡單易懂，便于處理。評(píng)價(jià)結(jié)果較高的一致性系數(shù)說明該程序適合主觀評(píng)價(jià)者。

(3)通過主客觀相關(guān)和回歸分析，建立了喇叭聲品質(zhì)偏好性評(píng)價(jià)模型，該模型表明影響人們主觀評(píng)價(jià)結(jié)果最主要的因素是尖銳度，其次是聲壓級(jí)。

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