小型揚聲器感知低音的主客觀評價分析

宋 亮，張婧穎，謝凌云

（中國傳媒大學(xué)傳播聲學(xué)研究所，北京 100024）

小型揚聲器感知低音的主客觀評價分析

宋 亮，張婧穎，謝凌云

（中國傳媒大學(xué)傳播聲學(xué)研究所，北京 100024）

針對小型揚聲器，通過語義調(diào)查分析得到渾厚感、厚實度和力度感等適合用來評價其低音聽感的主觀評價術(shù)語，并依據(jù)音源制作規(guī)范和主觀評價實驗確定適合用來做低音聽感評價的音源素材。進而對5只尺寸不同的小型揚聲器進行低音聽感主觀評價實驗，了解現(xiàn)階段小型揚聲器低音放音的現(xiàn)狀。最后對其進行客觀參數(shù)測量以及主客觀參數(shù)關(guān)聯(lián)性分析。結(jié)果表明：小型揚聲器的前沿瞬態(tài)時間與其低音感知的各項主觀評價參數(shù)相關(guān)性較大，頻響平滑度參數(shù)也有一定關(guān)聯(lián)。

小型揚聲器；感知低音；主觀評價；客觀評價

1 引言

揚聲器低頻部分的重放能力是用來判別揚聲器性能好壞的一個重要指標(biāo)，也是電聲器件設(shè)計的一個熱點和重點問題。小型揚聲器因為其本身物理尺寸等客觀條件的制約，其低頻部分重放能力不理想成為該領(lǐng)域迫切需要研究和解決的典型問題。對于小型揚聲器低音感知方面的研究，目前主要包括硬件本身的設(shè)計改進以及使用算法程序優(yōu)化這兩個方面。但是，對于小型揚聲器的低音聽感進行的主觀評價及分析還較少，暫時也沒有較為明確的主觀評價用語。

本文針對小型揚聲器，通過語義調(diào)查分析得到渾厚感、厚實度和力度感等適合用來評價其低音聽感的主觀評價術(shù)語；并通過系列范疇法等主觀實驗確定適合用來做低音聽感評價的音源素材；然后對5只尺寸不同的小型揚聲器進行低音聽感主觀評價實驗以及客觀參數(shù)分析；最后對小型揚聲器的主客觀參數(shù)進行關(guān)聯(lián)性分析。

2 低音主觀評價術(shù)語與音源

2.1 語義調(diào)查分析

參考揚聲器主觀評價的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]，同時考慮小型揚聲器實際的低音感知現(xiàn)狀，本次語義調(diào)查中列出的低音聽感評價用語包括力度感、渾厚感、厚實度、震撼度、低音層次感、粗獷度等共22項。調(diào)查問卷需要被調(diào)查者對每一項用語進行1分至5分的評價打分。為確保語義調(diào)查的普適性和客觀性，所有的評價用語隨機地呈現(xiàn)給被調(diào)查者。被調(diào)查者共50人，調(diào)查問卷收回49份，有效率為98.0%。同時，對被調(diào)查者的性別以及是否具有揚聲器聽音評價經(jīng)驗進行分類統(tǒng)計，如表1和表2。

對結(jié)果進行顯著性檢驗[2]，顯著性水平α取0.05。首先，用F檢驗的雙樣本方差分析，檢驗樣本的方差是否具有顯著性差異，按照是否有聽音經(jīng)驗統(tǒng)計的結(jié)果P=0.162 5，按照性別統(tǒng)計的結(jié)果P=0.136 9，均大于α。因此，結(jié)果方差無顯著性差異。再進行等方差雙樣本T檢驗，兩類統(tǒng)計的結(jié)果分別為P=0.094 2與P=0.128 1，均大于α，因此得出被調(diào)查者的性別以及是否有過聽音經(jīng)驗對調(diào)查結(jié)果的影響不大。

對調(diào)查結(jié)果進行統(tǒng)計分析，結(jié)果數(shù)據(jù)進行歸一化處理后[3]，各個評價用語對于評價小型揚聲器低音聽感的適合程度如圖1所示。

由圖中結(jié)果得出，最適合用來評價小型揚聲器低音效果的主觀評價術(shù)語為以下三個：7號渾厚感、12號厚實度和1號力度感，其次為低音飽滿度和低音層次感。渾厚感，用來形容低音有氣勢，給人以震撼的感覺。厚實度，用來形容低音豐滿充實，能給人結(jié)實厚重的感覺。力度感，用來形容低音有力量不拖沓，給人堅實有力的感覺。除此之外，也可以考慮加入低音層次感和低音飽滿度。低音飽滿度，用來形容低音豐滿充盈，給人共鳴或溫暖的感覺。低音層次感，用來形容低音層次分明，不渾濁。

2.2 低音主觀評價的音源確定

依據(jù)電聲產(chǎn)品聲音質(zhì)量主觀評價用節(jié)目源編輯制作規(guī)范[4]，綜合考慮小型揚聲器的使用場景，選擇20首曲目作為低音主觀評價的備選音源素材，如表3。主觀評價實驗采用系列范疇法，具有聽音經(jīng)驗的21名被試需要判別這些音源素材是否適合用來評價低音放音效果的五項術(shù)語——渾厚感、厚實度、力度感、低音層次感、低音豐滿度。

表1 被調(diào)查者性別構(gòu)成

圖1 主觀評價術(shù)語調(diào)查結(jié)果

圖2 渾厚感音源素材適合程度評價結(jié)果

表3 低音感知主觀評價音源列表

其中，渾厚感音源素材適合程度的評價結(jié)果如圖2所示。最終得到的結(jié)果為：渾厚感，藏族樂曲《法會·歌舞·凈土》片段，時長1：03；厚實度，民樂打擊樂《塵鼓》片段，時長0：57；力度感，交響樂曲《The Sinking》片段，時長0：34；低音層次感，藏族樂曲《阿姐鼓》片段，時長0：36；低音豐滿度，流行音樂《渡口》片段，時長0：58。

3 小型揚聲器低音感知分析

3.1 低音感知主觀實驗

主觀實驗選取5只不同的國產(chǎn)小型揚聲器單元（4英寸×2、3英寸×2、2英寸×1），分別編號1至5，參考聲系統(tǒng)設(shè)備的揚聲器聽音試驗標(biāo)準(zhǔn)[5]，對其低音放音效果進行主觀評價。聽音實驗在消聲室內(nèi)進行，使用上述得到的評價指標(biāo)及評價音源，采用對偶比較法對揚聲器低音聽感的五個指標(biāo)進行評價，并通過系列范疇法對其整體低音聽感進行評價。

為了確保實驗的可靠性及一致性，每次實驗僅允許兩個人同時進行。被試為中國傳媒大學(xué)聲頻專業(yè)研究生，共21人，聽力正常。通過對實驗數(shù)據(jù)的處理，得到5只揚聲器單元的低音評價結(jié)果，如表4與圖3所示。

根據(jù)上述主觀評價結(jié)果看出，1號、2號揚聲器在渾厚感、厚實度、力度感上均表現(xiàn)較好，2號揚聲器在整體低音聽感評價中得到的評價最高，1號揚聲器次之。3號揚聲器在渾厚感和低音層次感上得到的評價最低，5號揚聲器在厚實度、力度感和低音豐滿度上得到的評價最低，這兩款揚聲器在整體低音聽感上得到評價也是最低的。從主觀評價結(jié)果來看，實驗選取的小型揚聲器的低音聽感整體上并不能讓人滿意。

3.2 主客觀參數(shù)相關(guān)性分析

參照聲系統(tǒng)設(shè)備的揚聲器主要性能測試方法[6]，以及南京大學(xué)劉紫對于小型揚聲器感知音質(zhì)的研究分析[7]，確定本次進行測量的小型揚聲器參數(shù)為：頻響特性、頻響平滑度[8]、前沿瞬態(tài)特性以及后沿瞬態(tài)特性。

實驗中所有小型揚聲器的測量均在消聲室中進行，測量傳聲器放置在距離小型揚聲器0.5 m的位置。首先測得小型揚聲器的頻響曲線，如圖4所示，為1號揚聲器的頻響特性曲線。

Olive使用了六個獨立變量來描述揚聲器的客觀測量特征，其中與揚聲器頻響曲線關(guān)系較為密切的特征參數(shù)為頻響平滑度SM（Smoothness），其定義如下[9]：

其中，n代表此回歸曲線模型中用到的數(shù)據(jù)點個數(shù)，X與Y分別代表回歸曲線模型中測得與估計的幅值，本次計算采用了低頻段100 Hz至1 000 Hz區(qū)間中等間隔的10個點。由此得到上述5只小型揚聲器的頻響平滑度結(jié)果如圖5所示，并分析其與各項主觀評價參數(shù)之間的相關(guān)性，如圖6所示。

通過上述分析結(jié)果可以得到，整體低音聽感表現(xiàn)較好的1號、2號揚聲器的頻響平滑度參數(shù)是要優(yōu)于其他揚聲器的。平滑度參數(shù)最低的3號揚聲器，其在厚實度、力度感上的主觀評價結(jié)果都是較差的。另外，平滑度參數(shù)與各項主觀評價參數(shù)之間均呈現(xiàn)出了一定的相關(guān)性，尤其是與厚實度的相關(guān)系數(shù)最大。

前沿瞬態(tài)特性和后沿瞬態(tài)特性可以通過猝發(fā)聲實驗得到[10]，猝發(fā)聲信號的長度為20個周期的正弦信號，選取的猝發(fā)聲頻率為200 Hz、300 Hz……1 000 Hz共9個。把測得的信號轉(zhuǎn)化為能量曲線，曲線開始由0到達穩(wěn)態(tài)所對應(yīng)的時間除以該頻率下20個周期正弦信號所對應(yīng)的時間為該頻率下的前沿瞬態(tài)時間；在曲線后部由穩(wěn)定階段開始下降至衰減10 dB所對應(yīng)的時間為該頻率下的后沿瞬態(tài)時間。前沿瞬態(tài)時間和后沿瞬態(tài)時間分別用其各頻率瞬態(tài)時間之和表示，如表5所示。

表4 各主觀評價參數(shù)評價結(jié)果

圖3 整體低音聽感評價結(jié)果

圖4 小型揚聲器頻響曲線

圖5 小型揚聲器頻響平滑度

圖6 平滑度與低音聽感參數(shù)的相關(guān)性

圖7 瞬態(tài)時間與低音聽感主觀參數(shù)相關(guān)性分析

表5 小型揚聲器瞬態(tài)時間

利用上述瞬態(tài)特性測量數(shù)據(jù)，結(jié)合低音主觀聽感評價結(jié)果對這5只小型揚聲器進行排序，并與渾厚感、厚實度、力度感、低音層次感、低音豐滿度和整體低音感知五項主觀評價結(jié)果進行相關(guān)性分析，得到的結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯?，小型揚聲器的前沿瞬態(tài)時間與其低音感知的各項主觀評價參數(shù)相關(guān)性較大，尤其是與厚實度和渾厚感這兩項的相關(guān)系數(shù)較高，后沿瞬態(tài)時間和各項主觀評價參數(shù)之間的相關(guān)性相對較弱。

4 小結(jié)

本文通過語義調(diào)查分析得到了渾厚感、厚實度和力度感等適合用來評價小型揚聲器低音聽感的主觀評價術(shù)語，并依據(jù)音源制作規(guī)范和主觀評價實驗確定了適合用來進行低音聽感評價的音源素材。通過主觀評價實驗的結(jié)果得出，實驗選取的5只小型揚聲器的低音聽感整體上并不能讓人滿意，一定程度上也反映了現(xiàn)階段小型揚聲器低音不足的現(xiàn)狀。通過主、客觀參數(shù)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：小型揚聲器的前沿瞬態(tài)時間與其低音感知的各項主觀評價參數(shù)相關(guān)性較大，尤其是與厚實度和渾厚感這兩項的相關(guān)系數(shù)最高，頻響平滑度參數(shù)與厚實度的相關(guān)系數(shù)最大。上述的分析及測量為改善小型揚聲器的低音放音效果提供了參考和依據(jù)。

[1] ANSI S4.56-1997. 專業(yè)音頻設(shè)備的推薦操作規(guī)程. 揚聲器的主觀評價[S].

[2] 余建英. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與SPSS應(yīng)用[M]. 人民郵電出版社,2003.

[3] 孟子厚. 音質(zhì)主觀評價的實驗心理學(xué)方法[M]. 國防工業(yè)出版社,2008.

[4] GB/T 10240-1988. 電聲產(chǎn)品聲音質(zhì)量主觀評價用節(jié)目源編輯制作規(guī)范 [S].

[5] GB/T 12060.13-2011. 聲系統(tǒng)設(shè)備.第13部分:揚聲器聽音試驗[S].

[6] GB/T 12060.5-2011. 聲系統(tǒng)設(shè)備.第5部分:揚聲器主要性能測試方法 [S].

[7] 劉紫,沈勇,王思理,沈堅. 用客觀測量數(shù)據(jù)預(yù)測微型揚聲器感知音質(zhì)的復(fù)回歸模型(英文)[J]. 南京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012(5).

[8] Olive SE. A multiple regression model for predicting loudspeaker preference using objective measurements:Part I-Listening test results[C]. Audio Engineering Society Convention 116. Audio Engineering Society,2004.

[9] Olive SE. A multiple regression model for predicting loudspeaker preference using objective measurements:Part II-Development of the model[C]. Audio Engineering Society Convention 117. Audio Engineering Society,2004.

[10] 齊娜,孟子厚. 聲頻聲學(xué)測量技術(shù)原理[M]. 國防工業(yè)出版社,2008.

（編輯 薛云霞）

Subjective and Objective Analysis on Perceived Bass of Small Speakers

SONG Liang, ZHANG Jing-ying, XIE Ling-yun
(Communication Acoustics Laboratory, Communication University of China, Beijing 100024, China)

In this paper, the anthor uses semantic analysis and investigation to find appropriate expressions for small speakers' subjective evaluation. Then based on audio production norms and subjective evaluation experiments, the appropriate source material for evaluation was selected. In order to understand the current situation of the bass playback on small speakers, five different sizes of small speakers were evaluated. Finally, the author uses an objective parameter measurements and correlation analysis of subjective and objective parameters for small speakers. The results showed that a small speaker's transient time had strong correlation with subjective evaluation, and frequency response smoothness was also relevant.

small speakers; perception bass; objective evaluation; subjective evaluation

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.04.003