音響品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立及其運(yùn)用研究

向巍，秦麗，黃波，楊楠

（神龍汽車有限公司，湖北武漢 430056）

音響品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立及其運(yùn)用研究

向巍，秦麗，黃波，楊楠

（神龍汽車有限公司，湖北武漢 430056）

介紹一套適用于汽車音響音質(zhì)評(píng)價(jià)與分析工作的測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的組成、工作原理和應(yīng)用情況做了重點(diǎn)描述。

汽車音響；音質(zhì)；評(píng)價(jià)

音響品質(zhì)評(píng)價(jià)是音響導(dǎo)航產(chǎn)品開發(fā)工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其目的是通過主觀評(píng)價(jià)或科學(xué)分析的手段評(píng)價(jià)音響的音質(zhì)情況，以便更好地改善音響產(chǎn)品的整體品質(zhì)水平。為了適應(yīng)未來音響導(dǎo)航產(chǎn)品的開發(fā)需要，神龍公司建立了一套全新的音響品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。整套系統(tǒng)依據(jù)功能分為音頻數(shù)據(jù)采集、音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)和音響性能參數(shù)測(cè)量3個(gè)子系統(tǒng)，具備有便捷的操作方法、豐富的評(píng)價(jià)手段、自動(dòng)化的結(jié)果統(tǒng)計(jì)方式等優(yōu)點(diǎn)。本文分別對(duì)3個(gè)子系統(tǒng)的組成及原理予以介紹。

1 音頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

音頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)用于采集商品車上音響所播放的音頻信息，從而用于后續(xù)的回放和評(píng)價(jià)工作中。這種“先采集再回放”的模式解決了過去評(píng)價(jià)人員擁擠在商品車內(nèi)會(huì)干擾聲場(chǎng)環(huán)境的問題，提升了后續(xù)主觀評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的效率及評(píng)價(jià)結(jié)果的精確程度。

音頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由軟件和硬件兩個(gè)部分組成。硬件部分選用了德國HEAD acoustics公司的HMS IV.0高精度數(shù)字式信號(hào)采集系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的外形被設(shè)計(jì)成與真人軀干大小相似的人工頭形式，以便真實(shí)還原車內(nèi)原始聲場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)系統(tǒng)還配備了立體式麥克風(fēng)、內(nèi)置鋰電池、三維激光定位裝置等附件，從而更好地適應(yīng)車內(nèi)特殊的工作環(huán)境。系統(tǒng)的最高采樣率高達(dá)96kHz，頻率范圍為3Hz～20kHz，已經(jīng)可以無失真地對(duì)汽車音響的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

軟件部分選用了HEAD acoustics公司的RCVI采集軟件。這款軟件運(yùn)行在手持式PDA上，可以以藍(lán)牙連接的方式配置HMS IV.0系統(tǒng)的參數(shù)，并控制音頻數(shù)據(jù)采集過程。這種無線控制方式在操作時(shí)既簡單易行，又可避免測(cè)試人員待在車內(nèi)采集數(shù)據(jù)會(huì)干擾聲場(chǎng)環(huán)境的問題。

在使用音頻數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)時(shí)，需要首先將HMS IV.0人工頭放置在商品車內(nèi)，使用可調(diào)式底座、三維激光定位裝置等配件調(diào)整好人工頭的位置，并將其用安全帶固定在座椅上，隨后再通過藍(lán)牙連接至RCVI采集軟件。測(cè)試人員可以在關(guān)閉所有車門之后，在車外使用手持式PDA（掌上電腦）控制整個(gè)采集過程。

對(duì)于音響產(chǎn)品使用的音源，一般會(huì)依據(jù)音響主觀評(píng)價(jià)工作的需求選取幾首有代表性的音樂，測(cè)試的音源應(yīng)覆蓋流行、樂器、人聲等多種音樂風(fēng)格，以便在后期全面評(píng)價(jià)音響的高音、低音、響度等參數(shù)。

2 音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)子系統(tǒng)

音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)子系統(tǒng)是整個(gè)音響品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心部分，主要用于將前文中采集到的音頻數(shù)據(jù)在半消聲室內(nèi)進(jìn)行回放試聽和評(píng)分操作。評(píng)價(jià)人員在試聽音頻時(shí)可以使用專門的評(píng)分軟件在筆記本電腦上進(jìn)行評(píng)分，打分完成后，評(píng)分軟件會(huì)在后臺(tái)收集和統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果，并自動(dòng)給出分析報(bào)告。這種評(píng)價(jià)方式雖然也屬于主觀評(píng)價(jià)范疇，但是得益于半消聲室的良好隔音效果以及評(píng)分軟件的自動(dòng)化操作，可以更加高效靈活地進(jìn)行音響品質(zhì)評(píng)價(jià)工作。

整套子系統(tǒng)同樣由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件方面選擇了HEAD acoustics公司的PEQV可編程均衡器和HD IV.1動(dòng)圈式監(jiān)聽耳機(jī)，配合音箱、低音炮、功放、筆記本電腦等輔助配件，組合成一套完整的硬件系統(tǒng)，其組成框圖如圖1所示。

圖1 音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的硬件框圖

硬件部分的主要設(shè)備為6臺(tái)筆記本電腦和6臺(tái)PEQV可編程均衡器。6臺(tái)電腦依據(jù)功能的不同，可分為管理端電腦（PC Admin）和評(píng)分端電腦（PC User1～PC User5）。管理端電腦用來配置PEQV可編程均衡器的參數(shù)、編輯 和下發(fā)評(píng)分模板、收集分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果；評(píng)分端電腦則用來接收評(píng)分模板，供評(píng)價(jià)人員完成評(píng)分操作，整套系統(tǒng)支持最多5名評(píng)價(jià)人員同時(shí)進(jìn)行評(píng)分操作。PEQV可編程均衡器相當(dāng)于外置聲卡，用于提供監(jiān)聽耳機(jī)的接口，同時(shí)控制功放、揚(yáng)聲器等組件。均衡器使用AES連接線相互串聯(lián)，并分別通過USB線與評(píng)分端PC相連接［1］。

整個(gè)硬件部分提供了音箱／低音炮、HD IV.1監(jiān)聽耳機(jī)2種播放音源的方式。在使用音箱／低音炮時(shí)，借助半消聲室的特殊設(shè)計(jì)可以確保不會(huì)產(chǎn)生回聲現(xiàn)象，評(píng)價(jià)人員也能相互交流探討；使用耳機(jī)時(shí)，評(píng)價(jià)人員能夠更加專注于評(píng)分過程本身。2種播放方式可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理選擇。

軟件方面，我們選擇了HEAD acoustics公司的SQuare聲品質(zhì)評(píng)價(jià)與測(cè)試軟件。它可以用來導(dǎo)入待評(píng)價(jià)的音源、編輯 下發(fā)評(píng)價(jià)模板、控制音源的播放過程，同時(shí)也提供了圖形化的交互界面，供評(píng)價(jià)人員使用評(píng)價(jià)模板進(jìn)行評(píng)分操作。

SQuare軟件支持對(duì)比測(cè)試（對(duì)2個(gè)音頻的同一屬性進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)）、語義細(xì)分測(cè)試（對(duì)多個(gè)音頻的不同屬性分別做出評(píng)分操作）、排名測(cè)試（對(duì)多個(gè)音頻的音質(zhì)直接進(jìn)行排序操作）等多種測(cè)試類型，以便充分滿足音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)工作的各種需求。在選擇好測(cè)試類型之后，軟件能自動(dòng)生成一個(gè)全圖形化的評(píng)價(jià)模板，只需簡單編輯 其中的內(nèi)容，即可下發(fā)給其它評(píng)價(jià)人員進(jìn)行評(píng)分操作。

圖2展示了為神龍公司某款音響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)模板實(shí)例，用于對(duì)比評(píng)價(jià)音響在刷寫音效標(biāo)定文件前后音質(zhì)水平是否得到改善。模板的評(píng)價(jià)類型選擇了語義細(xì)分測(cè)試，評(píng)價(jià)項(xiàng)目則選擇“響度”、“立體感”2項(xiàng)屬性。其中，“響度”屬性選擇了5分制評(píng)分方法，“立體感”屬性則使用了更易理解的五段式文字標(biāo)簽，評(píng)價(jià)人員可以直接點(diǎn)擊按鈕為2個(gè)屬性選擇對(duì)應(yīng)的分值［2］。

圖2 音質(zhì)評(píng)價(jià)模板實(shí)例

圖3 SQuare軟件評(píng)價(jià)結(jié)果分析圖表

評(píng)價(jià)工作結(jié)束之后，Square軟件可以收集所有的評(píng)分值，并自動(dòng)生成分析圖表和Excel形式的測(cè)試報(bào)告。圖3展示了對(duì)上文中音響產(chǎn)品進(jìn)行音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)之后得到的分析圖表，圖3a顯示了5位評(píng)價(jià)人員針對(duì)“立體感”屬性所給出的評(píng)分結(jié)果（No cal.、With cal.區(qū)域分別對(duì)應(yīng)未刷寫音效標(biāo)定和刷寫音效標(biāo)定之后的評(píng)分值），圖3b則統(tǒng)計(jì)了“立體感”屬性在刷寫標(biāo)定前后的得分均值。從圖3中可以看出，刷寫音效標(biāo)定之后的主觀評(píng)價(jià)分值普遍要高一些，評(píng)分均值也高出1.5分左右。說明單從主觀感受方面來講，刷寫音效標(biāo)定文件之后確實(shí)有效提升了音響產(chǎn)品的表現(xiàn)力。

音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果圖可參見圖4。通過該子系統(tǒng)的運(yùn)用，擺脫了之前在商品車內(nèi)單靠紙和筆進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的情況，通過使用更加專業(yè)的硬件設(shè)備和更智能便捷的評(píng)分系統(tǒng)，使得音響主觀評(píng)價(jià)工作更加簡單高效。

圖4 音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)子系統(tǒng)運(yùn)行效果圖

3 音響性能參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)

音響性能參數(shù)測(cè)量與分析子系統(tǒng)主要供測(cè)試人員客觀量化地測(cè)量音響產(chǎn)品的各項(xiàng)性能參數(shù)，如信噪比、頻率響應(yīng)、失真度等性能參數(shù)。這種科學(xué)量化式的測(cè)試手段有效消除了主觀評(píng)價(jià)方式中存在的不確定因素，并為音響產(chǎn)品評(píng)價(jià)工作提供數(shù)據(jù)支撐。

整套子系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備分別選用了Audio Precision公司SYS-2722音頻分析儀和AP2700音頻分析軟件，其系統(tǒng)框圖如圖5所示。待測(cè)的音響產(chǎn)品連接有+12V電源和CAN總線接口設(shè)備，以確保其能正常工作。音響產(chǎn)品的音頻輸出則接至濾波器進(jìn)行整形、濾波，再通過音頻線傳輸?shù)揭纛l分析儀，從而完成音頻參數(shù)的測(cè)量工作。

圖5 音響性能參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)的硬件框圖

這里以測(cè)試某款導(dǎo)航產(chǎn)品的頻率響應(yīng)曲線為例，介紹音響性能參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。在測(cè)量時(shí)，讓導(dǎo)航產(chǎn)品播放標(biāo)準(zhǔn)的20 Hz～20 kHz掃頻信號(hào)，并使用音頻分析儀測(cè)試其頻率響應(yīng)曲線，得到的測(cè)試結(jié)果如圖6所示，其中標(biāo)注為A和B的兩條曲線分別對(duì)應(yīng)刷寫音效標(biāo)定前后測(cè)得的結(jié)果?？梢钥闯鏊懸粜?biāo)定之后，音響在中頻、高頻段的幅值有明顯的增大，說明音效標(biāo)定有效提升了導(dǎo)航產(chǎn)品在中高頻段的表現(xiàn)力，達(dá)到了提升音質(zhì)水平的效果。

圖6 使用音頻分析儀測(cè)量出的頻率響應(yīng)曲線

限于篇幅，這里僅僅列舉了測(cè)量頻率響應(yīng)參數(shù)的實(shí)例，在實(shí)際應(yīng)用中一般還會(huì)測(cè)量音響產(chǎn)品的信噪比、失真等參數(shù)，從而更加精準(zhǔn)、全面、客觀地評(píng)價(jià)音響導(dǎo)航產(chǎn)品的音質(zhì)水平。

4 總結(jié)

本文介紹的音響品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)合了主觀評(píng)價(jià)與客觀分析兩種手段，通過使用高精度音頻采集設(shè)備、Head SQuare評(píng)分軟件、音頻分析儀等專業(yè)設(shè)備，有效解決了之前評(píng)價(jià)方式中存在的各種問題，使得音響品質(zhì)評(píng)價(jià)工作能夠朝著標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于神龍公司多款音響產(chǎn)品的開發(fā)工作中，并產(chǎn)生了積極的效果。

音響品質(zhì)評(píng)價(jià)工作是一項(xiàng)長期的工作，除了加強(qiáng)在硬件設(shè)施上的投入，下一步還應(yīng)當(dāng)著力培養(yǎng)熟悉音響系統(tǒng)構(gòu)造、樂理知識(shí)、音質(zhì)評(píng)判與分析方法的評(píng)價(jià)人員，并不斷完善和改進(jìn)現(xiàn)有的音響品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［3］，從而使得音響品質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠更好地服務(wù)于產(chǎn)品的開發(fā)工作。

［1］德國HEAD acoustics公司.PEQV Programmable Digital Equalizer User Manual［Z］.

［2］孟子厚.音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)心理學(xué)方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［3］陳輝.感知質(zhì)量評(píng)審在汽車開發(fā)中的運(yùn)用［J］.上海汽車，2010，（2）：37-39.

（編輯 陳程）

The Establishment and Application of Audio Quality Evaluation System

XIANG Wei，QIN Li，HUANG Bo，YANG Nan
（Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company，Wuhan 430056，China）

This article introduces a testing system forVehicle audio quality evaluation and analysis，and describes its composition，working principles and application in detail.

audio system；sound quality；evaluation

U463.671

A

1003－8639（2016）11－0067－03

2016-03-02；

2016-03-08

向?。?986-），男，工程師，主要從事汽車音響導(dǎo)航產(chǎn)品開發(fā)工作。