空調(diào)噪聲主觀煩惱度實驗研究

孫曉明，邵志躍

（1.上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233；2.上海城市環(huán)境噪聲控制工程技術(shù)研究中心，上海 200233）

伴隨著人們生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)在辦公樓、商場以及住宅越來越普及?？照{(diào)系統(tǒng)在夏日能給人們帶來涼爽、舒適的辦公、生活與娛樂環(huán)境，在冬季，尤其是在長江以南無暖氣的地區(qū)基本是靠空調(diào)系統(tǒng)給人們帶來溫暖?？照{(diào)帶來舒適環(huán)境的同時也帶來了噪聲問題。在最近幾年內(nèi)，關(guān)于噪聲的投訴率逐漸上升，而在夏天的投訴中，空調(diào)噪聲投訴則是個“重災(zāi)區(qū)”。特別是在A聲級達標(biāo)的情況下，仍有大量投訴的情況發(fā)生。K Persson Waye研究指出A聲級相同而其他特性不同的噪聲對人的心理影響可能會有顯著差異[1]。因此對空調(diào)低頻噪聲進行主觀煩惱度實驗研究非常有必要。

本文通過市場調(diào)研，選取9處典型的空調(diào)設(shè)備噪聲進行現(xiàn)場錄制采集，計算各頻率段聲能量分布，獲得空調(diào)設(shè)備的頻率特性情況。在實驗室內(nèi)采7級語義細(xì)分法對聲樣本進行主觀煩惱度實驗，全面獲得空調(diào)噪聲對人的煩惱度影響情況。

1 空調(diào)噪聲源調(diào)查與采樣

采集前期，對空調(diào)進行市場調(diào)研。根據(jù)市場上銷量較好，占有市場份額較大的空調(diào)品牌(例：格力、美的、TCL、大金、日立等)進行現(xiàn)場采集。這9處空調(diào)噪聲源涉及到不同的空調(diào)品牌、使用年限、輸出功率等。

采用HEAD手持式多通道信號采集儀對正常運轉(zhuǎn)的空調(diào)設(shè)備噪聲進行數(shù)字錄音，以波形文件記錄。每種聲源采集4個樣本，每個樣本的采樣時間10 s，采樣率44100 Hz，頻率下限0 Hz，頻率上限21834 Hz。

2 空調(diào)噪聲源特性

根據(jù)倍頻程分析計算結(jié)果，利用聲能量計算公式，計算各頻段聲能量占噪聲總能量的比率。

用同樣的方法可計算得到中頻段和高頻段的聲能量占總聲能量的比率[5]。

表1 空調(diào)設(shè)備噪聲1/3倍頻程聲級能量分布

根據(jù)上表中的聲能量分布圖中，這9處空調(diào)噪聲樣本均是以低頻占主導(dǎo)，其中低頻段20 Hz～200 Hz的能量占比為72.95%～96.42%，中頻段200 Hz～2000 Hz的能量占比為2.74%～25.43%，高頻段2000 Hz～20000 Hz的能量占比為0.13%～1.95%[2]。

俞鵬[3]認(rèn)為由于實際聲源包含了低、中、高頻帶成分，不同頻帶間存在掩蔽效應(yīng)。為了更好地分析空調(diào)低頻聲音頻率特性與煩惱度的關(guān)系，排除各頻帶間的相互干擾。同時根據(jù)噪聲傳播規(guī)律，空調(diào)設(shè)備噪聲從室外到室內(nèi)主要是高頻的衰減。本次實驗采用低通濾波把大于2500 Hz的信號濾掉，保留20～2500 Hz噪聲源樣本。

3 主觀煩惱度實驗

3.1 實驗設(shè)備

實驗采用HEAD acoustics公司Artemis 3.0軟件，配以耳機回放系統(tǒng)HPS IV和可編程均衡器PEQ IV，通過Sennheiser HD 650耳機進行高保真回放。

3.2 實驗信號與評價方法

采用Artemis軟件將每個聲音樣本的響度分別調(diào)整為50 phon，55 phon，60 phon，65 phon，70 phon，75 phon 6個社會生活中常見的等響度級水平，共計54個聲音樣本。

為了避免受試者猜測下一激勵信號的給出規(guī)則，從而進行預(yù)測，產(chǎn)生預(yù)期誤差，因此對信號播放順序進行隨機處理。首先，將等響度的信號按名稱首字母順序依次編號，再按響度從小到大將所有信號依次編號；然后，采用MATLAB軟件生成一列等量的順序隨機的編號，重新賦予前述信號；最后，按新編號從小到大的順序確定信號的播放順序。

表2 實驗聲源播放順序

本次實驗采用語義細(xì)分法，根據(jù)研究，在處理心理判斷問題時，7±2是最佳的范疇數(shù)值，本實驗評價時采用7級語義細(xì)分法[4]填寫試驗問卷。

表3 語義細(xì)分法評價賦值定義

3.3 評價成員與實驗場所

招募聽力正常的40位志愿者，其中青少年組20人，年齡在11至13歲，男女比例為：1.5:1；成年組20人，年齡在20～50歲，男女比例為1:1.85。

未成年人組實驗場所為隔聲效果較好的教室，成年組實驗場所為隔聲效果較好的辦公室，室內(nèi)中央放置聲回放設(shè)備。

4 實驗數(shù)據(jù)處理與分析

4.1 有效性檢驗

由于受試者的身體狀態(tài)、心理因素、注意力及關(guān)注點不同，評價結(jié)果往往會出現(xiàn)一定的誤判或奇異值，需要對實驗數(shù)據(jù)進行正確性檢驗，并從中剔除誤判比例高的數(shù)據(jù)組。實驗中將相關(guān)系數(shù)作為數(shù)據(jù)有效性的判[5]。

根據(jù)參考語義細(xì)分法的特征，可信度較高的評價者的結(jié)果之間應(yīng)存在較好的相似性，故可將所有評價結(jié)果的幾何平均序列與各評價者的相關(guān)系數(shù)作為判斷數(shù)據(jù)有效性的判據(jù)。通過計算未成年人組的相關(guān)系數(shù)為0.76～0.93。成年人組的相關(guān)系數(shù)為0.74～0.96。剔除數(shù)據(jù)量按一般主觀評價中10%的經(jīng)驗值。根據(jù)總體的相關(guān)性，確定剔除未成年人組相關(guān)系數(shù)為0.76、0.77、0.79的三組資料，成年組中相關(guān)系數(shù)為0.74的一組數(shù)據(jù)[6]。

接下來對剩余數(shù)據(jù)實行實驗信度分析。在實際操作中，可以通過SPSS軟件中的分析功能來計算實驗結(jié)果的平行信度，其計算公式為

圖1 青少年組煩惱度實驗

圖2 成人組煩惱度實驗

式中：k——評價人員個數(shù)；Si——第i名評價人員實驗結(jié)果的方差；Sx——為實驗總分的方差。

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，任何測量的信度系數(shù)如果在0.9以上，則該測量的信度甚佳；信度系數(shù)在0.8以上便可接受，能作為有效數(shù)據(jù)；如果在0.7以上，則該測量方法應(yīng)進行較大修訂，但仍不失其價值；如果低于0.7，就需要重新設(shè)計。

通過SPSS軟件計算，得出青少年組剩余數(shù)據(jù)和成年組剩余數(shù)據(jù)的Kendall系數(shù)為0.8。說明實驗結(jié)果信度較佳[7]。

4.2 煩惱度與響度、A聲級的關(guān)系

從圖3未成年人組煩惱度曲線圖中可以看出，除樣本6和樣本4組在65 phon情況下出現(xiàn)較大落差外，其余7組不同工況下的空調(diào)低頻聲煩惱度隨響度的增大而增大。

響度相同的情況下，每組的煩惱度值也不同，在50 phon、55 phon和75 phon煩惱度值較接近。煩惱度相對較大的是樣本2這組，煩惱度相對較小的是樣本5。

從圖4成年人組煩惱度曲線圖中可以看出，樣本6組和樣本4組的在65 phon情況下出現(xiàn)較大落差外，其余7組不同工況下的空調(diào)低頻噪聲煩惱度隨響度的增大而增大。

圖3 未成年人組主觀煩惱度實驗結(jié)果

圖4 成年人組主觀煩惱度實驗結(jié)果

煩惱度相對較大的是樣本2這組，煩惱度相對較小的是樣本5。

圖5為總的主觀煩惱度實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)煩惱度隨著響度的增大而增大。轉(zhuǎn)換成等A計權(quán)聲壓級、響度與煩惱度的關(guān)系，等A計權(quán)聲壓級小于41 dB(A)（55 phon），煩惱度則均小于4；等A計權(quán)聲壓級大于54 dB(A)(70 phon)，煩惱度則均大于4（一般煩惱）。

根據(jù)《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范GB50118-2010》“臥室、起居室（廳）內(nèi)的允許噪聲級中允許噪聲級”中起居室（廳）允許噪聲級為45 dB(A)的情況下并不是所有人的煩惱度為3（比較不煩惱），其煩惱度值為1.9～4.9，即從很不煩惱至比較煩惱，差異度較大。而在50 dB(A)（65 phon）時煩惱度差異也較大，煩惱度值為為2.5～5.4，即從比較不煩惱至比較煩惱，差異度較大。

圖5總主觀煩惱度實驗結(jié)果

圖6 給出45 dB(A)情況下的主觀煩惱度分布百分比，其中煩惱度值為3（比較不煩惱）占比最大為28.7%，煩惱度值為5（比較煩惱）占比也較高為20.7%。其余煩惱度值為1、2、4占比均小于20%，煩惱度值為6、7占比最小。總體上煩惱度分布比例較分散。

圖6 主觀煩惱度分布百分比（45 dB(A)/60 phon）

圖7 為50 dB(A)情況下的主觀煩惱度分布百分比，其中煩惱度值為5（比較煩惱）占比最大為29.0%，煩惱度值為4（一般煩惱）占比也較高為20.4%，煩惱度值為3、6占比均小于20%，煩惱度值為7占比最小。總體上煩惱度分布比例較分散。

圖7 主觀煩惱度分布百分比（50 dB(A)/65 phon）

在A計權(quán)聲壓級45 dB(A)～50 dB(A)范圍內(nèi)煩惱度值分布均較分散，所以在該范圍內(nèi)針對空調(diào)低頻噪聲采用A計權(quán)聲壓級不能很好地反映煩惱度情況。

4.3 志愿者性別、年齡差異對煩惱度的影響

本文對不同性別、不同年齡的人群進行空調(diào)低頻噪聲煩惱度對比分析。

從圖8中可以看出，未成年人組的煩惱度明顯低于成年組，說明隨著年齡的增大，煩惱度增大。50 phon和最大75 phon時的煩惱度相差最小為0.56～0.58，相差最大的是在60 phon時煩惱度為1.3。

圖8 不同年齡段的主觀煩惱度實驗曲線對比圖

圖9 未成年人組不同性別的主觀煩惱度實驗曲線對比圖

圖10 成年人組不同性別的主觀煩惱度實驗曲線對比圖

從圖9、圖10中可明顯看出，未成年人組和成年人組中女性都對空調(diào)噪聲的煩惱要明顯大于男性。說明性別對于空調(diào)低頻噪聲的煩惱度的影響存在。

5 結(jié)語

本文針對空調(diào)設(shè)備噪聲進行特性分析和主觀煩惱度實驗發(fā)現(xiàn)：

（1）空調(diào)噪聲低頻特征明顯，低頻段聲能量占主導(dǎo)。

（2）響度在噪聲主觀感知中占據(jù)主導(dǎo)地位，對煩惱度的影響比較直接，與煩惱度呈線性關(guān)系。

（3）等A記權(quán)聲壓級為45 dB(A)（60 phon）處煩惱度差異較大（2～5），在50 dB(A)（65 phon）處煩惱度差異較大（3～5），且在45 dB(A)～50 dB(A)范圍內(nèi)煩惱度值分布均較分散，所以在該范圍內(nèi)針對空調(diào)低頻噪聲采用A計權(quán)聲壓級不能很好得反映煩惱度情況，這也解釋了在達標(biāo)情況下居民仍投訴的情況。

（4）隨著年齡的增長，人對空調(diào)低頻噪聲的煩惱呈增長趨勢；成年人的煩惱度要高于未成年人。性別的不同，引起人們對空調(diào)設(shè)備低頻噪聲的煩惱度不同。女性對低頻噪聲的煩惱程度明顯高于男性，不論是成年人組還是未成年人組。

[1]K PERSSON WAYE,E OHRSTROM.Psycho-acoustic characters of relevance for annoyance of wind turbine noise[J].Journal Sound and Vibratioin,2002,250(1):65-73.

[2]林濤，丁嵐，林青川.城市居民區(qū)配套設(shè)備噪聲頻率特性分析[J].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集,2012，2853-2855.

[3]俞鵬．城市居住區(qū)設(shè)備噪聲頻率特性分析及煩惱度研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[4]毛東興.聲品質(zhì)研究與應(yīng)用進展[D].上海：同濟大學(xué)，2007.

[5]ZWICKER E,FASTL H.Psychoacoustics:Facts and models[M]. 2nd Edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York,1999.

[6]張碩.辦公用IT設(shè)備小型散熱扇聲品質(zhì)特性研究[D].上海：同濟大學(xué)，2013.

[7]張麗娟，李孝寬.居住環(huán)境中低頻噪聲的煩惱度調(diào)查研究[J].噪聲與振動控制，2009，29(S2)：82-84.