家电噪声声品质发展现状探究

2018-07-01 07:05 来源: 家电科技 
家电   噪声   洗衣机   空调   冰箱  

  一、引言
  
  目前国内家电产品的噪声主要是采用产品本身客观的计权声功率级进行评价,但是人耳的主观听觉感受与家电噪声的客观测试指标之间有一定的差异性。由于增加了人耳的主观介入,导致了虽然有些家电产品的噪声声功率测试结果是合格的,但是人的主观听觉感受很差;还有一部分听觉感受可以让人耳接受的产品,其声功率测试结果却是不合格的。为了能够全方位的评价产品的噪声,国内外越来越多的声学科研工作者开始研究如何将人耳的主观听觉感受进行量化的课题,由此,噪声声品质这个概念逐渐兴起[1]。

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  二、噪声声品质国内外研究进展及现状
  
  1883年由声学工作者Stumpf提出噪声声品质的定义,它用来描述物理特性的声音事件与不同声音的感觉。经过总结和大量的实验表明,对声品质产生影响的因素主要涉及到三个方面:第一是环境因素,也就是目前所处的声场;第二是关于听觉的感受,也可以称之为心理声学;第三个方面是关于以上两点的一个自主的听觉评价[2]。如果想要量化以上三方面因素,首先就需要客观测试出相关的声学参数[3]。在噪声声品质研究方面,国际上声学工作者已经有突出的研究成果,他们对于品质参数的研究比较透彻,不过在实际生产中应用很少,特别是我国的家电噪声声品质研究更是处于萌芽阶段[4]。
  
  1999年声品质在汽车行业研究盛行,福特与通用公司首次系统地阐述了听觉团体测试方法的原理和要求。目前,奥登堡声品质(Oldenburg Symposium)研讨会是声品质研究工作者一年一次的盛会,在奥登堡大学,他们交流互通,共享信息平台。除此之外越来越多的国际声学会议也都将声品质的研究纳入了会议中的一个研究专题。
  
  经笔者查阅大量文献发现声品质研究主要在汽车行业应用较多,家电行业的相关文献较少,不过提升声品质已经是越来越多家电厂家追求的目标,并且越来越多的声学论文中也提到了单纯用噪声声功率级评价产品存在不足之处。心理声学的某些指标已受到ISO(国际标准化组织)、德国标准化研究所(Deutsches Institut für Normung)以及ANSI(美国国家标准学会)的规范。例如ISO 532B的稳态响度、响度百分位数、响度级,DIN 45631的时变响度以及DIN45692的尖锐度等。我国关于冰箱噪声声品质的一个标准《家电噪声声品质工效学测评第1部分:冰箱》已经进入起草阶段,该标准的主要技术内容包括冰箱响度测试方法和噪声响度限值[5]。
  
  三、声品质分析测试环境
  
  如果要对以上所提到的声品质的相关指标进行研究就需要一个理想的声学环境和配套的测试仪器,常用的测试设备主要包括:声品质测量人工躯干模型(一般叫做人工头)和对应的采集以及后期的数据分析处理软件。通过录音回放进行主观评价时还会给评价者配套对应的声卡和回放专用的高保真耳机。测试设备部分不再赘述,下面将对测试环境部分展开介绍。
  
  因为目前大多数厂家设有半消声室,并且在没有该领域国标进行规范的前提下,声品质测试还处于摸索阶段,所以大部分厂家选择直接在半消声室内进行声品质相关参数的测试。
  
  鉴于半消声室只有直达声没有反射声,并且当声压级太低时,人耳需要很吃力地去听,会影响声音的表现,所以一些家电厂家专门建造了测听室对声品质进行测试研究,其主要用于家电产品的主观评价,或者将家用电器产品的录音在该室内进行回放,评价者再对声品质进行主观评估。其设计主要参考GB/T 50356《剧场和影剧院的设计规范》和JY/T183《数字立体电影院的技术要求》[6]。
  
  3.1 测听室的本底噪声
  
  根据测听室被测产品的不同,一般测听室会根据需要设计不同的背景噪声。这与消声室类似都是为了保证实验室能够根据设计需要来屏蔽外部的振动和噪声。
  
  3.2 测听室的混响特性
  
  混响特性的一个重要参数就是混响时间,其取值大小一般与房间的容积有直接的关系。根据房间大小,将500Hz最佳混响时间按照图1设计,在此基础之上关于其他频段的设计可以参照图2。

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图1 不同房间容积的最佳混响时间

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图2 最佳混响时间与500Hz相比的频率关系

  四、声品质主要评价性能指标以及用意
  
  4.1 声音的响度
  
  声音的响度通常被定义为人耳主观感受到的声音强弱程度[7]。通过定义可知响度是主观的声学参数,但是经过研究表明响度不仅只与声音的物理强度有关,其还与声音中所包含的频率成分有很大的关系。响度以宋(sone)作为基本单位,常规人们称单频1000Hz的纯音产生40分贝的声音响度为1宋。为了更好的模拟人耳对声音的感应,国际上对等响曲线进行了研究,此项研究加快了响度研究的进展,A计权等响网络就是一条40方的曲线。由于等响曲线有频率单一性的弊端,而我们日常生活中的噪声频率成分复杂,所以推进了响度计算相关标准的制定,ISO 532就针对声音响度相关的参数进行了规范。
  
  4.2 声音的尖锐度
  
  声音的尖锐度 (Sharpness)顾名思义是为了定义声音的尖锐特性,即刺耳程度。含有不同频率成分的声音,如果高频段的成分占比越大,该声音的尖锐度往往越高,听起来比较尖锐;高频段的成分占比越小,其尖锐度往往越低,听起来相对沉闷。尖锐度以acum作为基本单位,通常用符号S表示。为了统一对尖锐度的规范,定义了一个尖锐度为1acum的窄带噪声,即带宽为160Hz并且以1000Hz为中心频率的60分贝声音。与响度不同,尖锐度的评价还没有相关的标准进行规范,根据经验Zwicker和Aures定义了相关的计算模型,目前常被大家所引用。
  
  4.3 声音的粗糙度
  
  声音的粗糙度是标准的计算声音调制程度的物理量,粗糙度主要反映在高频调制部分,低频调制程度往往通过抖动度进行描述。二者以20Hz作为分界线,低于20Hz的调制往往表现在抖动度。粗糙度以asper作为基本单位,人们规定60分贝1kHz的纯音被70Hz进行完全调制时,其粗糙度为1asper[8]。
  
  4.4 声音的抖动度
  
  根据刚刚粗糙度的介绍可知,抖动度的调制频率低于20Hz。抖动度带给人的主观感受比较明显,主要是可以很明显的感受到随着时间音量产生的变化。根据大量实验表明,抖动度大的声音带给人的烦恼程度要远远大于粗糙度大的声音。抖动度通常用单位vacil表示,规定60分贝1kHz的纯音被4Hz进行100%调制时其抖动度为1vacil。
  
  五、结论
  
  关于家电产品的噪声声品质研究目前还没有相关的标准,许多厂家还处于摸索阶段,汽车声品质研究起步较早,家电厂家更多可以借鉴汽车行业噪声声品质相关的研究方法对家电噪声进行研究。相信随着家电产品噪声声品质研究的深入,家电产品的声学性能会越来越好。
  
  参考文献
  
  [1] 舒歌群, 刘宁. 车辆及发动机噪声声音品质的研究与发展. 汽车工程,2002.
  
  [2] 薛玮飞, 徐浩, 冯锦平. 变频空调室外机声品质评价与分析实验研究.第十三届全国电冰箱(柜)、空调器及压缩机学术交流大会论文集, 13-16.
  
  [3] Jin Yong Leon , Jin You, Ho Yeon Chang. Sound radiation andsound quality characteristics of refrigerator noise in real livingenvironments. Applied Acoustics, 2007(68): 1118-1134.
  
  [4] 石岩, 毕凤荣, 林漫群, 景亚兵. 心理声学基本理论及其在声音品质主观评价中的应用. 小型内燃机与摩托车, 2006.
  
  [5] 电器2016/11-法规动态.
  
  [6] 李彦奇, 卫威等. 音响声学性能主观评价用声学环境室的设计, 家电科技, 2014.
  
  [7] 苏丽俐. 车内声品质主客观评价与控制方法研究, 吉林大学博士学位论文, 2012.
  
  [8] 李灿. 汽车声品质试验及客观评价方法研究, 合肥工业大学硕士学位论文,2009.

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