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前沿拓展：論文價值的評定意見：

本文研究冰箱聲品質建模問題，針對實際工作來說極具參考價值。

宋力強 苗青 萬程 曹焱鑫

中國家用電器研究院

摘要

Abstract

隨著用戶對家電產品聽覺舒適性越來越關注，家電行業對聲品質評價的研究及應用也越來越廣泛。以電冰箱產品的噪聲為研究對象，采集多臺樣品的聲樣本，并對其進行聲品質主觀評價；在數據處理后，結合客觀參數計算結果，對電冰箱不同工況的噪聲建立了聲品質模型。研究結果表明，影響電冰箱聲品質水平的主要客觀因素是響度、音調度、粗糙度、尖銳度。

關鍵詞

Keywords

聲品質；電冰箱；主觀評價；建模

DOI:10.19784/j.cnki.issn16720172.2022.03.005

0 引言

隨著消費升級及人們對住宅健康的需求，家居環境中的噪聲問題備受關注。作為家居環境下噪聲的重要來源，家電產品的噪聲一直是企業在研發、優化、改進產品時比較注重的問題。目前市場上主流品牌的電冰箱噪聲均已符合甚至大幅優于標準限值，但消費者對電冰箱噪聲的投訴率依然居高不下。據不完全統計，冰箱行業每年因為噪聲產生的客訴損失在1億元以上。這充分表明，消費者對家電產品噪聲的滿意度并不完全取決于噪聲大小。研究表明，產品聲品質評價結果與消費者對產品噪聲的主觀聽覺感受更加貼合。

聲品質中的“聲”是指人耳的聽覺感知，“品質”是指人耳對聲音事件的聽覺感知過程，并最終做出的主觀判斷[1]。聲品質評價自上世紀90年代被Blauert提出后便被廣泛應用于汽車、公共交通、景觀等行業。就家電行業而言，在2004年，伍先俊等[2]就對家電行業應用聲品質的理論做了初步探討，提出應加強聲品質研究；尤晉閩等[3]對空調變頻壓縮機噪聲進行主觀評價并初步預估模型，認為采用煩躁度描述噪聲比A聲級更靈敏；2016年，薛瑋飛[4]等聯合開發了變頻空調聲品質評價分析軟件，并對某品牌變頻空調與競品空調進行測試分析；楊曉玲等[5]從聲學領域對家電噪聲聲品質分析所需要的測試環境及相關指標進行了介紹；陳克安等在2019年聯合制定了《吸油煙機噪聲聲品質測試方法》團體標準，并介紹了吸油煙機噪聲聲品質評價的方法[6]。可見，聲品質評價在家電行業的發展也在逐步深入。本文以電冰箱噪聲為研究對象，對電冰箱的聲品質評價和建模展開相關研究。

1 聲樣本準備

高品質的聲樣本能更好的覆蓋產品聲音特色，提高評價結果的有效性，因此采用雙耳采集設備（人工頭）對聲樣本進行錄制。為擴大覆蓋面，選取市面上常見品牌的20臺不同型號的家用電冰箱進行聲樣本的錄制。

如圖1所示，聲樣本的錄制在半消聲室中進行，模擬正常使用狀態下人耳所處的位置，人工頭耳高距離地面高度為1250 mm±10 mm，面向冰箱，與垂直反射面所在平面夾角為45°。

圖1 測點布置示意圖

采集每臺樣機初次上電階段和穩定運行階段兩個工況的噪聲，錄制并試聽后，每臺樣機截取一組穩定的樣本，隨機編號以備評價（根據主觀評價方法不同，聲樣本時長有所差異）。

分別將時長為3 s、5 s、7 s的聲樣本用于預評價中（共45名用戶參與預評價）。當用于成對比較法時，71.4%的被試反饋5 s的聲樣本過長，95.2%的被試認為7 s的聲樣本過長；在等級評分法中，90.5%的被試覺得3 s聲樣本太短，需要重復回放，66.7%的被試反饋5 s時長也不足以完成對聲樣本的試聽感受。依據本次主觀評價試驗安排，采用成對比較法，故選取3 s的聲樣本用于評價。

2 主觀評價試驗

主觀評價能體現消費者對產品聲音的實際主觀感受。為達到最佳評價效果，本次主觀評價在舒適自然、燈光柔和不昏暗、通風良好無異味、溫度22℃～24℃、相對濕度45%～55%、本底噪聲＜25 dB(A)的聽音室中按以下流程進行。

（1）確定主觀評價指標

本次是對冰箱發出的噪聲進行評價，因此選取綜合評價指標“煩惱度”作為本次聲品質評價的指標。即在評價時，需要考慮的是每個聲樣本給人們帶來的煩惱程度。

（2）選擇主觀評價方法

常用的主觀評價方法主要有成對比較法、等級評分法、語義細分法等，每種方法各有利弊。由于本次招募的冰箱典型用戶均無聲學方面的基礎知識，因此本次選擇較為簡單、適合無經驗人群的成對比較法作為評價方法，分次比較一對聲樣本的煩惱度，并依次做出選擇。

（3）招募被試

被試的選取對主觀測試有較大影響，被試的選擇對象可以從產品目標人群中進行選擇。因電冰箱使用人群廣泛，本次招募45名年齡18～50歲，聽覺正常的成年人作為被試，其中男性20名，女性25名，年齡分布較均勻。

（4）數據處理

將穩定運行工況簡稱為A組，初步上電工況為B組，每組共20個聲樣本。成對比較法評價后的原始數據為被選擇的聲樣本，為便于數據處理，將其轉換為數值：若選擇A＞B，則A得1分，B不得分。處理后的主觀評價結果如表1所示。

表1 主觀評價結果

主觀評價結果應服從正態分布，對評價結果進行夏皮羅威爾克檢驗，W值為0.97293，非常接近于1，且P值＞0.05，可以判斷評價結果的分布近似于正態分布，符合評價結果要求。由此說明，本次測試主觀評價方法的選取是合理的。

主觀評價結果是由人為主觀評定的，會受到外界或被試自身的多種因素干擾，存在誤判可能，為確保評價結果的有效性，需對主觀評價結果進行誤判分析。誤判分析用于檢驗與自己的矛盾項。

成對比較法測試過程中，每3組聲樣本的評價存在關聯，若出現邏輯錯誤，則認為存在誤判，故依據公式（1）進行三角循環誤判分析。

式中，c為三角循環的準確數量，t為兩兩對比的總對數。

評價結果的誤判率如圖2所示。

圖2 誤判分析

不同被試對聲音的偏好程度和認知程度存在不同，為檢驗被試與別人的矛盾項，依據公式（2）對結果進行一致性分析，該公式表示每個被試對聲音認知的一致性，無關對錯，僅表示偏好或認知的相同或不同。

式中，m是被試的總人數，t是兩兩對比的總對數，S是每個聲樣本得分平均值之差的平方和。

評價結果的一致性如圖3所示。

圖3 一致性分析

剔除誤判率高于0.7或一致性低于0.7的評價結果，最終留取33名被試的評價數據用于建模研究。為簡便且直觀地感受聲品質評價結果，一般將其結果設定為0～10之間的分值，所以將所有聲樣本評價結果進行標準化處理，使之處于0～10范圍內。處理后的主觀評價結果如表2所示。

表2 處理后的主觀評價結果（穩定運行工況為A組，初步上電工況為B組）

3 聲品質模型建立

（1）客觀參數計算

聲品質評價客觀參數常用的有響度、尖銳度、粗糙度、抖動/波動度、音調度、語音清晰度，分別對其進行計算。

（2）相關性分析

對主觀評價結果和客觀參數計算結果進行相關性分析，分析結果如表3所示，與煩惱度相關性最高的為響度和音調度。

（3）建立聲品質模型

目前，聲品質模型的建立多選用多元線性回歸法。根據相關性分析結果并以逐步回歸法為原則，以被試煩惱度分值為因變量，以響度、尖銳度、粗糙度、音調度為自變量，利用多元線性回歸建立煩惱度的多元回歸模型。選擇70%的數據用于建模，30%數據用于檢驗，所建模型如下：

A組：運行穩定階段A=6.149L+0.224S0.025T2.481（3）

B組：初次上電階段A=5.596L+6.845T91.378R2.241（4）

式中，A表示煩惱度評分，L表示響度，S表示尖銳度，T表示音調度，R表示粗糙度。方程的可決系數R2分別為0.931、0.922。R2越大說明擬合的效果越好，因此，冰箱噪聲的煩惱度可以較好地由以上多元模型來表示。圖4、圖5分別為兩個工況下主觀評價結果與模型預測值的對比圖（實測樣本、預測樣本各20個）。

圖4 A組主觀評價結果與模型預測值的對比折線圖

圖5 B組主觀評價結果與模型預測值的對比折線圖

對模型的誤差進行分析，如表4所示，整體誤差在合理范圍內，說明所建立的模型具有很好的普適性。

表4 誤差分析

4 結論

聲品質評價應用于家電行業是消費者、生產企業、評價機構多方的共同需求，有利于家電產品評價維度多元化的發展。本文以電冰箱兩種不同工況下的噪聲為研究對象，對20臺主流品牌冰箱產品進行聲樣本的采集和處理；招募45名用戶作為被試，采用成對比較法對電冰箱產品噪聲進行了主觀評價，并對評價結果進行數據處理；通過對聲樣本進行客觀參數計算，并用多元線性回歸方法建立了兩種工況下的聲品質模型，所建模型可以較好地對電冰箱噪聲進行預測，同時通過試驗進一步驗證了響度、音調度、粗糙度、尖銳度是描述電冰箱兩種工況下噪聲煩惱度的主要客觀參量。

參考文獻

[1] Blauert J, Jekosch U. Sound quality evaluationa multilayered problem[J]. Acta Acustica United With Acustica, 1997, 83(05): 747753.

[2] 伍先俊, 朱時堅. 家電產品設計中的聲品質研究[J]. 家電科技, 2004(05): 6769.

[3] 尤晉閩, 陳天寧, 和麗梅. 空調變頻壓縮機聲品質評價方法研究[J]. 西安交通大學學報, 2008(01): 1316.

[4] 薛瑋飛, 陳俊, 陳進, 等. 基于變頻空調聲品質的理論分析與實驗研究[J]. 機械強度, 2016, 38(04): 716720.

[5] 楊曉玲, 楊偉成, 廖瑋, 等. 家電噪聲聲品質發展現狀探究[J]. 家電科技, 2018(06): 5455, 59.

[6] 陳克安, 張珺, 于巍巍, 等. 吸油煙機聲品質評價標準及其建模研究[J]. 中國標準化, 2019(13): 7985.

[7] 劉寧寧, 李文靜, 王巖松, 等. 聲品質主觀評價方法對比分析[J]. 現代制造工程, 2016(10): 611.

（責任編輯：張蕊）

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