用于家電產品噪聲主觀評價實驗室的設計

顧開榮 楊偉成 宋俊龍 韓愈嵩（、格力電器(合肥)有限公司 安徽合肥 300；、中國家用電器研究院 北京 00053）

1 問題的提出

隨著家電設計和生產技術的不斷提高，家電產品的輻射的噪聲能量（聲功率級Lw）不斷降低。但是，某些產品的噪聲能量降低后，消費者的感覺并沒有得到明顯改善。在某些情形下，甚至出現噪聲功率級和消費者主觀感覺相反的結果。例如，某些家用電冰箱的噪聲，聲壓級已經低至20dB(A)左右，聲級遠遠低于國家環境區域（居室）標準。但是，消費者對電冰箱噪聲的投訴排列第一。

這樣的問題遠不能用噪聲聲壓級(或者聲功率級)進行解釋。

實際的機器聲源對人類的影響表現在二方面：

（1）音量即噪聲聲壓級的大小。

（2）音質：即噪音的難聽程度。

對于后者，涉及到人類的聽覺主觀評價問題。對噪聲的主觀評價問題，人們一直沒有停止過對該問題的不斷探索。探討的主要問題有：

（1）影響人類對噪聲的主觀感覺的客觀物理參數或者客觀物理指標是什么？即儀器可以判別該噪聲是否難聽。

（2）如何改進噪聲的特性進而達到改善噪聲主觀聽覺的目的。

從家電廠商來講，判別和評價產品噪聲是否難聽，用儀器判別當然重要。但是在目前客觀判別音質特性研究還無實質性進展的前提下，采用人耳的判別更可靠，更接近實際。因此，在特定的安裝環境中，采用人耳判別就成為家電產品噪聲音質研究的重要方法。

2 研究現狀

針對上述問題，人們進行了不懈的努力。到目前為止，曾經出現過幾十個客觀物理評價參數指標。例如，尖銳度，響度，噪度，顫，粗燥度等等。上述這些指標為噪聲的主觀評價做出了較大的貢獻，但是還只局限于某類產品如轎車或者確切地說局限于某個產品。無法適用于所有噪聲源。因此，到目前為止，還很難對機器產品進行準確的噪聲音質客觀測試。

基于以上原因，目前對于機器噪聲主觀音質的研究，除過尋求客觀物理指標的研究外，進行人耳實際的主觀評價仍然是非常重要的研究方法。例如，喇叭、樂器、音響以及轎車和家電產品的主觀評價和客觀儀器測試是同等重要的研究方法。因為，無法改變的事實是消費者感覺機器產品的音質不是在理想的消聲室或者混響室內進行，而是在實際的使用環境中進行的。另外，消費者是用自己的耳朵進行感知的，不是用儀器來感知的。因此，模擬實際環境中消費者的主觀感覺效果意義更大。

目前評價家電產品的噪聲性能好壞采用在理想的實驗環境中（如消聲室或者混響室）輻射的聲壓級Lp或者聲功率級Lw進行評價。該量屬于客觀評價量。在產品的質量控制，噪聲機理的研究及其控制等方面發揮了重要的作用。

但是，家電產品最終不是安裝在消聲室或者混響室中。是要安裝在人類活動的居室內，如會議室，家庭等。在理想的聲學環境消聲室或者在混響室內測試，只是便于客觀檢測和分析，已經拋棄了安裝環境對噪聲輻射的影響。許多種情況，消費者對空調器噪音的投訴不是因為音量即聲壓級太大，而是因為噪音太難聽。

實際的安裝環境和理想的測試環境在主客觀方面會有很大的差異：

差異表現在二方面：即輻射聲壓級的差異和噪音頻譜的差異。

（1）產品輻射的聲壓級： 不同的房間常數輻射的聲壓級相差最大可達20dB！如圖1所示。同一臺空調器，同樣的距離位置，產生的噪音差異很大。很有必要研究這種差異對實際用戶的影響。

（2）音質或者對用戶聽覺的影響： 在消聲室內自由聲場，空調器輻射的聲波無任何反射。其噪聲頻譜是空調器輻射聲波的直達聲，無任何反射波疊加。但是在實際的安裝環境中，使用者會接受相當的反射聲波，會使噪聲聽起來“放大”。由于實際居室內對不同的聲波其界面的吸聲系數不同，因此，對不同頻率的聲波，“放大”倍數不同。因此，在消聲室內的聽覺效果和在實際居室內的聽覺效果完全不同。因此，很有必要研究在實際的安裝環境下，產品發射的噪聲。因為對消費者來將，畢竟家電噪聲是用消費者人體感知其熱學性能、用耳朵感知其噪聲是否舒適的。這種感知結果和在理想環境中用聲級計來測試的噪音指標有很大的不同。

3 家電產品主觀評價實驗室的指標要求

為了更為真實地模擬實際家電產品噪聲的聽覺效果，需要在專門設計的聲學環境中進行。該環境需要滿足以下要求：

（1）具有足夠低的本底噪聲，以便去除外界噪音對產品評價的干擾。

（2）在人類主要的聽覺頻域內（一般規定125～4000Hz）的混響時間是平直的，大約在0.5s左右。目的是既要消除太多的反射（例如在混響室內測試），也要模擬實際環境的吸聲效果。同時，又要考慮可能出現的聲學缺陷：例如駐波現象、回音、聲場不均等。在測聽室內，力求達到所有空間區域的聲壓級基本相同。

（3）測聽室的聲場特性接近實際安裝環境（如空間大小，照明，家電產品的擺放位置等）。便于在此環境中進行空調器噪聲性能的主觀評價。

4 噪音主觀評價實驗室的設計

在噪音主觀評價實驗室內實現較低的本底噪音上，與客觀測試環境如消聲室、混響室的設計相同。如采用房中房隔聲結構，采用獨立懸浮隔振基礎等。

4.1 如何實現最佳混響時間

以下已經得到認可：小空間環境（如小型會議室，音響測聽室，小型演播室）混響時間T60在0.5秒左右會得到最佳的聽音效果[1]。對于混響時間的設計，可以通過賽賓公式進行設計計算[2]

通常通過在聽音室的屋頂、墻面、地坪部位安裝不同的吸音材料，通過調整吸音材料的種類、數量，最終使得在一定的頻域內（一般規定125～4000Hz）的混響時間是平直的，大約在0.5s左右。

4.2 聽音室的大小

除考慮盡量接近實際使用外，房間的長寬高比例盡量避免出現簡正頻率的兼并，使得簡正頻率分布盡量均勻，盡量避免出現駐波。使得室內聲場分布盡量均勻。

圖2為筆者設計的空調器主觀音質評價實驗室實物照片。該實驗室采用了不同種類的吸音材料，使得在所有頻域內，吸聲量A大致相同。另外，使用了聲波擴散體，使得室內聲場盡量均勻。由于采用了獨立懸浮隔振基礎，其本底噪音低于15dB(A)。可以滿足絕大部分家電產品的主觀評價測試。

圖3為該聽音室的混響時間曲線。

5 聽音室的使用

（1）各類空調器的音質主觀評價。

聽音室的聲場消除了外界噪音的干擾、消除了房間駐波等聲學缺陷，消除了過大過小的聲波反射。既克服了日常居室的聲學缺陷（較大的本底噪聲，較為強烈的反射或者吸收，駐波等），又比消聲室或者混響室大大接近實際居室的聲場特性。在此種環境下，可以進行空調器的主觀音質評價。

評價結果可以用于：

a）新品開發的依據。新品上市前需要經過主觀評價，感覺其噪音是否可以接受。

b）產品改進前后音質的比較。一般地，將改進前后二臺樣機安放在聽音室內分別運轉，感知其噪聲變化，作出是否有改善的結論。

c）不同種類、不同品牌、不同材料及其設計等等欲相互比較的樣機，安放在同一間聽音室內，找出它們之間的差異，進而得出改進結論。這一點，有時意義更大。

(2)獲得在實際的安裝環境下，家電產品輻射的噪音大小。

這一個數值非常接近消費者實際感知的聲壓級。它明顯不同于消聲室或者混響室輻射的聲壓級。

(3)獲得在實際的安裝環境下，家電產品輻射的噪音頻譜的數值。

這一個數值非常接近消費者實際感知的噪音頻譜。它明顯不同于消聲室或者混響室輻射的噪音頻譜。為產品改進或設計提供依據。

(4)用于開展主觀評價結果和客觀測試量之間的關系研究提供了一個理想的環境。

這一環境不同于消聲室或者混響室，非常接接近實際的使用環境。這也是目前人們探討的音質評價主要問題之一。進一步，為產品音質評價制定統一的客觀測試指標。該研究領域，在轎車行業已經有較大的進展。

(5)其他使用。 企業內部電臺節目錄音，節目制作，欣賞音樂等。

6 總結

(1)實際使用環境中家電產品輻射的噪音明顯不同于理想的測試環境如消聲室和混響室中輻射的噪聲。因此，有必要對實際環境中輻射的噪音進行體驗和研究。

(2)在家電噪聲客觀指標研究還沒有實質性進展的背景下，進行實際人耳主觀評價具有重要意義。

(3)主觀評價需要在專門的聽音室內進行。本文提及的案例可以用于家電噪聲的主觀聽覺評價。

[1] GB/T 50356 劇場和影劇院的設計規范

[2] 杜功煥等.“聲學基礎”.南京大學出版社