基于音噪比的空調(diào)室內(nèi)機(jī)音調(diào)評(píng)價(jià)

馮錦平

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司廣東佛山 528311）

基于音噪比的空調(diào)室內(nèi)機(jī)音調(diào)評(píng)價(jià)

馮錦平

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司廣東佛山 528311）

為了合理的評(píng)價(jià)室內(nèi)機(jī)噪聲中的音調(diào)聲的可接受度，采取主觀評(píng)價(jià)的方法，確定室內(nèi)機(jī)噪聲中混入的單頻音的不可接受聲壓幅值，計(jì)算對(duì)應(yīng)的音噪比，并擬合了音噪比的閾值公式，當(dāng)音調(diào)的音噪比大于閾值時(shí)，室內(nèi)機(jī)音調(diào)不可接受，反之可接受，采用音噪比閾值判斷方法比OA差判斷方法準(zhǔn)確，比現(xiàn)場(chǎng)主觀評(píng)價(jià)更加客觀、便捷。

空調(diào); 噪聲; 音調(diào); 音噪比

1、前言

空調(diào)室內(nèi)機(jī)存在異音時(shí)，會(huì)很明顯的影響聲音聽感。室內(nèi)機(jī)異音一般均表現(xiàn)為音調(diào)成分，包括單頻異音，比如風(fēng)輪的嘯叫、冷媒脈動(dòng)的傳遞音、室外機(jī)的管路振動(dòng)傳遞音、電機(jī)的電源頻率倍頻激勵(lì)聲、電機(jī)的轉(zhuǎn)頻倍頻激勵(lì)聲；偶爾也包括一些窄帶噪聲：冷媒?jīng)_刷管路的激勵(lì)聲，調(diào)制的風(fēng)輪嘯叫噪聲等。這些音調(diào)均需要被檢出，并判斷是否可以接受。

當(dāng)前音調(diào)聲評(píng)價(jià)通常采取兩種方式，第一種是現(xiàn)場(chǎng)主觀評(píng)價(jià)；第二種是客觀計(jì)算OA差。主觀評(píng)價(jià)耗費(fèi)評(píng)價(jià)人員大量的時(shí)間和精力，且不易量化。OA差指噪聲的A計(jì)權(quán)總聲壓級(jí)和A計(jì)權(quán)FFT頻譜中最大峰值的差值，如果差值小于等于10dBA，則判斷存在音調(diào)聲，如果差值大于10dBA則判斷無異音。OA差的判斷方法具有很大的局限性，沒有考慮音調(diào)所在頻率段的噪聲對(duì)其掩蔽效應(yīng)，對(duì)于稍高頻段比如2000Hz以上的音調(diào)聲一般無法檢出。

針對(duì)以上問題，ANSI S1.13-2005[1]空氣中聲壓級(jí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中的附錄A提供了參考思路。在此標(biāo)準(zhǔn)中，音調(diào)成分被置于所在臨界頻帶或者臨近臨界頻帶中進(jìn)行評(píng)價(jià)，與全頻段噪聲值無關(guān)。當(dāng)噪聲中音調(diào)成分的評(píng)價(jià)指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，則判斷該音調(diào)是顯著可聽見的。但是一般而言，當(dāng)音調(diào)的評(píng)價(jià)結(jié)論為顯著時(shí)，音調(diào)聽感已經(jīng)過于突出，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了產(chǎn)品的品質(zhì)限定要求。所以，該標(biāo)準(zhǔn)的顯著指標(biāo)不能直接應(yīng)用于評(píng)價(jià)室內(nèi)機(jī)音調(diào)。以噪聲掩蔽效應(yīng)[2]為基礎(chǔ)理論，計(jì)算了全頻段范圍內(nèi)的純音和噪聲對(duì)特定頻率聲音的掩蔽閾值，最終根據(jù)頻譜峰值和掩蔽閾的差值定義了煩惱度指數(shù)，但是未能說明用戶不可接受的煩惱度指數(shù)是多少。

本文通過在空調(diào)室內(nèi)機(jī)的噪聲信號(hào)中添加純音信號(hào)，并且不斷調(diào)整純音信號(hào)幅值，采用多人主觀判斷的方式，確定純音信號(hào)不可接受的幅值，計(jì)算不可接受時(shí)的音噪比，以此作為音調(diào)判斷閾值，并擬合了閾值公式。

2、音噪比介紹

音噪比用于描述噪聲中音調(diào)聽感的突出程度。以音調(diào)頻率為中心的臨界頻帶內(nèi)的噪聲會(huì)對(duì)音調(diào)產(chǎn)生掩蔽效應(yīng)，而臨界頻帶以外的噪聲對(duì)該音調(diào)的掩蔽效應(yīng)較小，一般可以忽略。音調(diào)聲壓級(jí)與對(duì)應(yīng)臨界頻帶的掩蔽噪聲的聲壓級(jí)差值越大，則音調(diào)聽感會(huì)越明顯。ANSI S1.13-2005中音噪比計(jì)算稱為tone-to-noise ratio方法，適用的音調(diào)頻率范圍為89.1Hz到11220Hz。

以f0為中心頻率的臨界頻帶帶寬計(jì)算公式如下：

當(dāng)f0≤500Hz時(shí)，臨界頻帶的下限、上限頻率分別為f1和f2，計(jì)算公式如下：當(dāng)f0＞500Hz時(shí)，

Tone-to-noise ratio根據(jù)FFT線性聲壓級(jí)頻譜計(jì)算音調(diào)聲壓級(jí)與對(duì)應(yīng)臨界頻帶(中心頻率為音調(diào)頻率)掩蔽噪聲聲壓級(jí)的差值，得到音噪比指標(biāo)：

對(duì)應(yīng)臨界頻帶內(nèi)的掩蔽噪聲總聲壓級(jí)可見公式(8)。

其中：

單一音調(diào)頻率對(duì)應(yīng)的掩蔽噪聲總聲壓級(jí)的簡化公式可見公式（9）。

從上公式可知：

采用標(biāo)準(zhǔn)中的顯著閾值評(píng)價(jià)室內(nèi)機(jī)音調(diào)是否可接受是不合理的。假設(shè)以1000Hz為中心頻率的臨界頻帶范圍的總噪聲值為32dB，音調(diào)按標(biāo)準(zhǔn)定義為顯著是，音調(diào)聲壓級(jí)與掩蔽噪聲聲壓級(jí)之差為8dB。根據(jù)噪聲能量疊加原理，計(jì)算得出音調(diào)噪聲聲壓級(jí)為31.37dB，掩蔽噪聲聲壓級(jí)為23.37dB，可知整個(gè)臨界頻帶噪聲以音調(diào)噪聲為主，音調(diào)成分已經(jīng)十分明顯。如果以此作為檢測(cè)空調(diào)內(nèi)機(jī)異音的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)檢出存在顯著音調(diào)成分時(shí)，異音已相當(dāng)突出，早已突破了品質(zhì)要求的紅線。所以，研究空調(diào)內(nèi)機(jī)音調(diào)的可接受聽感閾值必不可少。

3、音調(diào)閾值擬合

以室內(nèi)機(jī)掛機(jī)噪聲為研究對(duì)象，研究結(jié)果僅應(yīng)用于掛壁室內(nèi)機(jī)音調(diào)聲的評(píng)價(jià)。

音調(diào)聽感可接受閾值采用主觀評(píng)價(jià)方式確定，具體步驟如下：

第一步、錄音。在半消聲室內(nèi)采用HEAD人工頭記錄掛機(jī)噪聲，可實(shí)現(xiàn)模擬人頭的高保真錄音。

第二步、采用ArtemiS軟件對(duì)聲音進(jìn)行合成處理。選擇一個(gè)頻率點(diǎn)，在無異音的室內(nèi)機(jī)噪聲中疊加純音成分并生成聲音文件。

第三步、主觀聽音評(píng)價(jià)。在安靜的聽音室內(nèi)采用高保真的回放系統(tǒng)重現(xiàn)合成后的聲音，采取多人主觀評(píng)價(jià)的方式，判斷是否存在音調(diào)成分，以及判斷音調(diào)聲是否可以接受。

第四步、如果主觀評(píng)價(jià)音調(diào)聲可接受，則增加純音的聲壓級(jí)幅值2dB，重復(fù)第二步，第三步，直至主觀評(píng)價(jià)確認(rèn)音調(diào)聽感不可接受為止，計(jì)算音調(diào)的音噪比，以此為音調(diào)評(píng)價(jià)閾值。

以確定1000Hz音調(diào)聲可接受閾值為例，演示計(jì)算過程。圖2所示為掛機(jī)內(nèi)機(jī)的添加1000Hz音調(diào)后的噪聲頻譜，頻率分辨率1.5Hz。不斷的增大1000Hz音調(diào)幅值，當(dāng)音調(diào)峰值增加到17dB時(shí)，主觀評(píng)價(jià)不可接受，計(jì)算得到音噪比-2.0dB。

在室內(nèi)機(jī)的噪聲中，通常由電機(jī)激勵(lì)，管路振動(dòng)激勵(lì)，冷媒激勵(lì)，風(fēng)道氣流激勵(lì)的音調(diào)噪聲通常不會(huì)超過4000Hz，所以重點(diǎn)研究頻率在4000Hz以下的音調(diào)聲的評(píng)價(jià)閾值。在表1中所列頻率處增加音調(diào)成分，逐個(gè)主觀評(píng)價(jià)判斷在某一頻率處音調(diào)的不可接受閾值，計(jì)算音調(diào)剛好不可接受時(shí)的音噪比，得到表1的結(jié)果。計(jì)算音噪比之前，必須首先判斷音調(diào)幅值是否大于絕對(duì)聽閾值，如果小于絕對(duì)聽閾值，則音調(diào)不可被聽見[2]。

以頻率為自變量，音噪比為因變量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到對(duì)數(shù)擬合結(jié)果，如圖2。

擬合公式為：

89.1Hz≤f≤4000Hz

擬合結(jié)果的校正決定系數(shù)R2為：0.914。

4、評(píng)價(jià)效果驗(yàn)證

通過以下兩個(gè)例子，可以說明采用音噪比閾值評(píng)價(jià)音調(diào)的方法優(yōu)于OA差評(píng)價(jià)方法。

圖1 （a）含2000Hz音調(diào)的室內(nèi)機(jī)頻譜圖

圖1 （b）含2000Hz音調(diào)的局部頻譜圖

表1 室內(nèi)機(jī)音噪比不可接受閾值表

圖2 閾值擬合圖

圖3 室內(nèi)機(jī)異音頻譜圖

圖4 含調(diào)制聲的室內(nèi)機(jī)異音頻譜圖

圖3中為某室內(nèi)機(jī)異音頻譜，音調(diào)峰值為16dBA，總噪聲值為36.8dBA，OA差值為20.8dBA，OA差大于10dBA，按照OA差判斷標(biāo)準(zhǔn)為合格。但是按照音噪比評(píng)價(jià)方法，以2000Hz為中心頻率的臨界頻帶總噪聲為24.2dB，音調(diào)窄帶噪聲20.1dB，計(jì)算得到掩蔽噪聲為22.4dB，音噪比為-2.3dB；根據(jù)音噪比閾值擬合公式計(jì)算2000Hz的閾值為-4.5dB，實(shí)際音噪比大于閾值，判斷存在異音。

圖4為某室內(nèi)機(jī)風(fēng)輪嘯叫調(diào)制聲異音頻譜。采用OA差判斷異音，總值為43.9dBA，F(xiàn)FT最大峰值為27.0dBA，OA差為兩者差值16.9dBA，遠(yuǎn)大于10dBA，判斷結(jié)果為無異音。采用多音調(diào)的音噪比算法，主音調(diào)頻率為1314Hz，總噪聲聲壓級(jí)為35.7dB，音調(diào)總聲壓級(jí)為34.1dB，掩蔽噪聲聲壓級(jí)為31.05dB，音噪比為2.95dB；根據(jù)音噪比閾值擬合公式計(jì)算1314Hz的閾值為-3.2dB，實(shí)際音噪比大于閾值，存在異音。

5、小結(jié)

本文在室內(nèi)機(jī)噪聲中疊加純音合成異常室內(nèi)機(jī)噪聲，通過主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，確定不同頻率純音的不可接受的聲壓閾值，將對(duì)應(yīng)的音噪比設(shè)為音調(diào)聲的判斷閾值，并擬合了判斷公式，已應(yīng)用于掛機(jī)室內(nèi)機(jī)的音調(diào)檢測(cè)。下一步還需要研究更多的方法檢測(cè)其它種類的異音，比如窄帶異音，頻帶異音，其它異響等。

[1] ANSI S1.13-2005 Measurement of Sound Pressure Levels In Air[S]

[2]蔣偉康,孫偉.基于掩蔽特性的噪聲品質(zhì)評(píng)估研究[J],聲學(xué)學(xué)報(bào),2005,30(2):184-188.

Evaluation of Tone in Airconditioner Indoor Unit Based on Tone-to-noise Ratio

FENG Jinping
(Guangdong Media General Refrigeration Equipment Co.Ltd , Foshan 528311)

In order to reasonably evaluate the tone in indoor unit noise, a pure tone is implanted in indoor unit noise,and the sound pressure amplitude of tone is gradually increased, when subjective judgment result is unacceptable, then tone-to-noise ratio is calculated, and the value of tone-to-noise ratio is defined as the threshold, finally a formula of threshold is fitted, when the value of tone-to-noise ratio is greater than the value of threshold, the tone is unacceptable, otherwise is acceptable. It’s more accurate to use tone-to-noise ratio method than use OA difference method, and is more objective and convenient than site subjective evaluation.

Airconditioner; Noise; Tone; Tone-to-noise ratio