空調聲品質實驗方法研究

陳風梅　高保華　高孺　曹祥祥

青島海爾空調器有限總公司　山東青島　266000

1　引言

隨著人民生活水平的不斷提高，用戶對空調的需求也由普通的制冷、制熱效果轉為與舒適性相結合的需求。噪音大逐漸成為空調市場調研中消費者抱怨的第一問題，目前家用空調普遍采用A計權聲壓級與聲功率級進行客觀評價，此方法并不能完全描述噪音的特性以及對用戶心理產生影響[1]，對于某些空調，聲壓級、1/3倍頻程譜相近，但用戶主觀感受完全不同。為了能更準確地描述聲音特性與用戶主觀感受，逐漸引入聲品質評價體系。空調的聲品質評價標準是主觀評價與客觀分析相結合的評價系統 ，是一個復雜且長期積累的過程，聲品質標準并不是一成不變的，而是隨著人的認知、環境等需求不斷完善的。本文對3種不同系列空調進行主觀與客觀評價分析，討論空調聲品質實驗方法。

2　聲品質概念

聲品質是個宏觀的概念，并不是單一變量。對于空調產品來說聲品質是用戶對聲音信號的聽覺感知，是用戶對產品聲音特性的主觀判斷[2]。聲品質主要評價指標[3]為：

響度（Loudness）描述的是聲音的響亮程度，表示人耳對聲音的主觀感受，單位是宋（Sone）。定義1kHz，聲壓級為40dB純音的響度為1宋。響度是聲品質評價指標中唯一具有ISO計算標準的指標，其他指標暫無統一的國際標準。

抖動度（Fluctuation Strength，又稱波動度）描述聲音的幅值調制特性，抖動度是描述聲音的瞬時變化造成聲音的起伏感，主要是低頻區域。抖動度符號為F，單位是vail，定義60dB的1kHz純音在調制頻率為4Hz的100%調幅作用下產生的抖動度為1vail，調制頻率低于20Hz時（參考頻率為4Hz）為抖動度特性。

粗糙度（Roughness）與抖動度都是主要反映聲音的幅值調制特性，粗糙度符號為R，單位是asper，定義60dB的1kHz純音在調制頻率為70Hz的100%調幅作用下產生的粗糙度為1asper。一般來說當調制頻率低于20Hz時（參考頻率為4Hz）為抖動度特性，高于20Hz時（參考頻率為70Hz）為粗糙度特性。

尖銳度（Sharpness）描述高頻成分在聲音頻譜中所占比例的物理量，反映了人主觀上對高頻段聲音的感覺，反映了聲音的刺耳程度。同時還可看做描述聲音音色特征。尖銳度符合為S，單位acum，定義中心頻率為1kHz、寬帶為160Hz的60dB窄寬帶噪音的尖銳度為1acum。總體來說，尖銳度隨聲音高頻分量的增加而增加，隨低頻分量的增加而減小。

3　空調聲品質評價實驗

聲品質評價是主觀評價與客觀分析相結合的評價體系，本文采用德國Head Acoustics雙耳人工頭（人工頭，即：聲品質測量人工軀干模型）對壁掛式、落地式、窗式3種不同系列空調室內機錄音與分析，由5位人員組成的評審團現場打分評價。評審團成員來自空調各部件部門，男女比例為3:2。評審團成員要求經過專業聽音培訓并通過認證。

3.1　主觀評價方法

采用語義分析法[6]，提供一些描述聲音的形容詞，分別設置為不同的分數，評審團人員對每個樣本聽音后，根據個人主觀感受選擇相對應描述，并獲取評分值，如表1所示。為了能夠更好地記錄并描述實驗過程中出現的異音，我們匯總了空調常見的異音描述與原因分析，見表2。

3.2　實驗步驟

（1）將空調按照GB/T 7725要求安裝在半消聲室中。人工頭安裝在半消聲室的室內側，將人工頭固定在專用三腳架上，測試過程中需要保持人工頭位置不變。人工頭加裝防風面罩（如需要）防止空調出風口氣流的直接沖擊對實驗造成影響；

（2）調整空調運行工況，空調聲品質實驗應包括常用的幾種工況條件；

（3）工況穩定后運行人工頭，對空調的8種風量模式進行錄音，其中包括：啟動、強力、高風、中風、低風、低風轉高風、高風轉低風、停機。每種模式錄制時間不宜過長，應考慮后續評審團聽音評價時能保持足夠的精神集中；

（4）評審團現場評審，錄音完成后由評審團現場評審，評審團人員應以空調為中心，模擬用戶在家庭中的站位，對空調8種風量模式進行現場主觀評價，參照表2記錄任何異常或有害噪音，并根據表1進行評分；

表1　評分與主觀感受

表2　空調常見的異音描述

（5）評審團聽音室評價，在專用聽音室內使用專業耳機或回放系統對錄音文件進行回放。回放過程中評審團對樣本噪聲進行打分評價。回放錄音時應按操作要求進行格式轉換，同時避免因轉換格式造成聲音失真；

（6）數據處理，人工頭分析錄音數據，提取響度、抖動度、粗糙度、尖銳度等聲品質指標值；整理評審團主觀評價結果，詳情見表3。

3.3　實驗結果

（1）通過計算Kendall’sW協和系數來驗證評價結果是否具有一致性。計算公式為[7]：

式中：

W—協和系數；

K—評價主體個數；

n—噪聲樣本個數；

SR—評價樣本j在K個評價人下的軼和Rj與其平均值之差的平方和；

Rij—噪聲樣本j在第i個人評價中的軼，它體現了樣本j的評分結果在第i個人所有評分結果中的排序。

當n＞7時，檢驗統計量X2=K(n-1)W近似服從自由度為n-1的X2分布。當X2≥Xa2（a為置信水平）時拒絕原假設，認為K個評價主體所得的軼評具有一致性。否則需要針對不一致性采取相應的處理措施。

表3　三種不同類型空調聲品質實驗結果

計算Kendall’sW協和系數為0.7322，其評價結果具有一定的一致性，實驗較為合理。

（2）聲品質是一個復雜的評價量，它與響度、抖動度、粗糙度、尖銳度有關，且各指標相互交互影響，其中響度指標值變化明顯。

（3）不同類型的空調響度值范圍不同，窗式空調響度值普遍高于壁掛式和落地式空調。窗機的響度值最大為7.99sone，窗機運行過程中響度范圍為5～8sone，而壁掛式與落地式空調運行過程中響度值范圍為1～5sone。

（4）不同風速模式、不同工況條件下聲品質評價指標值不同。

4　結語

目前，空調暫無統一的聲品質評價標準，聲品質實驗不是一個階段性的實驗，而是一個長期的實驗過程，是隨著人們的認識與用戶需求不斷完善的實驗過程。通過已開展的聲品質實驗研究，對空調聲品質標準與實驗提出一些建議：

（1）目前空調聲品質暫無統一的標準，空調聲品質評價標準并不是一個通用的標準，應對空調進行分類，對不同類型的空調制定不同的聲品質評價標準。不同類型空調之間不做聲品質比較。

（2）空調聲品質實驗是一個繁瑣的過程，建議進行空調聲品質實驗時，使用人工頭在專用錄音室內進行，在專用聽音室內回放錄音，并由評審團打分評價，避免周圍環境對實驗的干擾。聲品質錄音時應充分考慮不同工況條件下的制冷與制熱模式、不同風速以及不同風速間的互轉過程。

（3）空調聲品質實驗是一個漫長的積累過程，聲品質實驗的空調數量因盡可能地覆蓋市面上的主流型號，通過大量數據分析，確定聲品質評價指標與人的主觀感受之間的聯系，建立聲品質模態方程。