車載音響系統的主觀評價與測量的分析和研究

摘要：本文介紹了一種新的對車載音響系統產生的音質進行主觀評價的方法。該方法采用了可聽化技術，可以將汽車本身產生的噪聲加入到主觀評價中，對不同品牌汽車的音響系統進行聽力測試時進行分析。本文介紹了該主觀測試的具體流程，并著重于問卷中問題的選擇和所采用的權重。該方法的主要創新在于，簡化了音響系統客觀評價的工作量和難度，并且評估結果具有較高的可信度。

關鍵詞：車載音響系統;聲學性能指數;聽力測試;主觀評價

1引言

汽車音響系統的評估通常是結合客觀測量和主觀聽力測試來完成[1]。后者的工作量較大且評估結果存在較大差異性，因為受試者必須坐在每輛車上，評估通過音響系統播放的預定義音樂樣本。而且忽略了發動機和輪胎產生的噪音，主觀評價一般是在發動機不運轉的情況下進行的[2]。通過使用可聽化技術可以對不同車輛的音響系統進行比較主觀評價[3]，主觀評價中使用的音軌不記錄在車廂內，而是通過將原始信號與雙耳信號進行卷積，由此來重建先前為音響系統的每個通道測量的脈沖響應，加上汽車的噪聲，也基于平均噪聲譜的實驗測量進行合成。本論文的主要工作是介紹該方法的具體流程并對其進行分析，以完善研究過程中的目標[4]。

2主觀評價方法

2.1車內噪聲的測量

在測試的9輛車中，對每輛車在不同速度下的車內噪聲進行了初步測量。試驗在公路上進行，速度分別為90、120和140 km/h。聲音信號收集話筒安裝在駕駛員軀干模特身上，放置在駕駛員一側的座椅上。話筒通過一個聲級計連接到一個DAT記錄器上。每個磁帶上都記錄了一個初步的94 dB，1kHz的校準信號。在每種車速下，為每輛車記錄20分鐘的聲音樣本。在測試實驗室中，通過實時分析儀回放和分析DAT記錄，并將1/3倍頻程光譜存儲到磁盤并轉換為電子表格。背景噪聲記錄沒有直接與可聽信號混合，噪聲信號具有所需的頻譜，被用作形成人工背景噪聲的成形濾波器。

2.2系統脈沖響應的測量

對于聽者的給定位置，必須測量4個脈沖響應，從每個通道到聽者頭部兩側的耳朵。脈沖響應測量采用MLS發生器和去卷積器，用于從麥克風信號記錄中恢復脈沖響應，兩者均以44.1 kHz的采樣頻率運行。該信號來自于筆記本電腦中16位音板的輸出，通過插入每輛車的音樂播放機中的電磁耦合器輸入音響系統。發現該耦合器引入了不均勻的頻率響應，但通過適當的逆濾波器很容易均衡測量結果，從而消除這種影響。使用雙耳仿真頭記錄信號，將其放置在駕駛員位置，并利用筆記本電腦的線路輸入端口，對通過自制前置放大器適當預放大的麥克風信號進行采樣。

由于在這種情況下，每個脈沖響應相對于其他脈沖響應的絕對延遲和增益非常重要，因此測量時將單個麥克風連接到電腦右聲道輸入中，而左聲道輸入直接連接到信號輸出，通過這種方式，每個測得的立體聲脈沖響應在左聲道上始終包含相同的電環回信號，具有最大振幅和恒定延遲，在右聲道上包含測得的脈沖響應，具有適當的延遲和相對振幅。剝離左聲道信息后，將4個測得的脈沖響應信號打包成兩個立體聲脈沖信號，并以WAV格式進行保存。

3信號處理

3.1聲場可聽化

信號處理由三個不同的步驟組成：卷積、噪聲疊加和向受試者回放。第一步是使用新的卷積器軟件來完成的，該軟件允許立體聲原始信號與兩個獨立的立體聲脈沖響應信號同時卷積，因此整個過程快速可靠，分析結果可以立即收聽，或以WAV格式文件保存在新文件中。原始信號是各種音樂的樣本，從商業數字CD傳輸到硬盤中。通常情況下，為測試選擇的聲音樣本長度在30秒到1分鐘之間。

3.2背景噪聲模擬

卷積完成后，利用聲音編輯程序的標準功能生成等效背景噪聲，我們首先生成“空間立體聲”噪聲，然后應用適當的頻率濾波，直到以90 km/h的速度計算出的1/3倍頻程譜，誤差接近測量值的±1 dB。同時考慮到整體信號振幅，卷積信號與背景噪聲混合，從而將受試者耳朵處音樂的絕對等效聲壓級調整為90 dB。

在聽重構信號時，與音樂相比，發現背景噪音似乎太高了，這是因為我們的大腦在開車時只專注于音樂，而忽略了環境噪音，為了讓每個人都能記住他在真實汽車上的聆聽體驗，噪音比真實汽車低得多。

3.3主觀評價系統

為了向受試者呈現重建的聲音信號，采用了兩種再現系統：第一種是使用揚聲器，第二種是使用耳機。為了不影響評價結果，需要對每只耳朵進行適當的均衡，對于耳機，通過使用適當的均衡FIR濾波器對每只耳朵的信號進行卷積來完成，而揚聲器再現系統需要串擾消除方案，這是為了避免來自左揚聲器的信號到達右耳，或者右揚聲器的信號到達左耳。

為了使聲音樣本的播放過程自動化，并表達對每個聲音樣本的主觀判斷，開發了一個軟件工具平臺。采用WAV播放器配備圖形界面，用于收集對一組預定義問題的回答。WAV文件和一系列主觀題存儲在ASCII文件中，因此同一程序可用于不同的主觀測試。每個問題都表示為兩個反命題術語（如愉快-不愉快），測試者必須在它們之間進行選擇標記，以5段為尺度。因此，每個響應都由一個數值表示，范圍在1（最差）到5（最好）之間;3表示反應在中間。

4結論

對主觀結果的初步分析表明，可聽化技術使得利用汽車之間的差異成為可能，因為其他可能影響主觀結果的因素保持絕對不變。與直接進行雙耳記錄的傳統技術相比，進行實驗所需的總時間大大減少。通過對測量的脈沖響應進行數字濾波，直接評估對音響系統的任意修改對音質的影響，以確定其最優的特性。主觀結果與已知的設計標準一致，該標準要求車廂內的低噪聲、合理平坦的頻率響應、無失真以及頻率響應向低頻的廣泛擴展。

參考文獻

[1]王若波.關于音響系統的音質評價方法[J].家庭影院技術，2016（03）：106-107.

[2]劉永明，劉少卿，李明峻，侯衛國.車載音響系統抗振可靠性仿真[J].機械設計與制造，2017（12）：195-198.

[3]曾桂華.車載音響的搭配原則和方法探析[J].時代汽車，2019（15）：127-128.

[4]郭天嬌，孫越.車載音響單元自動化測試系統的開發[J].汽車實用技術，2016（12）：125-128.

作者簡介：李勝旺（1973-），男，漢族，籍貫吉林省吉林市，大專學歷，現就職于寧波艾思科汽車音響通訊有限公司，主要從事技術研發工作。