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颜色对车内噪声品质影响的主观评价试验
2020-04-30 22:42:18· 来源：吉林大学学报
苏丽俐１，王登峰１，陈书明１，姜吉光１，王倩２（１．吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长春 １３００２２；２．吉林大学 汽车工程学院）摘 要：以蓝、
苏丽俐１，王登峰１，陈书明１，姜吉光１，王倩２
（１．吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长春 １３００２２；２．吉林大学 汽车工程学院）
摘 要：以蓝、粉、灰、橙、红５种颜色的汽车内饰图片作为视觉刺激，以５种汽车典型运行工况下采集到的车内噪声样本作为评价对象，构成２５ 组视听组合。首先，利用语义细分法对待测声音样本的１０种听觉属性进行主观评价。然后以“豪华感”和“运动感”作为声品质整体主观评价指标，利用基于熵权的逼近理想解排序（Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｒｄｅｒｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｔｏｉ－ ｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＴＯＰＳＩＳ）方法对主观评价结果进行综合评价。试验结果表明：在蓝色图片刺激下声音样本“豪华感”最强，橙色最弱；在红色图片刺激下“运动感”最强，粉色最弱。因此，可以 通过视听交互作用来实现车内噪声品质的改善。
关键词：车辆工程；声品质；主观评价；逼近理想解排序法；熵权；颜色
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感知声音的品质不仅与纯物理信号有关，还与其他感官、甚至非感官的因素有关，因而仅考虑声音信号而忽略视觉刺激对主体感知的影响就对声音品质做出的评价是不全面的。
国外大量试验证明视觉与听觉之间存在相互作用［１－３］，而且研究证实颜色引起的视觉刺激能够影响对感知响度的判断。Ｆａｓｔｌ通过多年对颜色与声品质关系的研究［４－５］发现，在评价主体分别注视红色和绿色两张图片的同时对同一种低频噪声的响度进行判断，评价主体在红色图片刺激下做出的感知响度判断高于实际响度，而在绿色图片刺激下的判断则低于实际响度，无论图片内容是高速列车或是跑车，还是评价团由德籍评价主体或是日籍评价主体构成，均得出类似结论。然而Ｄａｎｉｅｌ［６］ 的 结 论 却 与 以 上 观 点 不 同，他 利 用 Ｂéｋéｓｙ追踪法进行的试验表明颜色并没有对测 试声音的感知响度产生影响。
本文基于以上结论，深入研究了颜色对声品质的影响。以显示器全屏显示的红、橙、灰、粉、蓝 ５种颜色汽车内饰图片作为视觉刺激，以５ 种汽车典型运行工况下采集到的车内噪声样本作为评价对象，首先利用７级尺度的语义细分法对这２５组视听组合的１０种感知属性进行主观评价，再以 “豪华感”和“运动感”作为声品质的整体评价指 标，利 用 基 于 熵 权 的 逼 近 理 想 解 排 序 方 法 （Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｒｄｅｒｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｔｏ ｉｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＴＯＰＳＩＳ）对５ 种颜色影响下声品质主观评价结果进行综合评价并择优排序。
01
试验
1.1 噪声样本采集
为了获取准确的车内噪声样本，选用丹麦Ｂ＆Ｋ 公 司 生 产 的 ４１００Ｄ 型 仿 真 人 工 头 和 Ｂ＆Ｋ３５６０Ｂ 多通道测试系统来进行声音样本的采集。为保证重放的噪声信号能够真实反应人耳的主观感受，回 放设备选用的是 Ｂ＆Ｋ 公司的ＺＥ０７６９型４通道声功率放大器和德国森海塞尔 ＨＤ６５０高性能保真耳机。
噪声样本采集试验记录了某轿车在平整柏油马路上、以５种稳态工况行驶时右后方乘客耳旁位置处的若干组噪声信号，在常用档位和发动机转速范围内进行筛选、分段截取，得到５个长度为５ｓ的有效噪声样本作为评价对象。５ 种行驶工况分别为怠速以及行驶速度为 ６０、８０、１００、１２０ｋｍ／ｈ。
1.2 颜色的心理学意义及选取
结合常见的汽车内饰颜色，本试验选取了蓝、粉、灰、红、橙５ 种有代表性的颜色。蓝色可以镇定神经；粉色有放松情绪和肌肉的作用；灰色与任 何刺激因素或心理倾向都关系不大；红色可以加快血液循环并能治疗抑郁症，但接触过多会使人焦虑；橙色使人产生活力。色彩疗法已经获得越来越多的认可，Ｈａｒｒｙ Ｗｏｈｌｆａｒｔｈ（１９８２）在其研究报告中指出，颜色和光线可以影响人们的行为。
目前越来越多的医院、学校，神经病疗所、甚至监 狱都运用色彩疗法原理来提高其内部环境质量。本试验以距离评价主体７０ｃｍ 处的２４ 寸液晶显示器全屏显示的蓝、粉、灰、红、橙５种颜色汽车内 饰图片作为视觉刺激。
1.3 评价主体
本次试验评价团由在校教师、研究生及汽车从业人员共２４人组成，男女比例２∶１，平均年龄 ２８岁，其中１７人具有１年以上实际驾车经验，另外７人有经常乘坐公交车及出租车经验。
1.4 评价方法及评价指标
采用语义细分法对１０ 组语义相反的形容词进行７等级划分。在对以往美国、德国、日本评价者的大量车内噪声品质主观评价试验中发现，３个不同民族和地域的评价者感受可归纳为“运动感”和“豪华感”两种基本声音属性。“豪华感”模型（见图１）中评价主体更倾向于“柔和的”“宁静的”“虚弱的”“令人平静的”，而“运动感”模型中则更倾向于“铿锵的”“喧嚣的”“强有力的”以及“动感的”。因此在“运动感”模型中以上４ 项的评价值得分为豪华感评分的相反数。其余计算过程与豪华感相同。
1.5 试验过程
进行试验之前，选取试验当中的部分视听组合作为培训内容，以使评价主体熟悉评价过程、统一并加强对语义细分法中形容词的理解。评价主体在注视显示器上图片的同时对声音样本进行评价，评价主体根据自身感受以及对１０组评价形容词的理解，在每对形容词的７ 个等级中选择最合适的分数。评价主体可根据自身情况多次播放声 音样本。为了避免前一种颜色对后一种颜色产生掩蔽效应，在两次测试中插入一张中性颜色（米黄色）的间隔页。
02
基于熵权的 ＴＯＰＳＩＳ方法
熵权法是一种根据各项目标观测值所提供的信息量大小来确定目标权重的方法。它以决策者预先确定的偏好权系数为基础，将决策者的主观判断与评价对象的固有信息结合起来，实现了主客观的统一，有效克服了神经网络评价、灰色综合评价、模糊综合评价等定量评价方法中不可避免的确定权重时主观性强的缺点。
ＴＯＰＳＩＳ是一种借助于多目标决策分析问题的理想解和负理想解进行择优排序的多指标综合评价方法，该方法以靠近理想解和远离负理想解作为评价各方案的判据，可以对多个评价对象进行优劣排序。
2.1 数据的标准化
设有ｍ 个评价样本，ｎ个评价指标（以下简称（ｍ，ｎ）评价问题），各评价对象的评价指标值组成矩阵Ｘ，xij 表示第ｉ个评价对象的第ｊ个指标的值。 第ｉ个评价对象关于第ｊ 个指标经过标准化处理的特征值 y ij 表示为
2.2 评价指标熵权的确定
（ｍ，ｎ）评价问题中第ｊ个评价指标的熵定义为
根据式（２）（３）确定各指标熵权。当ｉ固定而 ｊ 取不同值时，yij 的值相差越大，表明该指标传递的信息越多，其权值也越大。
2.3 加权标准化矩阵的构造
由于各指标的重要程度不同，因此应考虑各指标的熵权，将标准化数据加权构成加权标准化矩阵。
2.4 理想解和负理想解的确定
按照式（５）（６）确定理想解及负理想解：
2.5 欧式距离的计算
评价对象到理想解与负理想解的距离分别为
2.6 相对接近度的确定
按照式（９）确定相对接近度：
按照相对接近度大小对评价对象进行优劣排序，相对接近度大的为优。
03
颜色对声品质影响的综合评价
3.1 评价指标集的建立
表１为基于豪华感评价模型，利用语义细分法对２５组视听组合进行声品质评价试验得到评价值均值。“运动感”声品质模型中更倾向于“铿锵的”“喧嚣的”“强有力的”以及“动感的”，因此在运动感模型中以上４项的评价值得分为豪华感评分的相反数，其余计算过程与豪华感模型相同。
3.2 原始数据标准化
将表１中数据代入式（１），得到标准化后的指标值。
式中：Ｙ１ ～Ｙ５ 分别为汽车在怠速６０、８０、１００、１２０ ｋｍ／ｈ五种稳态工况下所采集声音样本声品质主观评价结果的标准化数值。
3.3 各指标熵权的计算和加权标准化矩阵的构造
根据式（２）（３）计算出各指标熵权。
（1）豪华感模型熵权
（2）运动感模型熵权
根据式（４）计算加权标准化矩阵。
3.4 理想解和负理想解的确定
根据式（５）（６）计算得到豪华感声品质评价理想解和负理想解如下：
运动感声品质评价理想解和负理想解分别为
3.5 距离计算和相对接近度的确定
利用式（７）（８）分别计算正理想解和负理想解的距离，并根据式（９）计算相对接近度，得出“豪华感”及“运动感”优劣排序，如表２所示。
3.6 综合评价结果
对表２的数据进行整理生成统计图形，５ 种行驶工况下采集声音样本的“豪华感”及“运动感” 声品质评价结果如图２所示。试验结果表明：在蓝色图片刺激下声音样本的豪华感最强，其次为粉色，橙色最弱；在红色及橙色图片刺激下声音样本的运动感稍强于其他３种颜色刺激。由语义细
分法评价结果可知在红色刺激下声音听起来最为强劲，但是烦躁度最高，在蓝色刺激下声音听起来最为柔和，愉悦度和放松度最高。
04
结束语
将基于熵权的 ＴＯＰＳＩＳ方法应用于声品质评价中，利用熵理论确定评价指标的熵权，既可以避 免确定权重时的主观性，又可以实现对同一声音 样本不同颜色影响下的综合评价值择优排序。综 合评价试验结果显示：颜色会对车内噪声品质评 价产生影响。在蓝色图片刺激下车内噪声的“豪 华感”最强，声音听起来最为柔和，粉色次之，橙色 最弱；而红色图片刺激下“运动感”最强，声音听起 来最为强劲，但是也最容易引起烦躁不安的情绪， 橙色次之，粉色最弱。试验结果与颜色心理学及Ｆａｓｔｌ等［５］的研究结论基本吻合。
参考文献
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