电动车提示音设计的心理学需求

在上一篇的文章中，介绍了为了保护行人安全，有必要给安静的电动车设计车外提示音。那么如何在嘈杂的背景噪声中，电动车发出的声音能够让行人容易识别并觉察到车辆的靠近，提醒行人主动避开危险？就需要考虑心理声学方面的科学。

一、物理声学评价的缺陷：

心理声学是心理学的一个分支，是研究人类对声音感知和听觉的科学。根据心理声学掩蔽阈理论，根据A 记权计算出来的的声压总值（Overall Level）并不能完全代表双耳感知到的声音响度，主要是有以下几个方面原因：

1、响度对频率敏感性；

2、响度对频率具有选择性；

3、频率掩蔽效应；

4、时域掩蔽效应；

5、共同调制掩蔽释放

对频率的敏感性表现在低频和高频成分给人的声音响度不一样。采用A记权的方式是假设频率成分是规则统一的，而实际情况中，频率成分差异很大。

一般采用三分之一倍频程的来表达对频率的选择性，但是这种方式比较粗糙的一种方式，是人耳听觉对不同频率成分的一种粗略简化。实际上，人耳对频率的选择性是有一套根据带宽精确的计算方法。响度就是根据人耳对频率的选择性加权计算出来的。



人类听觉系统存在掩蔽效应，所以无法完全分离不同频率成分。跟频率相关的高能量有效地激发了基底膜的一个区域，但是也较小程度地激发了邻近区域，高能量频率成分可以掩蔽不同频率下较低能量成分的声音。

基于以上原因，采用传统的物理声学评价是有一定局限性的。

二、心理声学考量的声音设计

美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）基于三个心理声学评价维度（识别度、觉察度、烦躁度），提出了四种建议的声音设计方案：

1、录音回放内燃机的声音

2、人工合成内燃机的声音

3、结合内燃机的频率成分人工合成声音

4、人工合成非内燃机的声音



1、录音回放内燃机的声音

录音和回放是声学领域成熟的技术之一，随着DSP的发展，实现方式成本比较简单。对于电动车同样存在的轮胎噪声、气动声和空调风扇噪声不用考虑。只需记录内燃机从0到30km加速、减速到10km的声音然后通过扬声器回放。这种策略的优点就是识别度较高，因为人们对汽车引擎的声音是具有统一认知的，更容易被大众接受。

缺点就主要有两点：

1、EV车与内燃机车加速性能不一样，内燃机和电动机的扭矩特性差异，EV 车在马达旋转的第一秒就达到扭矩峰值，这是内燃机达不到的，所以两者在靠近行人的时间是不一样的，要求行人反应的时间更快，或者说为了避免碰撞的危险，汽车需要在更远的距离发出提示音。



2、考虑到声音装置在车辆前部的实施通常受到安装空间的限制，低频声不容易发出来。相比于内燃机饱满和阶次丰富的声音，通过体积较小扬声器发出来的声音会音调高、单调而且金属感较重。

2、人工合成内燃机的声音

在该方案中，模拟内燃机车辆声音将由数字信号处理器直接合成，该数字信号处理器被编码为类似于内燃机车辆的提示声音，声音音调和响度将随着车辆的速度和挡位模式而改变。

由于频谱具有较少的频率分量，因此合成的声音将具有额外的优势。在那些存在不同频率分量的噪声环境中实现更好的可觉察性。在行人获得可觉察性感知的前提下，可以相应地降低声能量，降低对环境的噪声影响。

3、结合内燃机的频率成分人工合成声音

人类对声音的感知很大程度上跟感知模式的识别相关，这意味着可识别的声音中必须包含与人类记忆中存储的模式相匹配记忆和经验，这是人类在进化早期形成的。根据个人对车辆声音的先前经验，模式识别可能存在较大的个体差异。这就是采用内燃机频率成分的声音合成的优势，识别度较高，能够减轻声音给人的认知负担。



4、人工合成非内燃机的声音

在如何对电动汽车进行音效设计文章中，介绍了很多国外汽车品牌专门聘请音乐家、音效师为其产品专门设计声音。

这些经过数字信号处理设计的声音，考虑到心理声学，应该具备以下特征：

1、声音的频率和大小随着车速的变化而变化，加速的范围从0-30km/h。频移的线性度至少要高于40%。

2、为了获得较好的声场，脉冲宽度为100-200毫秒，每秒间隔约3至10个脉冲；

3、脉冲间隔不超过150毫秒；

3、基频在150至1000 Hz频率范围内，在1至4 kHz频率范围内至少三个突出的谐波；

4、至少有四个频率分量处，声压级超过50 dBA。

人工合成的声音跟内燃机具有不同的特征，让人听起来并不像一辆汽车。但是通过数字信号出来实现频移，是否能让行人感知到是一辆汽车，还需要经过科学的测试。如果这种方法的开放性导致针对不同车型的提示声音，则可能会使提示声音的学习和识别变得复杂，从而使行人感到困惑。

这种没有参考内燃机车辆合成的提示音的优点是可以保持在一个较低的声能量水平让人觉察。

BMW公司提出了一种声音设计的需要考虑的两层原则，可以供我们参考。

1、底层宽频背景声-体现品牌特征；

2、突出频移声-传递提醒信号。

总结:

1、由于人耳对频率的选择性、敏感性、掩蔽效性等，传统的物理声学参量不能体现行人对电动车提示音的真实反馈，具有一定的局限性。

2、基于三个心理声学评价维度（识别度、觉察度、烦躁度），对四种不同的声音设计方案进行了说明。其中基于人工合成非内燃机的声音设计方案目前是一种趋势，除了具有较高的觉察性之外，还能通过声音设计塑造品牌特征。