广告
声品质开发流程中的声设计工作
2021-10-25 16:01:22· 来源：模态空间 作者：蒋忠翰
关于声设计，实际上是一个非常宽泛的概念。其是通过特定的工具，基于设计人员的主观意愿进行声音构建和渲染，进而获取听觉元素，并实施于工程实践中。那么，对于
关于声设计，实际上是一个非常宽泛的概念。其是通过特定的工具，基于设计人员的主观意愿进行声音构建和渲染，进而获取听觉元素，并实施于工程实践中。那么，对于声品质开发中的声设计工作，我们先引出几个问题，即，为什么要做声设计，做声设计的目的是什么以及如何进行声品质开发的声设计工作。本文基于这些问题并结合关门声品质的案例进行探讨性的回答。
01、为什么要做声设计？
在实际开发工作中，由于各种客观条件的局限，或成本资源的控制。实测的声音样本，或许不一定能够把所有的声学特性表现出来。因此，为了丰富声音样本，让声品质评价人员对声音能够有充分的评价，声音设计的工作在声品质的开发流程中非常重要，甚至在某些情况下必不可少。
02、做声设计的目的是什么？
声品质的声设计工作，最终归宿就是为声品质开发提供数据支持。本文仅限于在声品质开发工作中的声设计内容。基于我过往的工作总结，个人认为声品质声设计的工作，主要目的包括如下两个方面：通过主动设计声音样本进行交互式评价，调查声音特性对主观评价的影响；为正确的声品质的主客观回归模型搭建提供有效数据方向。鉴于此，后文针对上述两个目的展开介绍如何进行相关声设计的开发工作。
03、如何进行声品质开发的声设计工作？
通过特定工具，如Matalb或者Simcenter Testlab中的时域信号编辑器，对声音样本进行编辑，编辑内容包括但不限于，滤波，增溢，衰减，数据替换，拉伸压缩等声学处理。工程师基于前期的数据分析，对某一声品质问题的声音样本进行编辑，调查声音特征对主观评价的影响，进而为进一步产品声品质提升提供数据基础。可将该工作内容分类如下：
图1. Simcenter Testlab时域信号编辑器
3.1 分解声音特征对主观感受影响的关键信息
人对声音的主观感受是多元的，即，声音的好坏评价来自多个维度。声设计的工作可将各个维度的声音特征进行详细分解，并调查影响主观感受的主要声学特征。
以关门声品质为例，如下图2展示，影响关门声的主观感受包括关门的声音是否响亮，金属感是否强烈，颤振音等多个维度。通过文字描述，可初步映射响亮程度与声音的幅值相关，金属感与高频成分相关，颤振音与关门后声音衰减持续时间相关。
为验证上述假设，便是声设计工作的价值所在。通过声学编辑器，对声音样本的特征信息进行加强或衰减等渲染工作，调查改变声音特征后，相应的主观感受是否有加强或减弱。如，人为设计延长或减少关门声的衰减时间的声音样本，调查该声音特征是否与“颤振”的主观感受存在因果关系。依此类推，对不同的声学特征进行声学设计，从而实现，主观感受与声学特征之间的分解。进一步，再结合评价人员的喜好度评价结果，便可知特定的声品质问题，其良好的声音在声音特征上应该会有何种体现。
图2. 关门声的主观评价蜘蛛图
3.2主客观回归方程搭建
查阅过许多论文在主客观回归方程搭建的相关介绍，较多研究人员是先将声音样本的所有客观参数或心理声学指标全部计算出来并做统计，然后统一将计算出来的客观结果与主观打分进行线性回归，如下表1。然后，通过回归模型确定影响因子比较大的客观参数，再进一步调查引起该客观指标的声学特征是什么并加以控制。虽然这样做是可行的，但在对工程的指导意义上来说，需要在后期做很多的统计学的分析，相对比较被动。其次，还可能存在另外一个隐患，对于某些声品质问题来说，现有的心理声学指标并不一定适用，从而无法得到拟合度较好回归方程。
表1. 关门声品质的客观参数计算
换一种方式，结合上文3.1节所介绍的工作内容，研究人员可主动通过声学设计，调查影响主观感受的声学特征，并基于声学特征确定建立主客观回归方程所需的客观参数。
以关门声为例，通过前期的评价统计调查发现，一个好的关门声音的特征总体应该为“厚重且干净”。基于声设计的正反向反馈调查，“厚重”与声音低频比重相关，“干净”与关门声持续时间相关，因此，在进行回归方程搭建时，可将尖锐度以及关门声持续时间（并非是现成的心理声学参数）作为主要的客观指标进行拟合。适当的时候，添加或减少其他声学特征对应的客观指数以提高回归方程的拟合精度。这样可非常主动的查找更好的客观指标，即提高了工作效率，且对声音的改进方向提供一定的指导意义。
另外，当声音样本数目较小时，如果主观评价的喜好度结果拉不开差距，则不利于精确的回归方程搭建。人为地设计出不同喜好度的声音样本代入回归方程，在样本数有限的条件下，可提高拟合精度。如下图3，如果声音样本的主观评价结果密集集中于某一个区域，则拟合得到的直线可能存在较大的误差范围，为提高精度，增加实际声音样本数目，这必然会增加测试成本，且还不一定能保证新增的声音样本与原来的存在差距。根据预分析结果和经验，基于已有的声音特征，主动进行声音设计，拉开样本之间的差距，获取更好的趋势，一方面提高回归方程的精度的同时，另一方面，也可对工程师的前期的数据分析假设进一步验证。
图3. 线性回归一般图表
3.3 等响处理
通过统计研究发现，响度级对于声音的主观评价结果影响最大。其中最典型的，就是基于Aures的尖锐度，其标准提出的原因就是基于统计，响度的大小会引起尖锐度感受的改变，一般情况下响度越大，尖锐度感受也越严重。假如，刚好某一产品声品质问题主要反映在尖锐度上，那么就需要合理的选择尖锐度的计算标准来映射主观感受。
因此，对于某一类型的声音在不同响度量级的情况下，其主观评价结果会有所区别，当然不仅仅只是尖锐度。综上，在面对声品质评价时，我们需要基于实际情况谨慎对待不同响度的声音样本。当研究人员需要研究因非响度的指标引起的问题时，一般建议将各声音样本的进行重新调整设计（增溢或衰减量级），使得各声音样本的响度相同，即，等响处理。
仍然以关门声品质为例，在进行关门声测试时，其中一个难点便是很难保证关门力的大小一致，不同的关门力会导致关门撞击的瞬时能量有所差异，进而主要影响的便是关门声的响度。由前文3.2所述，经过统计分析研究发现，一个好的关门声的声音主要体现为“厚重且干净”，其反应的主要客观量化指标与尖锐度，和关门声持续时间相关，而非响度。综上，为了更好的进行关门声品质客观指标解析时，有必要对关门声的声音样本做等响处理的声学设计预处理工作。
3.4 正向声设计开发
当完成以上工作后，无论从主观感受还是从客观分析，对特定类型的声品质问题都会有一定程度的了解。即，对于好的喜好程度而言，在主观描述上应该是什么样的，在客观指标上应该有什么体现，均会有一定的把控。
上文只是从关门声品质的单一案例来进行介绍，但实际工程中，声品质的问题种类繁多。因此，声学设计的工作就像设计一个调查问卷，它需要工程师认真对待，如果该工作处理得当，那么其将有力地辅助我们对各类声品质问题进行详细分解调查。最终实现的目标是，找到符合特定人群喜好的声音，并用客观指标量化；进而，为声品质的工程开发提供数据基础，真正实现声品质的正向开发。
特别的是，当前新能源车的很多声学表现与传统车的既有经验有很大的区别，如何让新能源车的声品质既有舒适性，又有独特性，放眼望去大家脑海都是一片空白，这就需要工程师充分发挥想象力好好的进行声学设计了。
作者简介
蒋忠翰，重庆大学硕士，现任西门子Simcenter Testlab应用支持高级工程师，曾在某主机厂从事汽车NVH及声品质开发多年，具有丰富的相关工程经验。
广告 
广告
最新资讯
-
荷兰Zepp氢燃料电池卡车-Europa
2024-12-22 10:13
-
NCACFE -车队油耗经济性报告（2024版）
2024-12-22 10:11
-
R54法规对商用车轮胎的要求（上）
2024-12-22 10:10
-
蔚来ET9数字架构解析
2024-12-22 09:53
-
4G/5G网络新时代的高效紧急呼叫系统NG-eCal
2024-12-20 22:33
广告
广告
