[发明专利]基于听觉模型的车内噪声烦躁度客观量化评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及心理声学及汽车声品质评价方法，具体说是车辆内部噪声的心理声学声品质客观评价方法。

背景技术

声品质反映了人对声音的主观感受，目前现有的测试仪器和相关方法尚无法直接测量该指标，不过声品质能够用直接测量和计算获得的心理声学参数来描述，这些参数能够反映出不同声音信号造成主观感受差异的客观物理参量，同时还能综合考虑人体心理反应机制和声学感知特性。因此，所希望的声品质客观评价是能够对任意声信号进行分析处理与声品质评价，并且实时的计算出相关心理声学参数值的一种方法。

长期以来，各汽车厂家对车内声品质的评价，大都采用主观评价的方法。声品质主观评价研究是通过问卷调查或主观评价实验等形式，对主观评价数据通过统计分析等方法，获得适当的评价术语以描述声品质的主观感知特征，从而达到对声品质进行区分评价的目的。由于声品质本身反映了人对声音的主观感受，所以相对客观评价方法而言，主观评价结果对声品质的反应更准确。常用的声品质主观评价方法有排序法、等级评分法、幅度调节法、成对比较法、语义细分法等。在实际应用中往往是将两种或多种方法结合起来使用，最常用的是等级评分法和成对比较法。

声品质主观评价方法存在如下几个方面的缺陷：

1)主观性太强，非常容易受到环境和各种自身因素的影响，从而导致评价结果的误差大。

2)主观评价方法需要很多测试者，而且很多评价方法需要对测试者事先进行听音培训，在增加了大量成本的同时，还浪费了大量的时间。

3)评价等级各不相同，没有统一标准。

发明内容

本发明的目的在于为克服车内噪声品质主观评价的不足，提供一种基于听觉模型的车内噪声烦躁度客观量化评价方法。

计算机技术和人工智能技术的迅猛发展，为实现一种声品质客观评价方法提供了技术上的支持。基于头相关传递函数机理的人工头模型，和基于人耳听觉特性的听觉外周计算模型，在声品质客观评价研究方面有着很大的优势，主要体现在：

1)基于头相关传递函数机理的人工头模型模拟了真人头部和肩部的实际尺寸，真实地还原了听音者的声场环境，同时人工头耳部的结构，也模拟了真人耳部的尺寸和轮廓，真实地再现了外耳对声音信号的收集、定位与放大作用。

2)将模拟听觉系统对声信号处理过程的听觉外周计算模型，作为声信号的预处理阶段加入到声品质客观评价系统中，可提高整个客观评价系统的性能。基于人耳听觉特性的听觉外周计算模型模拟了人类听觉系统的中耳和内耳对声音的处理机制，同时模拟了声信号从自由声场到听觉外周系统的传递过程和转换机制，为声品质客观评价系统提供了很好的技术保证。

3)克服了主观评价方法的复杂和繁琐，同时也克服了环境因素可能导致的误差，在节约成本的同时也节约了时间。

因此，基于HRTF机理的人工头模型和基于人耳听觉特性的听觉外周计算模型的组合，非常适合对车辆内部噪声声品质进行评价和研究。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案，是采用人工头模型，采集不同车型的不同档位和车速的声信号样本，将其输入听觉外周计算模型进行分析计算，最后得出声品质心理声学参数的计算结果，建立心理声学声品质客观评价模型。

基于听觉模型的车内噪声烦躁度客观量化评价方法包括下列步骤：

1.设计基于头相关传递函数机理的人工头模型。

2.用基于人耳听觉特性的听觉外周计算模型，模拟人类听觉系统的中耳和内耳对声音的处理机制，模拟声信号从自由声场到听觉外周系统的传递过程和转换机制。

3.用人工头模型对9辆不同类型的轿车在平整路面上分别进行匀速、加速和怠速工况下的车内噪声信号采集。

4.对采集的噪声样本进行预处理和响度规格化处理。

5.用基于Matlab的声品质计算模型对经听觉外周计算模型声信号转换的电信号值进行计算，得到各工况的双耳响度、尖锐度、粗糙度和抖动度四种心理声学参数。

6.用分组成对比较法，对声样本进行声品质主观评价，获得主观评价结果试验数据。

7.用SPSS软件，计算声品质主观评价结果与心理声学客观参数之间的相关系数，绘制各参量与主观评价结果排序值之间的相关散点图，以直观的形式表示各主客观评价结果的相关性。

8.经分析计算，获得匀速工况、加速工况和怠速工况下的主观烦躁度的客观量化模型。

1)匀速工况下的主观烦躁度的客观量化模型为：

SQ＝-0.031×Ld-1.845×Sp+8.901

其中：SQ-声品质烦躁度等级 Ld-响度 Sp-尖锐度