CN112665705B - 一种分散式听力实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分散式听力实验方法，属于心理声学、环境声学和声品质技术领域。建立声品质评价结果与各声学参量的关系曲线，服务于声品质的针对性调控。通过实验中参考声样本声品质评价值，确定被试所采用的回放系统输出的声样本音量，最终可准确获取被试耳蜗处实际听到的声样本。本发明便于实验被试的招募，解决了如何使被试耳蜗处实际听到的声样本时域和频域特性与原始声样本相同(两者只存在音量差异)这一难题。

Description

一种分散式听力实验方法

技术领域

本发明涉及心理声学、环境声学和声品质技术领域，具体地说，涉及一种分散式听力实验方法。

背景技术

声品质评价是基于人体感受对声音事件做出的主观评价，在进行噪声控制(如提升机电产品声品质、制定交通噪声控制方案等)时，通常需通过听力实验建立声品质评价量(如噪声烦恼度、声舒适度和愉悦度等)与声学和非声学参量(如客观声学参量、心理声学参量、个体因素参量等)的关系模型，进而通过调控可控参量控制噪声。

在传统声品质评价实验中，为保证结果的科学可信，被试数量需满足统计学要求。然而，受实验室空间大小、设备(如耳机、耳机分配器等)数量等限制，单次实验中被试数量有限，为增加被试，需进行大量重复实验，耗时费力。同时，为深入研究个体因素(如被试的性别、年龄、职业等)对声品质评价结果的影响，实验还需包含足够数量的不同类型(如不同年龄和职业)被试，且需被试到实验室参加实验，受经费等限制，实验中招募符合要求的大量被试难度大。若能建立一种不受时间和空间限制的分散式听力实验方法，可有效解决上述难题。

现有声品质评价方法主要侧重于实验室内评价，如公布号为CN109668626A的专利申请文献公开了一种基于人机交互的噪声声品质评价方法，被试通过人机交互界面中的音频播放模块回放声样本并进行评价。由于实验中需使用人机交互界面和专用音频播放模块(含设备)，其本质是实验室内声品质评价。

公布号为CN110208002A的专利申请文献公开了一种基于局域网架构的声品质主观评价系统，被试通过局域网在线回放待评价声样本并进行声品质评价。该专利申请未明确局域网的规模，未说明所使用的设备类型(如实验室专业声样本回放设备、被试自有设备等)和声样本收听方式(如扬声器外放、耳机收听等)。若采用被试自有设备，不同扬声器或耳机的频响特性存在差异，设备输出音量可调，而该专利申请未给出声样本回放及其校准方法，因此无法保证被试耳蜗处实际听到声样本的时域和频域特性与原始声样本相同，无法获取被试耳蜗处实际听到的声样本，更无法分析其声学参量。

发明内容

本发明的目的是提供一种分散式听力实验方法，解决了如何使被试耳蜗处实际听到声样本的时域和频域特性与原始声样本相同(两者只存在音量差异)这一难题。

为了实现上述目的，本发明提供的分散式听力实验方法包括以下步骤：

1)选取一标准声样本B₀，调整音量得到声样本序列B_k′(k＝1，2，3，...，t)，其时域和频域曲线均与标准声样本B₀相互平行；

2)利用步骤1)中所得不同音量的声样本序列B_k′，按照相关标准进行实验室内声品质评价，获取其音量V与声品质评价量S的关系曲线；

3)从声样本序列B_k′中选取m个(1≤m≤t)声样本作为参考声样本C_i(i＝1，2，...，m)，与若干待评价声样本D_j(j＝1，2，3，...，n)组成实验声样本组，其中参考声样本C_i的音量为

4)选取实验被试，获取被试所使用耳机的频响曲线，按照其中给出的各频带声压级增益值ΔSPL_f，将参考声样本C_i和待评价声样本D_j的各频带声压级SPL_f调整为SPL_f′＝SPL_f-ΔSPL_f，得到声样本C_i′、D_j′；

5)将声样本C_i′、D_j′的音频文件、听力实验说明及声样本评价表发送给实验被试；

6)被试对耳蜗处实际听到的声样本C_i″、D_j″的声品质评价值分别为

7)分析声样本D_j″的声学参量

(如A声级L_A、响度级L_N、尖锐度S等)，步骤6)中已知被试对声样本D_j″的声品质评价值为

建立声品质评价值

与声学参量

的关系曲线。

上述技术方案中，不受时间和空间限制的非实验室听力实验方法，即分散式听力实验方法，便于实验被试的招募。该方法重点需要解决的问题是如何保证被试耳蜗处实际听到声样本的时域和频域特性与原始声样本相同，并获取被试实际听到的声样本，进而分析其声学参量，建立声品质评价结果与各声学参量的关系曲线，服务于声品质的针对性调控。通过实验中参考声样本声品质评价值，确定被试所采用的回放系统输出的声样本音量，最终可准确获取被试耳蜗处实际听到的声样本。

步骤1)中，标准声样本B₀选取粉红噪声或白噪声；以声样本B₀的音量为参考值，定义声样本B_k′与声样本B₀音量的比值为V，并将V用于表征声样本B_k′的音量大小，记为

其中标准声样本B₀的V为1。

步骤2)中，所选声样本序列B_k′的声品质评价值

涵盖声品质评价量S的整个取值范围，用于建立完整的V-S标准曲线。

步骤6)中，为获取被试耳蜗处实际听到的声音D_j″，在步骤2)所得V-S标准曲线上，以被试对声样本C_i″(i＝1，2，...，m)的声品质评价值

为纵坐标值，找到对应横坐标值为

令

即

为各声样本C_i″对应R_i的算术平均值。

在此基础上，调整步骤3)中所述待评价声样本D_j的音量，使调整后声样本D_j″音量为声样本D_j音量的

倍，且其时域和频域曲线与声样本D_j相互平行，所得声样本D_j″即为被试耳蜗处实际听到的声样本。

在对声样本进行音量调整和分析声样本的声学参量时采用的专业软件可为Artemis、Matlab等。步骤4)中，被试所使用耳机失真程度应在允许范围内，必要时，实验组织人员可指定耳机型号或统一配发耳机。步骤(6)中，允许被试在听力实验开始前调整计算机或耳机的输出音量，但禁止通过播放器、混频器、均衡器等调整其他音效参数(如设置空间音效、场景音效、分频增益等)，正式实验开始后不得再调节计算机和耳机的输出音量。为检查被试是否按照实验说明进行听力实验，实验组织人员可采取远程监控等手段进行全程监督，便于按规则剔除不合格实验或被试数据。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明便于实验被试的招募，解决了如何使被试耳蜗处实际听到的声样本时域和频域特性与原始声样本相同(两者只存在音量差异)这一难题。同时，根据实验中参考声样本声品质评价值，可确定被试所采用的回放系统输出的声样本音量，以准确获取被试耳蜗处实际听到的声样本。

附图说明

图1为本发明实施例中分散式听力实验方法的流程图；

图2为本发明实施例中获取的耳机频响曲线图；

图3为本发明实施例中确定声样本回放音量调整值R_i的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

参见图1，本实施例的分散式听力实验方法包括：

首先，选取一标准声样本B₀，为建立标准声样本的音量V与声品质评价量(噪声烦恼度)S的关系曲线，采用专业软件调整其音量，得到声样本序列B_k′(k＝1，2，3，...，17)，调整后声样本B_k′的时域和频域曲线均与声样本B₀相互平行。以声样本B₀的音量为参考值，定义声样本B_k′音量与声样本B₀音量的比值为V，并将V用于表征声样本B_k′的音量大小，记为

按照相关实验规程，使用11级数字等级量表(见表1)，进行实验室内噪声烦恼度评价实验，获取声样本B_k′音量V与噪声烦恼度S的标准曲线，即V-S标准曲线(见图3)。

表1 11级数字等级量表

从声样本序列B_k′中选取2个声样本作为参考声样本C_i(i＝1，2)，与3个待评价噪声样本D_j(j＝1，2，3)组成实验声样本组，已知参考声样本C_i的音量为

(见表2)。

表2声样本烦恼度评价结果

选取实验被试，获取被试所使用耳机的频响曲线(见图2)。利用Matlab R2018b，将声样本C_i、D_j(i＝1，2，j＝1，2，3)各倍频带声压级SPL_f按照耳机频响曲线上给出的ΔSPL_f调整为SPL_f′＝SPL_f-ΔSPL_f，得到声样本C_i′、D_j′。然后，将声样本C_i′、D_j′(i＝1，2，j＝1，2，3)的音频文件、烦恼度评价实验说明和11级数字等级量表发送给实验被试。

被试在舒适安静的环境下利用计算机声卡音频输出端口和有线耳机回放声样本，通过计算机或耳机音量控制按钮调整回放音量至合适水平后，正式开展声品质评价实验。整个实验过程中不得调整声样本的其他音效参数，实验开始后不得再调整输出音量。被试对耳蜗处实际听到的声音C_i″、D_j″(i＝1，2，j＝1，2，3)的声品质评价值分别为

(见表2)。

获取被试实际听到的声样本D_j″，在所得V-S标准曲线上，以被试对参考声样本的声品质评价值

为纵坐标值，找到对应横坐标值为

(见图3)，求出

采用Artemis 10.0，调整待评价声样本D_j的音量，使调整后声样本D_j″音量为声样本D_j音量的0.648倍，且声样本D_j″的时域和频域曲线均与声样本D_j相互平行，所得声样本D_j″即为被试耳蜗处实际听到的声样本。

最后，利用Artemis 10.0分析声样本D_j″的声学参量

(A声级L_A、尖锐度S)，已知实验中被试对声样本D_j″的烦恼度评价值为

(见表3)，据此可建立声样本D_j″烦恼度评价值

与其声学参量

的关系曲线，该关系曲线可视为实验室中待评价声样本D_j的声品质评价结果。

表3声样本烦恼度评价及声学参量计算结果

Claims (6)

1.一种分散式听力实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取一标准声样本B₀，调整音量得到声样本序列B_k′，其时域和频域曲线均与标准声样本B₀相互平行，其中，k＝1，2，3，…，t；

2)利用步骤1)中所得不同音量的声样本序列B_k′，按照相关标准进行实验室内声品质评价，获取其音量V与声品质评价量S的关系曲线；

3)从声样本序列B_k′中选取m个声样本作为参考声样本C_i，与若干待评价声样本D_j组成实验声样本组，其中参考声样本C_i的音量为

其中，1≤m≤t；i＝1，2，…，m；j＝1，2，3，…，n；

4)选取实验被试，获取被试所使用耳机的频响曲线，按照其中给出的各频带声压级增益值△SPL_f，将参考声样本C_i和待评价声样本D_j的各频带声压级SPL_f调整为SPL_f′＝SPL_f-△SPL_f，得到声样本C_i′、D_j′；

5)将声样本C_i′、D_j′的音频文件、听力实验说明及声样本评价表发送给实验被试；

6)被试对耳蜗处实际听到的声样本C_i″、D_j″的声品质评价值分别为

7)分析声样本D_j″的声学参量

步骤6)中已知被试对声样本D_j″的声品质评价值为

建立声品质评价值

与声学参量

的关系曲线。

2.根据权利要求1所述的分散式听力实验方法，其特征在于，所述的标准声样本B₀选取粉红噪声或白噪声；在对声样本进行音量调整和分析声样本的声学参量时采用的专业软件为Artemis或Matlab。

3.根据权利要求1所述的分散式听力实验方法，其特征在于，步骤1)中，以标准声样本B₀的音量为参考值，定义声样本序列B_k′与标准声样本B₀音量的比值为V，并将V用于表征声样本序列B_k′的音量大小，记为

其中标准声样本B₀的V为1。

4.根据权利要求1所述的分散式听力实验方法，其特征在于，步骤2)中，所选声样本序列B_k′的声品质评价值

涵盖声品质评价量S的整个取值范围，用于建立完整的V-S标准曲线。

5.根据权利要求4所述的分散式听力实验方法，其特征在于，步骤6)中，为获取被试耳蜗处实际听到的声音D_j″，在步骤2)所得V-S标准曲线上，以被试对声样本C_i″的声品质评价值

为纵坐标值，找到对应横坐标值为

令

即

为各声样本C_i″对应R_i的算术平均值，其中，i＝1，2，…，m。

6.根据权利要求5所述的分散式听力实验方法，其特征在于，调整步骤3)中所述待评价声样本D_j的音量，使调整后声样本D_j″音量为声样本D_j音量的

倍，且其时域和频域曲线与声样本D_j相互平行，所得声样本D_j″即为被试耳蜗处实际听到的声样本。

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