CN113884178B - 噪声声品质评价模型的建模装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种噪声声品质评价模型的建模装置及方法，噪声声品质评价模型的建模装置包括：噪声信号采集分析模块，获取不同噪声环境空间的噪声物理指标；声品质参量计算模块，根据噪声物理指标确定声品质参量；录音模块，录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号；声信号回放模块，通过不同的独立信号通道，回放噪声信号；评价模块，基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度；声品质建模模块，根据声品质参量和满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型。本发明在考虑噪声空间方位的条件下，供多个主观评价者对噪声品质进行评价，建立更加准确的噪声声品质评价模型，尤其适合于对比条件下的声品质研究，可提高评价效率和准确度。

Description

噪声声品质评价模型的建模装置及方法

技术领域

本发明属于声品质评价的技术领域，涉及一种评价模型的建模方法，特别是涉及一种噪声声品质评价模型的建模装置及方法。

背景技术

目前，在改善声环境质量、建设安静舒适的需求逐渐明显的情况下，各种环境下的声品质研究是近年来新兴的研究方向。例如，空调系统相关设备的噪声较大，尤其是船舶中的空调系统，在船舶中大量的舱室采用空调系统调节室内的温度、湿度和CO2浓度，形成舒适的舱内环境。但是空调系统中的风机噪声，以及气流激励管路系统产生的再生噪声，通过风口辐射到舱内，成为舱室内噪声的主要来源，严重影响了舱内的声环境，干扰船员的身心健康和工作效率。因此对舱室内的空调系统进行降噪处理是十分必要的。一般的空调系统降噪措施包括降低风机的噪声声功率、加装消声器、改善风管的阻尼和隔声性能，以及合理设计管路中的风速等措施。由于船舶内的空间狭小，加装消声器和隔声阻尼层的空间有限，而且风速也不会很低，因此使空调系统的噪声降到不为人所感知的程度是不现实的。根据目前船舶相关的噪声控制规范，对空调系统噪声的控制指标仅仅采用A声级，一般较高等级的房间噪声会控制在50dBA左右，处于比较高的水平。相同A声级会对应许多时域和频域包络类型的噪声，这些不同类型的噪声对人所引起的烦恼度是不同的，因此仅仅采用A声级作为空调系统的噪声限值很难准确达到噪声控制的目的。

因此在上述船舶空调系统噪声比较大，A声级控制目标不完善的前提下，对空调系统噪声的声品质进行主观评价研究，通过改善噪声频谱和动态特征，以及风口噪声指向性的方法来降低噪声对人的干扰程度是很有意义的。进行噪声主观评价试验的必要条件是众多的主观评价者，以及合适的噪声样本。

传统的噪声主观评价一般会忽略声音的空间信息，如声音的方位、周边反射声等信息，使主观评价的准确度受到影响。例如一稳态单频噪声在耳道口产生相同声压级，来自人头正上方、偏上方、水平面和下方的噪声，使人所产生的主观烦恼度是不一样的。再比如，直达声容易产生明确的定位，而混响声则没有明确的定位，在耳道口产生相同声压级的条件下，人们对混响声的烦恼度更大。因此在主观评价试验中，必须准确反映噪声源的方位、总声能与混响声能量比例等信息。

因此，如何提供一种噪声声品质评价模型的建模装置及方法，以解决现有技术无法基于噪声环境空间信息对声品质进行准确评价等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种噪声声品质评价模型的建模装置及方法，用于解决现有技术无法基于噪声环境空间信息对声品质进行准确评价的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种噪声声品质评价模型的建模装置，所述噪声声品质评价模型的建模装置包括：噪声信号采集分析模块，用于获取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声物理指标；声品质参量计算模块，用于根据所述噪声物理指标确定声品质参量；录音模块，用于录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号；声信号回放模块，用于通过不同的独立信号通道，向评价者回放所述噪声信号；评价模块，用于基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度；声品质建模模块，用于根据所述声品质参量和所述满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型。

于本发明的一实施例中，所述声品质参量包括：响度、锐度、粗糙度、抖晃度、突出率、纯音噪音比、评价点总声能与混响声声能比中的至少一种，以及声源方位。

于本发明的一实施例中，所述录音模块为人工头双耳录音模块；所述人工头双耳录音模块包括与噪声环境空间数量相同的独立的人工头及录音麦克风对，分别录制不同噪声环境空间评价点的双耳噪声信号；所述双耳噪声信号包括噪声的空间信息。

于本发明的一实施例中，所述声信号回放模块为M通道双耳回放模块；所述M通道双耳回放模块通过M个独立信号通道，利用耳机向M个评价者回放所述双耳噪声信号。

于本发明的一实施例中，所述M通道双耳回放模块包括：人头生理参数测量子模块、个性化头相关传递函数生成子模块和双耳信号修正子模块；所述人头生理参数测量子模块用于对所述评价者进行生理参数测试；所述个性化头相关传递函数生成子模块用于根据每个评价者的人头生理参数测试结果，对标准人工头的左右耳头相关传递函数进行修正；所述双耳信号修正子模块用于对每个评价者的左右耳噪声信号进行修正。

于本发明的一实施例中，所述评价模块确定满意度包括：所述评价模块获取评价者对不同噪声环境空间的主观评价分数；所述主观评价分数为所述评价结果；分析所述主观评价分数的合理性，剔除不合理的主观评价分数；根据保留的所述主观评价分数确定满意度。

于本发明的一实施例中，所述噪声声品质评价模型的建模装置还包括：气流生成控制模块、噪声生成控制模块、普通管路模块和噪控管路模块；所述气流生成控制模块用于将预定气流分别馈入所述普通管路模块和所述噪控管路模块；所述噪声生成控制模块用于将预定噪声分别馈入所述普通管路模块和所述噪控管路模块。

于本发明的一实施例中，所述气流生成控制模块包括两套独立的气流生成控制单元；所述气流生成控制单元包括送风风机、流量数字控制阀门以及消声器；所述噪声生成控制模块包括两组独立的噪声生成控制单元；所述噪声生成控制单元包括声源、功放和数字频谱控制器。

于本发明的一实施例中，所述噪声环境空间包括第一房间和第二房间：所述普通管路模块包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器，为所述第一房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第一房间内建立噪声声场；所述噪控管路模块包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器以及经过声学和振动处理的管路附件，或者消声器，为所述第二房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第二房间内建立噪声声场。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明另一方面提供一种噪声声品质评价模型的建模方法，所述噪声声品质评价模型的建模方法包括：获取不同噪声环境空间的噪声物理指标；根据所述噪声物理指标确定声品质参量；录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号；通过不同的独立信号通道，向评价者回放所述噪声信号；基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度；根据所述声品质参量和所述满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型。

如上所述，本发明所述的噪声声品质评价模型的建模装置及方法，具有以下有益效果：

(1)对空调噪声进行主观评价时不仅考虑了噪声的时域和频域特征，而且还考虑了噪声的空间信息特征；这些空间信息特征包括：来自声源(空调风口)的直达声的方位，以及来自房间壁面反射声的空间信息、总声能与混响声能量的比例关系。

(2)由于空调风口经常位于吊顶上，在人体上方辐射噪声，相同的噪声声压级，更容易引起主观上的烦恼。因此本发明关于空调噪声的声品质评价模型，考虑了噪声源的方位。

(3)房间内的空调噪声主要包括声源(风口)的直达声，以及由于房间壁面反射所引起的混响声。相比于直达声，混响声来自于四面八方，主观上很难判定混响声的方向，因此在声压级、频谱和动态都相同的条件下，混响声更容易引起主观上的烦恼，因此本发明关于空调噪声的声品质评价模型，考虑了总声能与混响声能量的比例关系。

(4)本发明利用人工头双耳录音模块和M通道双耳回放模块，能够针对同一个声音事件，组织多位评价者同时进行倾听评价，显著加快了声品质主观评价实验的效率。同时保留了噪声的空间信息，更有利于评价者对声品质给出合理的判断。

(5)本发明利用人头生理参数测量子模块、个性化头相关传递函数HRTF(HeadRelated Transfer Functions，头相关传输函数)生成子模块和双耳信号修正子模块，对标准人工头的录音信号按照每个评价者个人的双耳头相关函数进行修正，避免了回放阶段声像畸变的问题，保证了主观评价的准确性。

(6)本发明采用两套并列的声品质评价系统，通过对比评价，可以针对两种不同声环境下的声品质进行对比研究，更容易发现不同条件下，影响声品质的主要物理因素，从而采取有效的治理措施，显著提高了声品质建模的效率和精度。

附图说明

图1显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的结构原理图。

图2显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的结构示意图。

图3显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的声品质参量计算模块图。

图4显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的声源方位测量子模块的定位系统图。

图5显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的M通道双耳回放模块图。

图6显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的音质评价点布置平面图。

图7显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的音质评价点布置剖面图。

图8显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模方法于一实施例中的原理流程图。

元件标号说明

1 气流生成控制模块

2 噪声生成控制模块

3 普通管路模块

4 噪控管路模块

5 噪声信号采集分析模块

6 声品质参量计算模块

61 响度计算子模块

62 锐度计算子模块

63 粗糙度计算子模块

64 抖晃度计算子模块

65 突出率计算子模块

66 纯音噪音比计算子模块

67 总声能与混响声能比计算子模块

68 声源方位测量子模块

7 人工头双耳录音模块

8 M通道双耳回放模块

81 人头生理参数测量子模块

82 个性化头相关传递函数生成子模块

83 双耳信号修正子模块

9 主观评价模块

10 声品质建模模块

S11～S16 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明所述的噪声声品质评价模型的建模装置及方法可在考虑噪声环境空间方位的条件下，供多个主观评价者同时对噪声品质进行评价，建立更加准确的噪声声品质评价模型，尤其适合于对比条件下的声品质研究，可显著提高评价效率和准确度。本发明在声品质建模模块中引入了噪声环境空间方位、总声能与混响声声能比例因子等噪声环境空间信息。本发明所述的噪声声品质评价模型的建模装置及方法可以应用于各种环境下进行声品质研究。例如，应用于空调系统中，尤其是船舶中的空调系统中。

以下将结合图1至图8详细阐述本实施例的一种噪声声品质评价模型的建模装置及方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的噪声声品质评价模型的建模装置及方法。

请参阅图1，显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的结构原理图。如图1所示，所述噪声声品质评价模型的建模装置包括：噪声信号采集分析模块、声品质参量计算模块、录音模块、声信号回放模块、评价模块和声品质建模模块。

所述噪声信号采集分析模块用于获取不同噪声环境空间的噪声物理指标。所述噪声物理指标是指所述噪声信号采集分析模块在获取噪声后，分析其物理指标后获取的结果。

所述声品质参量计算模块用于根据所述噪声物理指标确定声品质参量。

所述录音模块用于录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号。

所述声信号回放模块用于通过不同的独立信号通道，向评价者回放所述噪声信号。

所述评价模块用于基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度。

所述声品质建模模块用于根据所述声品质参量和所述满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型。

于一实施例中，所述声品质参量包括：响度、锐度、粗糙度、抖晃度、突出率、纯音噪音比、评价点总声能与混响声声能比中的至少一种，以及声源方位。

请参阅图2，显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的结构示意图。如图2所示，所述噪声声品质评价模型的建模装置包括：气流生成控制模块1、噪声生成控制模块2、普通管路模块3、噪控管路模块4、噪声信号采集分析模块5、声品质参量计算模块6、(人工头双耳)录音模块7、(M通道双耳)声信号回放模块8、(主观)评价模块9和声品质建模模块10。

所述气流生成控制模块1用于将预定气流分别馈入所述普通管路模块3和所述噪控管路模块4。

所述噪声生成控制模块2用于将预定噪声分别馈入所述普通管路模块3和所述噪控管路模块4。

所述气流生成控制模块1包括两套独立的气流生成控制单元；所述气流生成控制单元包括送风风机、流量数字控制阀门以及消声器。

所述噪声生成控制模块2包括两组独立的噪声生成控制单元；所述噪声生成控制单元包括声源、功放和数字频谱控制器。

于一实施例中，所述噪声环境空间包括第一房间和第二房间。如图2所示，第一房间为房间1，第二房间为房间2。

所述普通管路模块3包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器等管路附件，为所述第一房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第一房间内建立噪声声场。其中，管路可以根据试验需求而拆卸和修改。

所述噪控管路模块4包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器以及经过声学和振动处理的管路附件，或者消声器，为所述第二房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第二房间内建立噪声声场。其中，管路也可以根据试验需求而拆卸和修改。图2中房间1与房间2形成对比噪声声场，房间2与房间1的尺寸、管路及风口布置位置、噪声评价点都相同。

具体地，气流生成控制模块1将预定风速的安静气流分别馈入房间1内的普通管路模块3内，以及房间2的噪控管路模块4内，模拟空调管路系统中具有一定风速的气流。生成气流中所含的风机噪声各频带功率要比噪声生成控制模块所产生的各频带噪声声功率小10dB以上，以免对噪声主观评价产生不利影响。

具体地，噪声生成控制模块2将预定频谱和功率的噪声分别馈入房间1内的普通管路模块3内，以及房间2的噪控管路模块4内，模拟不同类型噪声频谱和功率的风机。

具体地，所述噪声信号采集分析模块5分别测试房间1和2内的噪声物理指标，并将测量结果传送给声品质参量计算模块6；噪声采集点位包括反映风口噪声特性的测点，包括距离风口1m和2m远这两个测点，方向位于风口和评价点的连线上，其中，1m远的测点主要反映了声源直达声的特性；第三测点位于评价点人耳位置，该点主要反映了直达声和房间混响声混合后的噪声特性；每个测点将采集噪声的声压信号，分析系统将根据采集到的信号，进行1/3倍频带声压级、FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)分析。然后将数据传送给声品质参量计算模块6。

请参阅图3，显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的声品质参量计算模块图。如图3所示，声品质参量计算模块6包括响度计算子模块61、锐度计算子模块62、粗糙度计算子模块63、抖晃度计算子模块64、突出率计算子模块65、纯音噪音比计算子模块66、总声能与混响声能比计算子模块67以及声源方位测量子模块68。

具体地，各参量子模块计算参量的公式如下：

(1)响度(N)计算子模块61

于实际应用中，噪声的总响度计算公式为：

其中，N(z)为总响度，单位sone，N'(z)为每个Bark的响度值，单位sone/Bark。

(2)锐度(S)计算子模块62

于实际应用中，噪声的锐度计算公式为：

其中，S为锐度，单位acum，N'(z)为每个Bark的响度值，单位sone/Bark。

(3)粗糙度(R)计算子模块63

于实际应用中，噪声的粗糙度计算公式：

其中，R为粗糙度，单位asper，C_r为计算系数(0.3)，ΔL为调制深度，f_mod为调制频率。

(4)抖晃度(F)计算子模块64

于实际应用中，噪声的抖晃度计算公式：

其中，F为抖晃度，单位vacil，C_f为计算系数(0.008)，ΔL为调制深度，f_mod为调制频率。

(5)突出率(ΔL_P)计算子模块65

于实际应用中，当目标音调噪声所对应的频率f_t＞171.4Hz时：

ΔL_P＝10lg(10^0.1LM)-10lg[(10^0.1LL-10^0.1LU)×0.5]

当目标音调噪声所对应的频率f_t≤171.4Hz时：

其中，LU为上临界频带的声压级，dB；LM为中间临界频带的声压级，dB；LL为下临界频带的声压级，dB。

(6)纯音噪音比(R_TTNR)计算子模块66

于实际应用中，R_TTNR＝10lgP_tone-10lg(P_total-P_tone)

其中，P_tone为临界频带内的纯音声压，Pa；P_tone为临界频带内的噪声总声压，Pa。

(7)总声能与混响声能比(声压级差ΔL_DTR)计算子模块67

于实际应用中，假定声源1m远处的声压级L_P1，2m远处的声压级L_P2，评价点处的声压级为L_P3，解如下联立方程，即可得到噪声源的声功率级SWL、声源指向性指数Q和房间常数R：

其中，r₁＝1m、r₂＝2m、r₃为风口距离评价点的距离。然后计算评价点总声能和混响声的声压级差：

(8)声源方位测量子模块的定位系统请参阅图4，显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的声源方位测量子模块的定位系统图。其中，以人工头中心为原点，用仰角φ和方位角θ表示吊顶上风口的方位。

上述声品质参量计算模块6所有子模块的计算和测量结果都发送给声品质建模模块10。声品质参量的种类可以根据建模需要加以选择。

于一实施例中，所述录音模块7为人工头双耳录音模块。

所述人工头双耳录音模块7包括与噪声环境空间数量相同的独立的人工头及录音麦克风对，分别录制不同噪声环境空间评价点的双耳噪声信号；所述双耳噪声信号包括噪声的空间信息。

具体地，所述的人工头双耳录音模块7包括两套独立的人工头及录音麦克风对，分别录制房间1和房间2评价点的双耳噪声信号，这些声信号包括噪声的空间信息，如来自声源(空调风口)的直达声的方位和距离，以及来自房间壁面的反射声的空间信息。信号被传送给双耳声信号回放模块。

于一实施例中，所述声信号回放模块8为M通道双耳回放模块。

所述M通道双耳回放模块8通过M个独立信号通道，利用耳机向M个评价者回放所述双耳噪声信号，供评价者对比倾听。评价者倾听完毕后，对房间1和2内的噪声进行主观评价，并将评价结果传送给主观评价模块。

请参阅图5，显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的M通道双耳回放模块图。如图5所示，所述M通道双耳回放模块8包括：人头生理参数测量子模块81、个性化头相关传递函数生成子模块82和双耳信号修正子模块83。

所述人头生理参数测量子模块81用于对所述评价者进行生理参数测试。

具体地，所述人头生理参数测量子模块81根据与头相关传递函数(HRTF)关系的紧密性，利用电子成像技术对每个参与主观评价的人员进行如下生理参数测试：头高、头宽、头深、两耳屏间距、鼻尖至枕后点间距、耳屏至枕后点间距、耳宽、耳长、耳前后偏转角等9个数据，然后将测试结果传输给个性化头相关传递函数(HRTF)生成子模块。

所述个性化头相关传递函数生成子模块82用于根据每个评价者的人头生理参数测试结果，对标准人工头的左右耳头相关传递函数进行修正。

具体地，所述个性化头相关传递函数(HRTF)生成子模块根据每个主观评价人员的人头生理参数测试结果，对标准人工头的左右耳头相关传递函数进行修正。假定人工头的左右耳头相关传递函数分别为和/>那么修正后，第n个评价者的左右耳头相关传递函数分别为/>和/>修正后的结果传递给双耳信号修正子模块。n的取值为1到M，与评价者数目相同。

所述双耳信号修正子模块83用于对每个评价者的左右耳噪声信号进行修正。

具体地，所述双耳信号修正子模块83假定人工头不在评价点处，人工头中心的声压信号为p₀，那么人工头位于评价点时，左耳的声信号为右耳的声信号为/>也就是从人工头双耳录音模块传过来的信号。这对双耳信号必须按照每个评价者个性化的头相关传递函数进行修正，才能够克服由于每个评价者的真头与人工头之间的差异所造成的声像畸变，保证噪声环境空间信息的准确性。

由个性化头相关传递函数(HRTF)生成子模块传递过来的第n个主观评价者的左右耳头相关传递函数分别为和/>那么信号修正方式如下：

左耳声信号的修正方式为：

右耳声信号的修正方式为：

信号修正完毕后馈入每个评价者的耳机中，供噪声主观评价者使用。

于一实施例中，所述评价模块9为主观评价模块，主观评价模块9确定满意度包括：所述主观评价模块9获取评价者对不同噪声环境空间的主观评价分数；所述主观评价分数为所述评价结果；分析所述主观评价分数的合理性，剔除不合理的主观评价分数；根据保留的所述主观评价分数确定满意度。

具体地，所述的主观评价模块9根据评价者对房间1和2的噪声主观评价分数进行处理，判断数据合理性，剔除不合理的数据，然后计算每个评价点的噪声主观满意度得分，并将数据传送给声品质建模模块10。

主观评价时要求评价者先倾听噪声，然后阅读有一定难度的专业文献，回答书面问题。然后采用语义细分法对噪声声品质进行打分，语义细分内容和分值如下表所示。不同噪声主观评价等级之间可以采用更细致的小数评分。将噪声主观评价等级、主观感受描述以及分值进行列表管理，形成表1的主观评价表。

表1主观评价表

综上所述，针对特定的空间位置，现有技术中一个声音事件只能供一个人进行评价，这样势必大大增加主观评价试验的工作量。如果能把声音事件录制成样本，供许多人使用，则可以显著提高评价效率，但前提是必须保证在录制和回放过程中准确反映声音的空间信息。本发明采用人工头双耳信号录制技术，基本可以完善地保留声音的空间信息，有利于评价者针对噪声样本做出合理的评价结果。

虽然采用人工头录制技术，含有信号的空间信息，但是回放的时候，由于参加主观评价人员的肩部、人头、耳廓和耳道尺寸等与人工头不同，因此声信号的空间信息在回放阶段会产生严重的畸变，显著影响主观评价的准确程度。本发明采用人头生理参数测量技术，对每个主观评价者的头相关传递函数进行校准，将人工头双耳头相关传递函数修正为评价者的个人双耳头相关传递函数，再利用个人头相关传递函数对标准人工头录制的信号进行了修正，克服了声信号的空间信息在回放时候产生畸变，为声品质的评价提供了有利条件。

请参阅图6和图7，分别显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的音质评价点布置平面图和本发明的噪声声品质评价模型的建模装置于一实施例中的音质评价点布置剖面图。将图2所示的噪声声品质评价模型的建模装置按照图6和图7所呈现方式布置风口、主观评价点。其中房间1是普通房间，没有做吸声处理，混响时间较长。房间2的吊顶采用矿棉板吸声吊顶，地面采用吸声地毯，混响时间较短。分别接收两个房间6个评价点的双耳录音信号，供主观测试者对比倾听、打分。分别接收两个房间各6个评价点共计18个声压信号，即房间1有6个评价点，每个评价点产生3个声压信号，共计18个声压信号；房间2也有6个评价点，每个评价点产生3个声压信号，共计18个声压信号。计算与音质最相关的评价点响度、总声能与混响声声能比例等声品质参量、测量风口与评价点的仰角。然后按照本发明噪声声品质评价模型的建模方法，建立两个声环境不同的房间内噪声声品质评价模型。建模的目的是研究在不同的声环境中，响度、总声能混响声声能比例、噪声方位对噪声满意度的影响程度。

所述的气流生成控制模块1、噪声生成控制模块2分别预定流速的气流和预定频谱、声功率的噪声馈入普通管路模块3和噪控管路模块4，普通管路模块3和噪控管路模块4分别在房间1和房间2内建立噪声声场。房间1和房间2内分别布置6个噪声评价点，位置相同。噪声信号采集分析模块5根据每个评价点的位置，分别测量距离风口1m远、2m远和评价点的声压信号(一个评价点对应三个声压信号测量位置)，将信号传送给声品质参量计算模块6，计算每个评价点的噪声响度、总声能混响声声能比例，测量风口针对评价点的仰角，然后将这三个参量传送给声品质建模模块10。人工头双耳录音模块7分别录制房间1和2的6个测点的含有空间信息的双耳声信号，并传送给M通道双耳回放模块8(M＝10)。M通道双耳回放模块8分10个独立通道向10位主观评价者发送信号。M通道双耳回放模块8包括人头生理参数测量子模块、个性化头相关传递函数(HRTF)生成子模块和双耳信号修正子模块。在播出信号之前人头生理参数测量子模块测量人头的头高、头宽、头深、两耳屏间距、鼻尖至枕后点间距、耳屏至枕后点间距、耳宽、耳长、耳前后偏转角9个参数，个性化头相关传递函数生成子模块根据测量结果计算每个评价者的头相关传递函数，双耳信号修正子模块根据每个人的头相关传递函数对人工头双耳录音信号进行修正，确保信号在回放时保持正确的空间信息。每个评价者成对倾听房间1和房间2相同评价点的信号，同时阅读文件，书面回答问题，然后对噪声进行评价打分，评价分数传送给主观评价模块9。主观评价模块9对分数进行处理，判断数据合理性，剔除不合理的数据，然后计算每个评价点的噪声主观满意度评价得分，并将数据传送给声品质建模模块10。声品质建模模块10根据相关计算，得到房间1和房间2空调噪声的主观满意度与噪声响度、总声能与混响声声能比例因子，以及风口与评价点仰角之间的相关关系，建立噪声声品质评价模型。

以下举例说明本发明的噪声声品质评价模型的建立过程：

房间1和房间2建立声场之后，每个房间布置6个音质评价点，测量每个评价点相关点位的噪声信号，并计算响度、总声能混响声声能比例因子，并测量仰角，结果详见表2和表3，其中，表2为房间1各评价点音质参量及仰角，表3为房间2各评价点音质参量及仰角。录制每个评价点双耳信号，传送给每个评价者，信号根据每个评价者的头相关传递函数被修正后，被回放给每个评价者，评价者对房间1和房间2相同评价点的信号进行对比倾听，给出满意度分值，结果详见表4的各评价点噪声满意度分值表。声品质参量计算模块计算出每个房间各评价点的响度N、总声能混响声比例因子ΔL_DTR，并测量评价点和风口之间的仰角Φ。声品质建模模块根据相关计算，得到房间1和房间2空调噪声的主观满意度与噪声响度、总声能混响声声能比例因子，以及风口与评价点仰角之间的相关模型。

表2房间1各评价点音质参量及仰角

表3房间2各评价点音质参量及仰角

表4各评价点噪声满意度分值

根据上述数值，房间1的噪声声品质评价模型为：

Q₁＝435.4588-99.1735N+21.4905ΔL_DTR-2.3971lgΦ

根据上述数值，房间2的噪声声品质评价模型为：

Q₂＝359.9712-109.8102N+15.3523ΔL_DTR-2.3846lgΦ

由此，上述房间1和房间2的噪声声品质评价模型音质评价模型显示如下结论：

(1)两个房间内，决定噪声环境满意度分值的主要因素是噪声响度、噪声总声能混响声比例因子，以及风口与评价点仰角。满意度分值与响度、风口与评价点仰角呈负相关，与总声能/混响声能的比值呈现正相关，即与直达声声能占总声能的比例呈现正相关。这个结论表明：噪声的空间特征对噪声品质的评价结果是有显著影响的。

(2)在没有进行吸声降噪处理的房间1内，声压级和响度在空间分布上比较一致，差别不大。在进行吸声降噪处理的房间2内(采用矿棉板吸声吊顶和吸声地毯)，声压级和响度在空间分布上有一定的差别。因此房间2内满意度分值受噪声响度的影响比房间1大。房间1以混响声为主，房间2以直达声为主，因此房间内的满意度分值受总声能/混响声能比值因素的影响更大一些。

(3)在靠近声源，噪声响度差不多的位置，直达声的空间方位对满意度有着重要影响，噪声正好位于头顶的位置，仰角为90度，引起的烦恼度较高。当仰角小于30度时，对满意度的影响逐渐减少。

请参阅图8，显示为本发明的噪声声品质评价模型的建模方法于一实施例中的原理流程图。如图8所示，所述噪声声品质评价模型的建模方法具体包括以下几个步骤：

S11，获取不同噪声环境空间的噪声物理指标。

S12，根据所述噪声物理指标确定声品质参量。

于一实施例中，所述声品质参量包括：响度、锐度、粗糙度、抖晃度、突出率、纯音噪音比、评价点总声能与混响声声能比中的至少一种，以及声源方位。

S13，录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号。

具体地，通过人工头双耳录音模块分别录制含有噪声环境空间信息的房间1和2内的双耳噪声信号，然后将信号传送给双耳声信号回放模块。

S14，通过不同的独立信号通道，向评价者回放所述噪声信号。

具体地，通过M通道双耳声信号回放模块的M个独立信号通道，利用耳机向M个评价者独立回放带有空间信息的房间1和2内的双耳噪声信号。

S15，基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度。

具体地，所回放的双耳噪声信号供评价者对比倾听。评价者倾听完毕后，对房间1和2内的噪声进行主观评价，并将评价结果传送给主观评价模块，主观评价模块根据M个评价者对房间1和2的噪声主观评价结果计算满意度，然后将满意度传送给声品质建模模块。

S16，根据所述声品质参量和所述满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型。

具体地，声品质建模模块根据所述声品质参量和所述满意度等数据，分别计算房间1和2关于满意度和声品质参量的相关模型，建立噪声声品质评价模型，反映噪声声品质与噪声物理参量之间的关系，为空调噪声的评价以及降噪措施的有效性提供评价依据。

由此，对噪声进行主观评价时不仅考虑了噪声的时域和频域特征，而且还考虑了噪声的空间特征；这些空间特征包括：来自声源(空调风口)的直达声的方位，以及来自房间壁面反射声的空间信息、总声能与混响声能量的比例。

本发明所述的噪声声品质评价模型的建模方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。本发明所述的噪声声品质评价模型的建模方法与所述的噪声声品质评价模型的建模装置的原理一一对应。

本发明所述的噪声声品质评价模型的建模装置可以实现本发明所述的噪声声品质评价模型的建模方法，但本发明所述的噪声声品质评价模型的建模方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的噪声声品质评价模型的建模装置的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明所述噪声声品质评价模型的建模装置及方法对空调噪声进行主观评价时不仅考虑了噪声的时域和频域特征，而且还考虑了噪声的空间特征；本发明关于空调噪声的声品质评价模型，考虑了噪声源的方位以及总声能与混响声能量的比例关系。本发明利用人工头双耳录音模块和M通道双耳回放模块，能够针对同一个声音事件，组织多位评价者同时进行倾听评价，显著加快了声品质主观评价实验的效率。同时保留了噪声的空间信息，更有利于评价者对声品质给出合理的判断。本发明对标准人工头的录音信号按照每个评价者个人的双耳头相关函数进行修正，避免了回放阶段声像畸变的问题，保证了主观评价的准确性。本发明采用两套并列的声品质评价系统，通过对比评价，可以针对两种不同声环境下的声品质进行对比研究，更容易发现不同条件下，影响声品质的主要物理因素，从而采取有效的治理措施，显著提高了声品质建模的效率和精度。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种噪声声品质评价模型的建模装置，其特征在于，所述噪声声品质评价模型的建模装置包括：

噪声信号采集分析模块，用于获取不同噪声环境空间的噪声物理指标；

声品质参量计算模块，用于根据所述噪声物理指标确定声品质参量，其中，所述声品质参量包括：响度、锐度、粗糙度、抖晃度、突出率、纯音噪音比、评价点总声能与混响声声能比中的至少一种，以及声源方位，所述声源方位以人工头中心为原点，用仰角和方位角表示吊顶上风口的方位；

录音模块，用于录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号，其中，所述录音模块为人工头双耳录音模块，所述人工头双耳录音模块包括与噪声环境空间数量相同的独立的人工头及录音麦克风对，分别录制不同噪声环境空间评价点的双耳噪声信号；所述双耳噪声信号包括噪声的空间信息；

声信号回放模块，用于通过不同的独立信号通道，向评价者回放所述噪声信号；

评价模块，用于基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度；

声品质建模模块，用于根据所述声品质参量和所述满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型；

所述噪声声品质评价模型的建模装置还包括：气流生成控制模块、噪声生成控制模块、普通管路模块和噪控管路模块；

所述气流生成控制模块用于将预定气流分别馈入所述普通管路模块和所述噪控管路模块，其中，所述气流生成控制模块包括两套独立的气流生成控制单元；所述气流生成控制单元包括送风风机、流量数字控制阀门以及消声器；

所述噪声生成控制模块用于将预定噪声分别馈入所述普通管路模块和所述噪控管路模块，其中，所述噪声生成控制模块包括两组独立的噪声生成控制单元；所述噪声生成控制单元包括声源、功放和数字频谱控制器；

所述噪声环境空间包括第一房间和第二房间：

所述普通管路模块包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器，为所述第一房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第一房间内建立噪声声场；

所述噪控管路模块包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器以及经过声学和振动处理的管路附件，或者消声器，为所述第二房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第二房间内建立噪声声场。

2.根据权利要求1所述的噪声声品质评价模型的建模装置，其特征在于，所述声信号回放模块为M通道双耳回放模块；

所述M通道双耳回放模块通过M个独立信号通道，利用耳机向M个评价者回放所述双耳噪声信号。

3.根据权利要求2所述的噪声声品质评价模型的建模装置，其特征在于，所述M通道双耳回放模块包括：人头生理参数测量子模块、个性化头相关传递函数生成子模块和双耳信号修正子模块；

所述人头生理参数测量子模块用于对所述评价者进行生理参数测试；

所述个性化头相关传递函数生成子模块用于根据每个评价者的人头生理参数测试结果，对标准人工头的左右耳头相关传递函数进行修正；

所述双耳信号修正子模块用于对每个评价者的左右耳噪声信号进行修正。

4.根据权利要求1所述的噪声声品质评价模型的建模装置，其特征在于，所述评价模块确定满意度包括：

所述评价模块获取评价者对不同噪声环境空间的主观评价分数；所述主观评价分数为所述评价结果；

分析所述主观评价分数的合理性，剔除不合理的主观评价分数；

根据保留的所述主观评价分数确定满意度。

5.一种噪声声品质评价模型的建模方法，其特征在于，所述噪声声品质评价模型的建模方法包括：

获取不同噪声环境空间的噪声物理指标；

根据所述噪声物理指标确定声品质参量，其中，所述声品质参量包括：响度、锐度、粗糙度、抖晃度、突出率、纯音噪音比、评价点总声能与混响声声能比中的至少一种，以及声源方位，所述声源方位以人工头中心为原点，用仰角和方位角表示吊顶上风口的方位；

录取不同噪声环境空间的携带空间信息的噪声信号，其中，所述录取方法包括通过与噪声环境空间数量相同的独立的人工头及录音麦克风对，分别录制不同噪声环境空间评价点的双耳噪声信号；所述双耳噪声信号包括噪声的空间信息；

通过不同的独立信号通道，向评价者回放所述噪声信号；

基于对回放的噪声信号的评价结果确定满意度；

根据所述声品质参量和所述满意度的相关关系确定噪声声品质评价模型；

所述噪声声品质评价模型的建模装置还包括：气流生成控制模块、噪声生成控制模块、普通管路模块和噪控管路模块；

所述气流生成控制模块用于将预定气流分别馈入所述普通管路模块和所述噪控管路模块，其中，所述气流生成控制模块包括两套独立的气流生成控制单元；所述气流生成控制单元包括送风风机、流量数字控制阀门以及消声器；

所述噪声生成控制模块用于将预定噪声分别馈入所述普通管路模块和所述噪控管路模块，其中，所述噪声生成控制模块包括两组独立的噪声生成控制单元；所述噪声生成控制单元包括声源、功放和数字频谱控制器；

所述噪声环境空间包括第一房间和第二房间：

所述普通管路模块包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器，为所述第一房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第一房间内建立噪声声场；

所述噪控管路模块包括直管段、弯头、三通、变径管、风阀和布风器以及经过声学和振动处理的管路附件，或者消声器，为所述第二房间提供气流循环途径，通过风口辐射噪声，在所述第二房间内建立噪声声场。