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聲音的主觀評(píng)價(jià)方法

2019-12-20 21:01:40·  來(lái)源：海德聲科 HEAD acoustics  
　
心理聲學(xué)的研究都是從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的。通過(guò)觀察人對(duì)聲音中某種激勵(lì)(stimuli)的響應(yīng)(response)來(lái)總結(jié)出一套規(guī)律
心理聲學(xué)的研究都是從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的。通過(guò)觀察人對(duì)聲音中某種激勵(lì)(stimuli)的響應(yīng)(response)來(lái)總結(jié)出一套規(guī)律?，F(xiàn)階段比較成熟的心理聲學(xué)參數(shù)研究主要有響度、尖銳度、語(yǔ)言清晰度等等。但是對(duì)于一些更加復(fù)雜的參數(shù)，比如聲品質(zhì)，還是難以只用一個(gè)通用公式就表達(dá)出來(lái)。因?yàn)橛捎诠r或者受眾的不同，會(huì)存在很大的變數(shù)。因此只能通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出適用于該工況/受眾的規(guī)律。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法，其中最復(fù)雜也是最重要的部分是如何選擇合適的評(píng)價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)包含三個(gè)主要元素：激勵(lì)（stimuli，即聲源）、激勵(lì)的性質(zhì)（比如強(qiáng)度、舒適度等），以及響應(yīng)（response）。
Paired Comparison 成對(duì)比較法
 
顧名思義，就是將測(cè)試對(duì)象兩兩分組并進(jìn)行比較。一般每一次比較都只針對(duì)待測(cè)聲音的某一個(gè)性質(zhì)（比如強(qiáng)度、清晰度等等）。測(cè)試者需要根據(jù)提示在這兩個(gè)聲音中做出選擇，有時(shí)候也可能會(huì)提供A=B的選項(xiàng)，即代表A音和B音的性質(zhì)難以區(qū)分。很多時(shí)候大家都不會(huì)使用A=B這個(gè)選項(xiàng)，這就會(huì)帶來(lái)一個(gè)影響[1]：假設(shè)一，有兩個(gè)喜好完全相反的群體，最后的結(jié)果是一半人選A一半人選B；假設(shè)二，A和B相差不大，測(cè)試者都隨機(jī)選擇，最后的結(jié)果也差不多一半人選A，一半人選B。這兩種完全不一樣的情況最后的結(jié)果卻是一樣的。同時(shí)Parizet[2]也在研究中發(fā)現(xiàn)，如果在過(guò)程中使用強(qiáng)制選擇的話也降低最后結(jié)果的可靠性。
在評(píng)價(jià)一個(gè)聲音的未知屬性時(shí)，成對(duì)比較法是一個(gè)非常合適的工具。一方面兩個(gè)聲音進(jìn)行直接比較非常簡(jiǎn)單，測(cè)試者無(wú)需經(jīng)過(guò)很多測(cè)試，結(jié)果的可靠性比較高；另一方面，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候也不需要事先定義好評(píng)價(jià)量級(jí)，因?yàn)槲粗獙傩缘牧考?jí)往往是不太好定義的。
 
成對(duì)比較法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是可以剔除一些不穩(wěn)定測(cè)試者的結(jié)果。例如有ABC三個(gè)聲音，測(cè)試者甲最后給出的結(jié)果為A>B，B>C，C>A，結(jié)果構(gòu)成了一個(gè)環(huán)，我們稱之為circular traids，也就是該結(jié)果中存在circular error。Parizet[3]提供的解決方法是，計(jì)算每個(gè)測(cè)試者的穩(wěn)定性參數(shù)（coefficient of consistence）。
其中該測(cè)試者c為出現(xiàn)circular traids的數(shù)量，t為激勵(lì)音的數(shù)量，。當(dāng)這個(gè)參數(shù)小于一定的極限值的時(shí)候，就判定這個(gè)測(cè)試者的結(jié)果不可靠，在最后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中將這個(gè)測(cè)試者剔除。
當(dāng)然成對(duì)比較法自身也是有缺點(diǎn)的。首先，如果測(cè)試對(duì)象很多，測(cè)試過(guò)程會(huì)非常長(zhǎng)。其次，成對(duì)比較法提供的結(jié)果只有排序，沒(méi)有精確的打分，這對(duì)之后metric的設(shè)計(jì)可能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。如果需要將簡(jiǎn)單的排名轉(zhuǎn)換為更加精確的打分，現(xiàn)階段主要通過(guò)Bradley-Terry-Luce模型[4]或者Thurstone模型[5]進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是這兩種模型也都是建立在一定假設(shè)前提之下的。Thurstone模型就假設(shè)數(shù)據(jù)是按正態(tài)分布的，而B(niǎo)ardley-Terry-Luce模型則假設(shè)數(shù)據(jù)呈logistic分布。如果測(cè)試對(duì)象中對(duì)比屬性非常低（接近于0）或者非常高（接近于無(wú)限），那么使用上述轉(zhuǎn)換方法就會(huì)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果了。
 
Ranking 排序法
 
將一組聲音按照某個(gè)性質(zhì)（聲音品質(zhì)等）進(jìn)行排序，和成對(duì)比較法一樣，排序法給出的結(jié)果也只有排序，沒(méi)有具體的打分，并且現(xiàn)階段也沒(méi)有很好的模型將排序結(jié)果轉(zhuǎn)換為得分。排序法是最簡(jiǎn)單也是耗時(shí)最短的一種評(píng)審方法，但結(jié)果的參考價(jià)值也最低。如果同時(shí)進(jìn)行排序的樣本數(shù)越多，排序的難度也就越大。耳朵的回聲記憶時(shí)間一般為5-10秒，所以當(dāng)聽(tīng)到后面的樣本時(shí)，很有可能已經(jīng)忘記前面樣本的感受了。因此在選擇對(duì)比樣本數(shù)量的時(shí)候，需要根據(jù)評(píng)審的難易程度以及評(píng)審員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇合適的樣本數(shù)，這樣才能保證評(píng)審結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
Category Scaling 等級(jí)評(píng)分法
 
即將聲音的某個(gè)性質(zhì)的強(qiáng)弱分為固定的幾個(gè)等級(jí)，并且給每個(gè)等級(jí)賦予文字定義，最后評(píng)分者在這些等級(jí)中進(jìn)行選擇。一般來(lái)講這些等級(jí)都是等距劃分的，比如評(píng)價(jià)一個(gè)聲音的響度，我們可以按照“無(wú)法感知->非常安靜->安靜->中等->響->非常響->極度響”這幾個(gè)等級(jí)來(lái)劃分。這種方法的運(yùn)用十分廣泛，因?yàn)橐环矫鎸?duì)于評(píng)測(cè)者來(lái)講比較好操作，所有的選項(xiàng)都有文字的注釋，概念比較清晰；另一方面，該測(cè)試可以直接返回打分的結(jié)果，比如按照等級(jí)的劃分分?jǐn)?shù)分別為1->n，對(duì)于數(shù)據(jù)的后處理來(lái)說(shuō)也比較方便。當(dāng)然，法無(wú)完法，不同聲音的性質(zhì)不等距分布，以及不同等級(jí)之間的具體劃分等，都是該方法存在的問(wèn)題。
 
對(duì)于標(biāo)度的選取，有雙極（Bipolar）和單極（Unipolar）之分[6]。顧名思義，雙極標(biāo)度有兩個(gè)極點(diǎn)，例如描述聲音的響度時(shí)，可以覆蓋到極響->極靜；單極用于形容某種性質(zhì)的單邊程度如何，例如一段聲音的安靜程度，可以從非常安靜->完全不安靜。在選擇標(biāo)度的時(shí)候，首先要看該性質(zhì)是否具有兩極性，若有兩極性，則可以選擇雙極標(biāo)度以很好地反映出聲音該性質(zhì)的趨勢(shì)以及程度如何；如果該性質(zhì)有自然0點(diǎn)存在的話，比如可聽(tīng)度，完全聽(tīng)不到就是自然0點(diǎn)，此時(shí)就可以使用單極標(biāo)度了。
現(xiàn)階段有一些性質(zhì)的標(biāo)度已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化了，如VDI 2563的車輛內(nèi)部噪聲分極，以及ISO 15666的環(huán)境噪聲強(qiáng)度劃極，或者是DIN 16832對(duì)于強(qiáng)度評(píng)級(jí)的劃分等等。隨著研究的深入，這些預(yù)定義劃極將會(huì)越來(lái)越多，也會(huì)為聲品質(zhì)開(kāi)發(fā)研究人員提供更多有價(jià)值的參考。
Semantic Differential 語(yǔ)義細(xì)分法
 
04、主要由一組子性質(zhì)組成，將某個(gè)感興趣的性質(zhì)拆分為與之可能相關(guān)的子性質(zhì)，設(shè)定好這些子性質(zhì)的標(biāo)度（一般為bipolar），隨后測(cè)評(píng)者對(duì)這些子性質(zhì)進(jìn)行打分，最后從這些打分結(jié)果中找出相關(guān)性較強(qiáng)的子性質(zhì)，相當(dāng)于將幾組Category Scaling結(jié)合在一起。該方法比較適用于聲品質(zhì)參數(shù)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
Interview 問(wèn)卷調(diào)查

該方法實(shí)際上已經(jīng)不屬于評(píng)測(cè)環(huán)節(jié)了，更多的是對(duì)評(píng)測(cè)者信息的收集，如年齡、性別或者工作領(lǐng)域等。不同的群體對(duì)聲音的感受和需求也是不一樣的，比如年輕人對(duì)于車可能更喜歡有激情一些的聲音，而年長(zhǎng)一些的可能更加注重于聲音的舒適性。通過(guò)Interview環(huán)節(jié)收集評(píng)測(cè)者的信息，然后再將他們進(jìn)行分組，最后將不同組的結(jié)果進(jìn)行單獨(dú)處理。
以上幾種方法都會(huì)被使用到，其中成對(duì)比較法和語(yǔ)義細(xì)分法被使用得最為廣泛。在實(shí)際的運(yùn)用中可以采用多種方法相結(jié)合，比如先使用成對(duì)比較法，提供一個(gè)比較穩(wěn)定的排序關(guān)系，然后使用語(yǔ)義細(xì)分法，對(duì)其精確得分進(jìn)行補(bǔ)充。
[1] Johansson, A.C., Hammer, P., Nilsson, E. (2001). Aspects on three methods for paired comparison listening tests, ICA 2001, Proceedings, Rome, Italy.
[2] Parizet, E., Hamzaoui, N., Sabatié, G. (2005). Comparison of some listening test methods: A case study, Acta Acustica united with Acustica, Vol. 91 (2), 356-364.
[3] Parizet, E. (2002) Paired Comparison Listening and Circular Error Rates. Acta Acustica united with Acustica.
[4] Luce, R.D. (1959). Individual choice behavior: A theoretical analysis.
[5] Yhurstone, L.L. (1927). A law of comparative judgement, Psychological Review, Vol. 34, 273-286.
[6] Fiebig, A. (2015). Cognitive Stimulus Integration in the Context of Auditory Sensations and Sound Perceptions.
 
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海德聲科（HEAD acoustics China）是全球領(lǐng)先的聲學(xué)解決方案及聲音與振動(dòng)分析領(lǐng)域供應(yīng)商HEAD acoustics GmbH在中國(guó)設(shè)立的子公司。HEAD acoustics憑借其在聲學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)性和相關(guān)軟硬件研發(fā)的先驅(qū)地位，在NVH、聲學(xué)和語(yǔ)音音頻質(zhì)量的測(cè)量、分析和優(yōu)化領(lǐng)域廣受贊譽(yù)。其產(chǎn)品和服務(wù)廣泛用于汽車、電信，IT設(shè)備、辦公用品和家電行業(yè)的制造商和研究機(jī)構(gòu)，以及在聲音環(huán)保領(lǐng)域的企業(yè)與院所等。
 
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