在上一篇的文章中，介紹了為了保護(hù)行人安全，有必要給安靜的電動(dòng)車設(shè)計(jì)車外提示音。那么如何在嘈雜的背景噪聲中，電動(dòng)車發(fā)出的聲音能夠讓行人容易識(shí)別并覺(jué)察到車輛的靠近，提醒行人主動(dòng)避開(kāi)危險(xiǎn)？就需要考慮心理聲學(xué)方面的科學(xué)。

一、物理聲學(xué)評(píng)價(jià)的缺陷：

心理聲學(xué)是心理學(xué)的一個(gè)分支，是研究人類對(duì)聲音感知和聽(tīng)覺(jué)的科學(xué)。根據(jù)心理聲學(xué)掩蔽閾理論，根據(jù)A 記權(quán)計(jì)算出來(lái)的的聲壓總值（Overall Level）并不能完全代表雙耳感知到的聲音響度，主要是有以下幾個(gè)方面原因：

1、響度對(duì)頻率敏感性；

2、響度對(duì)頻率具有選擇性；

3、頻率掩蔽效應(yīng)；

4、時(shí)域掩蔽效應(yīng)；

5、共同調(diào)制掩蔽釋放

對(duì)頻率的敏感性表現(xiàn)在低頻和高頻成分給人的聲音響度不一樣。采用A記權(quán)的方式是假設(shè)頻率成分是規(guī)則統(tǒng)一的，而實(shí)際情況中，頻率成分差異很大。

一般采用三分之一倍頻程的來(lái)表達(dá)對(duì)頻率的選擇性，但是這種方式比較粗糙的一種方式，是人耳聽(tīng)覺(jué)對(duì)不同頻率成分的一種粗略簡(jiǎn)化。實(shí)際上，人耳對(duì)頻率的選擇性是有一套根據(jù)帶寬精確的計(jì)算方法。響度就是根據(jù)人耳對(duì)頻率的選擇性加權(quán)計(jì)算出來(lái)的。



人類聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)存在掩蔽效應(yīng)，所以無(wú)法完全分離不同頻率成分。跟頻率相關(guān)的高能量有效地激發(fā)了基底膜的一個(gè)區(qū)域，但是也較小程度地激發(fā)了鄰近區(qū)域，高能量頻率成分可以掩蔽不同頻率下較低能量成分的聲音。

基于以上原因，采用傳統(tǒng)的物理聲學(xué)評(píng)價(jià)是有一定局限性的。

二、心理聲學(xué)考量的聲音設(shè)計(jì)

美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）基于三個(gè)心理聲學(xué)評(píng)價(jià)維度（識(shí)別度、覺(jué)察度、煩躁度），提出了四種建議的聲音設(shè)計(jì)方案：

1、錄音回放內(nèi)燃機(jī)的聲音

2、人工合成內(nèi)燃機(jī)的聲音

3、結(jié)合內(nèi)燃機(jī)的頻率成分人工合成聲音

4、人工合成非內(nèi)燃機(jī)的聲音



1、錄音回放內(nèi)燃機(jī)的聲音

錄音和回放是聲學(xué)領(lǐng)域成熟的技術(shù)之一，隨著DSP的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)方式成本比較簡(jiǎn)單。對(duì)于電動(dòng)車同樣存在的輪胎噪聲、氣動(dòng)聲和空調(diào)風(fēng)扇噪聲不用考慮。只需記錄內(nèi)燃機(jī)從0到30km加速、減速到10km的聲音然后通過(guò)揚(yáng)聲器回放。這種策略的優(yōu)點(diǎn)就是識(shí)別度較高，因?yàn)槿藗儗?duì)汽車引擎的聲音是具有統(tǒng)一認(rèn)知的，更容易被大眾接受。

缺點(diǎn)就主要有兩點(diǎn)：

1、EV車與內(nèi)燃機(jī)車加速性能不一樣，內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的扭矩特性差異，EV 車在馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的第一秒就達(dá)到扭矩峰值，這是內(nèi)燃機(jī)達(dá)不到的，所以兩者在靠近行人的時(shí)間是不一樣的，要求行人反應(yīng)的時(shí)間更快，或者說(shuō)為了避免碰撞的危險(xiǎn)，汽車需要在更遠(yuǎn)的距離發(fā)出提示音。



2、考慮到聲音裝置在車輛前部的實(shí)施通常受到安裝空間的限制，低頻聲不容易發(fā)出來(lái)。相比于內(nèi)燃機(jī)飽滿和階次豐富的聲音，通過(guò)體積較小揚(yáng)聲器發(fā)出來(lái)的聲音會(huì)音調(diào)高、單調(diào)而且金屬感較重。

2、人工合成內(nèi)燃機(jī)的聲音

在該方案中，模擬內(nèi)燃機(jī)車輛聲音將由數(shù)字信號(hào)處理器直接合成，該數(shù)字信號(hào)處理器被編碼為類似于內(nèi)燃機(jī)車輛的提示聲音，聲音音調(diào)和響度將隨著車輛的速度和擋位模式而改變。

由于頻譜具有較少的頻率分量，因此合成的聲音將具有額外的優(yōu)勢(shì)。在那些存在不同頻率分量的噪聲環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更好的可覺(jué)察性。在行人獲得可覺(jué)察性感知的前提下，可以相應(yīng)地降低聲能量，降低對(duì)環(huán)境的噪聲影響。

3、結(jié)合內(nèi)燃機(jī)的頻率成分人工合成聲音

人類對(duì)聲音的感知很大程度上跟感知模式的識(shí)別相關(guān)，這意味著可識(shí)別的聲音中必須包含與人類記憶中存儲(chǔ)的模式相匹配記憶和經(jīng)驗(yàn)，這是人類在進(jìn)化早期形成的。根據(jù)個(gè)人對(duì)車輛聲音的先前經(jīng)驗(yàn)，模式識(shí)別可能存在較大的個(gè)體差異。這就是采用內(nèi)燃機(jī)頻率成分的聲音合成的優(yōu)勢(shì)，識(shí)別度較高，能夠減輕聲音給人的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。



4、人工合成非內(nèi)燃機(jī)的聲音

在如何對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行音效設(shè)計(jì)文章中，介紹了很多國(guó)外汽車品牌專門聘請(qǐng)音樂(lè)家、音效師為其產(chǎn)品專門設(shè)計(jì)聲音。

這些經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)的聲音，考慮到心理聲學(xué)，應(yīng)該具備以下特征：

1、聲音的頻率和大小隨著車速的變化而變化，加速的范圍從0-30km/h。頻移的線性度至少要高于40%。

2、為了獲得較好的聲場(chǎng)，脈沖寬度為100-200毫秒，每秒間隔約3至10個(gè)脈沖；

3、脈沖間隔不超過(guò)150毫秒；

3、基頻在150至1000 Hz頻率范圍內(nèi)，在1至4 kHz頻率范圍內(nèi)至少三個(gè)突出的諧波；

4、至少有四個(gè)頻率分量處，聲壓級(jí)超過(guò)50 dBA。

人工合成的聲音跟內(nèi)燃機(jī)具有不同的特征，讓人聽(tīng)起來(lái)并不像一輛汽車。但是通過(guò)數(shù)字信號(hào)出來(lái)實(shí)現(xiàn)頻移，是否能讓行人感知到是一輛汽車，還需要經(jīng)過(guò)科學(xué)的測(cè)試。如果這種方法的開(kāi)放性導(dǎo)致針對(duì)不同車型的提示聲音，則可能會(huì)使提示聲音的學(xué)習(xí)和識(shí)別變得復(fù)雜，從而使行人感到困惑。

這種沒(méi)有參考內(nèi)燃機(jī)車輛合成的提示音的優(yōu)點(diǎn)是可以保持在一個(gè)較低的聲能量水平讓人覺(jué)察。

BMW公司提出了一種聲音設(shè)計(jì)的需要考慮的兩層原則，可以供我們參考。

1、底層寬頻背景聲-體現(xiàn)品牌特征；

2、突出頻移聲-傳遞提醒信號(hào)。

總結(jié):

1、由于人耳對(duì)頻率的選擇性、敏感性、掩蔽效性等，傳統(tǒng)的物理聲學(xué)參量不能體現(xiàn)行人對(duì)電動(dòng)車提示音的真實(shí)反饋，具有一定的局限性。

2、基于三個(gè)心理聲學(xué)評(píng)價(jià)維度（識(shí)別度、覺(jué)察度、煩躁度），對(duì)四種不同的聲音設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了說(shuō)明。其中基于人工合成非內(nèi)燃機(jī)的聲音設(shè)計(jì)方案目前是一種趨勢(shì)，除了具有較高的覺(jué)察性之外，還能通過(guò)聲音設(shè)計(jì)塑造品牌特征。