【摘要】以10 款具有不同關(guān)門(mén)聲品質(zhì)感的乘用車為研究對(duì)象，基于語(yǔ)義細(xì)分法、成對(duì)比較法的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果和心理聲學(xué)客觀參量（尖銳度積分、響度能量比、響度能量變化率、響度變化時(shí)間）建立了主、客觀預(yù)測(cè)模型，為了提高模型預(yù)測(cè)精度，將評(píng)價(jià)模型分為“豪華感”和“時(shí)尚感”兩類。將該模型與傳統(tǒng)多元回歸映射模型進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，該模型樣本內(nèi)預(yù)測(cè)精度最大提升18.5%，樣本外預(yù)測(cè)精度最大提升40.3%，基于風(fēng)格類型劃分的關(guān)門(mén)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)模型具有更高的預(yù)測(cè)精度。

1 前言

乘用車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)研究的核心在于將主觀化的情感通過(guò)科學(xué)的手段轉(zhuǎn)變成工程語(yǔ)言用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。隨著關(guān)門(mén)聲品質(zhì)正向開(kāi)發(fā)研究的深入，聲品質(zhì)評(píng)價(jià)（偏好分預(yù)測(cè)）模型作為性能預(yù)測(cè)和指導(dǎo)設(shè)計(jì)的手段也越來(lái)越受到重視。目前，關(guān)門(mén)聲品質(zhì)偏好分預(yù)測(cè)模型的研究主要集中在針對(duì)主觀感受提出客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立預(yù)測(cè)模型。范瑋等采用系列范疇法組織主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，獲得了汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)，為聲品質(zhì)偏好分模型的建立提供了主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)基礎(chǔ)。Malen等將汽車關(guān)門(mén)聲信號(hào)的客觀屬性與主觀評(píng)價(jià)人員的偏好進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)聲信號(hào)的高頻成分占比與主觀偏好具有強(qiáng)相關(guān)性。隨著汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)研究的不斷深入，對(duì)其的客觀量化研究取得了大量成果。烏靜等發(fā)現(xiàn)關(guān)門(mén)聲信號(hào)中峰值越少、功率譜密度集中時(shí)間越短，其主觀評(píng)價(jià)結(jié)果越好。楊川等將時(shí)頻分析方法用于關(guān)門(mén)聲品質(zhì)客觀特征研究，基于偽分布和臨界頻率帶小波分解提出了聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。Hoechstetter研究發(fā)現(xiàn)“尖銳度持續(xù)時(shí)間”與沖擊聲音品質(zhì)強(qiáng)相關(guān)?，F(xiàn)有的聲品質(zhì)主、客觀評(píng)價(jià)模型研究主要針對(duì)品質(zhì)感總體評(píng)分開(kāi)展，但在主觀評(píng)價(jià)中，出現(xiàn)了評(píng)審人員對(duì)兩種頻譜特征迥異的關(guān)門(mén)聲給出近似評(píng)分的情況，所以無(wú)法從單一維度上有效描述關(guān)門(mén)聲信號(hào)的時(shí)頻特性，即無(wú)法識(shí)別出整車關(guān)門(mén)聲風(fēng)格上的差異性。本文通過(guò)收集用戶對(duì)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)關(guān)鍵詞的定義和商品性對(duì)其的定義，運(yùn)用語(yǔ)義細(xì)分法和成對(duì)比較法對(duì)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，使用主成分分析法提煉出強(qiáng)相關(guān)的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，與心理聲學(xué)參量（尖銳度積分、響度能量比、響度能量變化率、響度變化時(shí)間）關(guān)聯(lián)，提出基于風(fēng)格劃分的關(guān)門(mén)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)模型。

2 乘用車關(guān)門(mén)聲樣本采集

乘用車關(guān)門(mén)沖擊聲樣本采集試驗(yàn)在背景噪聲為25.6 dB 的整車轉(zhuǎn)鼓半消聲室進(jìn)行，試驗(yàn)選用10 輛關(guān)門(mén)聲品質(zhì)感從差到好均勻分布的乘用車，采用雙耳人工頭采集關(guān)門(mén)聲音信號(hào)，試驗(yàn)對(duì)象和設(shè)備如表1和表2所示。表1 試驗(yàn)對(duì)象

表2 試驗(yàn)設(shè)備

將雙耳人工頭正對(duì)車身布置于整車坐標(biāo)系的固定位置處；光電關(guān)門(mén)速度儀布置在外開(kāi)手柄附近，保證其信號(hào)發(fā)生器能夠順利通過(guò)關(guān)門(mén)速度感應(yīng)器；試驗(yàn)車輛進(jìn)行關(guān)門(mén)試驗(yàn)的側(cè)面與轉(zhuǎn)鼓半消聲室墻面的距離大于4 m，車輛整車狀態(tài)良好，各門(mén)車窗關(guān)閉，關(guān)門(mén)過(guò)程環(huán)境無(wú)異響。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)為避免關(guān)門(mén)過(guò)程中其他聲音的干擾，車門(mén)以1.2 m/s的速度關(guān)閉，完成關(guān)門(mén)動(dòng)作后保持靜止直至當(dāng)次采集結(jié)束。重復(fù)以上步驟，直至獲得3組一致性較高的數(shù)據(jù)。

3 乘用車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)

3.1 主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)的確定

目前，針對(duì)汽車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)研究成果中，提出了大量的關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)，如“昂貴的”“有力的”“鳴鈴聲”“二次沖擊聲”和“咔嗒聲”“音響渾厚度”等。基于現(xiàn)有研究成果，結(jié)合市場(chǎng)用戶需求調(diào)研結(jié)果，最終提取主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)為品質(zhì)感、轟鳴感、金屬感、延時(shí)感、振顫感，用于基于語(yǔ)義細(xì)分法的乘用車關(guān)門(mén)主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)。通過(guò)本次實(shí)車評(píng)價(jià)，初步判斷上述主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)的適用性，為正式主觀盲評(píng)提供試驗(yàn)依據(jù)。主觀評(píng)價(jià)采用10分制打分法，結(jié)果如表3所示。表3 實(shí)車主觀評(píng)價(jià)結(jié)果 分

由表3可知，打分最高的2個(gè)車型為V6和V10。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩者的頻譜能量分布差異較大，V6低頻（500 Hz以下）能量更為突出，且延時(shí)較長(zhǎng)，而V10整體延時(shí)較短，且高頻能量較V6突出明顯，如圖2所示。主觀感受V6表現(xiàn)偏厚重、沉穩(wěn)、豪華，而V10偏干脆、明亮、辨識(shí)度高。風(fēng)格迥異的2個(gè)關(guān)門(mén)聲在主觀評(píng)審中打分接近，且4個(gè)細(xì)分主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)打分各有差異。因此，為了提高預(yù)測(cè)精度，需要在模型搭建中添加風(fēng)格類主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖2 V6與V10關(guān)門(mén)聲小波頻譜為了補(bǔ)充風(fēng)格類關(guān)門(mén)聲主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，總結(jié)出豪華感、時(shí)尚感，與前序?qū)嵻囍饔^評(píng)價(jià)得出的品質(zhì)感、轟鳴感、金屬感、延時(shí)感和振顫感共同作為主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)。

3.2 主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)采用聲音樣本回放的方式進(jìn)行，正式評(píng)價(jià)前對(duì)回放設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)以保證評(píng)審人員能聽(tīng)到最真實(shí)的聲音信號(hào)，并對(duì)回放樣本進(jìn)行預(yù)處理，避免由于信號(hào)采集時(shí)間不同帶來(lái)的主觀差異，影響評(píng)價(jià)結(jié)果先選取時(shí)域上聲壓信號(hào)峰值（Peak）前0.6 s 和后1.0 s 時(shí)間段，組成1.6 s 聲信號(hào)，再對(duì)此聲信號(hào)前、后進(jìn)行余弦加窗、消除噪聲處理，得到主觀評(píng)價(jià)樣本。聲信號(hào)的回放設(shè)備采用RME Fireface UC 聲卡、森海塞爾HD650高保真回放耳機(jī)以及Head Acoustic 低頻音箱（用于補(bǔ)償100 Hz 以下頻段音頻），有效保證了評(píng)價(jià)環(huán)境與實(shí)際評(píng)價(jià)環(huán)境的一致性。主觀評(píng)價(jià)在整車半消聲室完成，試驗(yàn)回放現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 乘用車關(guān)門(mén)聲主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)本次評(píng)價(jià)試驗(yàn)基于語(yǔ)義細(xì)分法和成對(duì)比較法開(kāi)展：語(yǔ)義細(xì)分法主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，評(píng)審人員反復(fù)收聽(tīng)聲音信號(hào)，分別對(duì)提取的各主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行10分制評(píng)分；成對(duì)比較法試驗(yàn)中，評(píng)審人員反復(fù)收聽(tīng)2 組聲音信號(hào)，并選取偏好的聲樣本。為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度，試驗(yàn)基于職業(yè)、性別、年齡、有無(wú)駕駛經(jīng)驗(yàn)和有無(wú)聲學(xué)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)等因素均勻分布的原則，最終選取了42 位評(píng)審人員進(jìn)行試驗(yàn)。

3.3 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)與分析

對(duì)于語(yǔ)義細(xì)分法的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，需要對(duì)無(wú)效結(jié)果進(jìn)行剔除。采用四分位距和杜凱氏測(cè)試篩選無(wú)效數(shù)據(jù)，3 位評(píng)審員的結(jié)果被剔除。有效數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過(guò)歸一化處理后如表4所示。表4 部分乘用車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)語(yǔ)義細(xì)分法評(píng)價(jià)結(jié)果 分

將評(píng)價(jià)結(jié)果相互關(guān)聯(lián)計(jì)算相關(guān)性，表4中各項(xiàng)細(xì)分主觀感覺(jué)與品質(zhì)感相關(guān)系數(shù)（R2）均高于0.80。因此通過(guò)語(yǔ)義細(xì)分法評(píng)價(jià)結(jié)果提取出轟鳴感、金屬感、延時(shí)感、振顫感、豪華感和時(shí)尚感為與品質(zhì)感強(qiáng)相關(guān)聯(lián)的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于成對(duì)比較法評(píng)價(jià)結(jié)果，需要檢驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)率和一致性來(lái)剔除無(wú)效結(jié)果。重復(fù)率表示篩選兩個(gè)評(píng)價(jià)樣本調(diào)換評(píng)價(jià)順序后結(jié)果的重復(fù)程度，一致性表示篩選兩對(duì)評(píng)價(jià)樣本隨機(jī)組合后結(jié)果邏輯上的一致程度。為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，有效數(shù)據(jù)量應(yīng)超過(guò)30份，因此本次試驗(yàn)選取了重復(fù)率大于70%、一致性大于68%的共計(jì)31 份有效評(píng)價(jià)結(jié)果。同時(shí)采用Bradley-Terry 模型，將成對(duì)比較法的有效評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化為偏好分（Merit），其中0 分表示最不偏好，10 分表示最為偏好。根據(jù)模型計(jì)算公式，最終得到關(guān)門(mén)聲品質(zhì)偏好分計(jì)算結(jié)果如表5所示。表5 成對(duì)比較法的關(guān)門(mén)聲偏好分計(jì)算結(jié)果 分

將成對(duì)比較法和語(yǔ)義細(xì)分法的結(jié)果進(jìn)行趨勢(shì)對(duì)比分析，結(jié)果表明，這兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)趨向走勢(shì)相近，有效保證了主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

3.4 風(fēng)格類主觀指標(biāo)確定

針對(duì)語(yǔ)義細(xì)分法多維度的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，用主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）法挑選風(fēng)格類主觀指標(biāo)。對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的主成分分析提取，并將提取的組元與各項(xiàng)主觀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表6和表7所示。表6 主成分分析結(jié)果

表7 主成分與各項(xiàng)主觀感受的相關(guān)系數(shù)R2結(jié)果

基于PCA 結(jié)果，提取特征根值大于1 的2 個(gè)主元，即第一主元和第二主元。當(dāng)2 個(gè)主元累計(jì)方差大于80%，可認(rèn)為第一主元和第二主元基本能夠表征該數(shù)據(jù)所有特征。在PCA 結(jié)果中，關(guān)門(mén)聲主觀感知屬性豪華感的權(quán)重系數(shù)在第一主元中最高，且第二主元中的最高權(quán)重指標(biāo)是時(shí)尚感。因此，可認(rèn)為第一主元為“豪華”系列，第二主元為“時(shí)尚”系列，即可將關(guān)門(mén)聲劃分為“豪華型”和“時(shí)尚型”兩類風(fēng)格。

4 乘用車關(guān)門(mén)聲品質(zhì)客觀量化研究

4.1 風(fēng)格分類主觀結(jié)果關(guān)聯(lián)性分析

基于評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析可知，豪華感與轟鳴感、金屬感和振顫感關(guān)聯(lián)性高（R2＞0.8），時(shí)尚感與金屬感和延時(shí)感關(guān)聯(lián)性較高，如表8所示。表8 評(píng)價(jià)結(jié)果相關(guān)系數(shù)

基于相關(guān)性分析結(jié)果，得到關(guān)門(mén)聲音品質(zhì)感風(fēng)格劃分的整體評(píng)價(jià)模型，如圖4所示。

圖4 風(fēng)格劃分關(guān)門(mén)聲品質(zhì)模型由表4可知，在參與評(píng)價(jià)的車輛中，V6為豪華感車型的代表，V10為時(shí)尚感車型的代表。首先將“豪華”和“時(shí)尚”主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與關(guān)門(mén)聲總分“偏好得分”關(guān)聯(lián)，采用多元線性回歸分析，得到回歸方程為：

式中，vi為偏好得分；L為豪華感得分；F為時(shí)尚感得分。回歸方程的R2達(dá)到0.80 時(shí)，即認(rèn)為方程能夠滿足聲品質(zhì)偏好性預(yù)測(cè)精度要求。由表8可得到描述風(fēng)格類指標(biāo)的細(xì)分指標(biāo)，基于多元回歸分析可得回歸方程為：

式中，B 為轟鳴感得分；M 為金屬感得分；R 為振顫感得分；D為延時(shí)感得分。分析上述關(guān)系式可知：轟鳴感分值越高、金屬感和振顫感分值越低，則豪華感越強(qiáng)；延時(shí)感分值越低、金屬感分值越高，則時(shí)尚感越強(qiáng)。

4.2 基于風(fēng)格劃分的關(guān)門(mén)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)模型

針對(duì)金屬感、轟鳴感、振顫感和延時(shí)感4 個(gè)細(xì)分的關(guān)門(mén)聲主觀感知屬性，對(duì)應(yīng)提出了聲品質(zhì)客觀指標(biāo)，并進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果如表9所示。表9 聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于上述聲品質(zhì)客觀指標(biāo)，與主觀結(jié)果進(jìn)行逐步多元線性回歸，回歸模型的可決系數(shù)R2=0.96，保證了模型預(yù)測(cè)精度，得到預(yù)測(cè)模型如圖5所示。

圖5 風(fēng)格劃分關(guān)門(mén)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)模型主觀偏好得分與預(yù)測(cè)結(jié)果如圖6所示，預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。

圖6 樣本內(nèi)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)預(yù)測(cè)走勢(shì)

4.3 模型精度驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模型精度改善效果，本文基于樣本內(nèi)10輛乘用車以及樣本外3輛乘用車的關(guān)門(mén)聲數(shù)據(jù)，對(duì)比了不同模型的預(yù)測(cè)精度。將風(fēng)格類主觀指標(biāo)排除后，通過(guò)相同的關(guān)聯(lián)方法組合出2個(gè)精度較高的預(yù)測(cè)模型，如圖7所示。對(duì)比圖7 和圖5 中3 個(gè)模型的R2可知，相比于模型A和模型B，風(fēng)格劃分模型在樣本內(nèi)的預(yù)測(cè)精度分別提高了18.5%和6.7%。對(duì)于樣本外精度驗(yàn)證車輛信息如表10所示。對(duì)上述乘用車的關(guān)門(mén)聲進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，其語(yǔ)義細(xì)分法結(jié)果如表11所示。

圖7 傳統(tǒng)劃分類預(yù)測(cè)模型表10 模型驗(yàn)證對(duì)象乘用車

表11 模型驗(yàn)證對(duì)象乘用車主觀評(píng)價(jià)結(jié)果 分

將樣本外3 輛乘用車客觀數(shù)據(jù)代入模型A、模型B以及風(fēng)格劃分模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表12所示。表11中模型A、模型B和風(fēng)格劃分模型評(píng)價(jià)結(jié)果的R2分別為0.57、0.59 和0.80，相比于模型A 和模型B，風(fēng)格劃分模型在樣本外的預(yù)測(cè)精度分別提高了40.3%和35.6%，驗(yàn)證了風(fēng)格劃分模型的精度改善效果。表12 各模型預(yù)測(cè)結(jié)果 分

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主、客觀試驗(yàn)與分析，展開(kāi)關(guān)門(mén)聲品質(zhì)主觀偏好性風(fēng)格劃分的客觀量化研究，將關(guān)門(mén)聲品質(zhì)感劃分為豪華和時(shí)尚兩類風(fēng)格通過(guò)關(guān)門(mén)聲樣本的時(shí)頻特性分析，針對(duì)主觀感受豪華感和時(shí)尚感，運(yùn)用多個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)了兩類主觀感受的客觀量化。驗(yàn)證結(jié)果表明，基于關(guān)門(mén)聲品質(zhì)風(fēng)格劃分的預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度較傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型顯著提高。

作者：王政欽1 畢錦煙1 黃濤2 涂梨娥11.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院2.武漢理工大學(xué)，現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室免