聲音品質量測 ( Sound Quality )

為何須要進行聲音品質的評價?
 

聲音品質可被定義為人們對於產品發散噪音接受度的感官反應。


"正面" 的聲音品質代表使用者使用此產品時，對此產品發散之噪音不會感到厭煩，進而產生"正面情緒"。反之；"負面" 聲音品質代表此噪音會造成不舒服的聽覺感受，並一定程度地反應此產品的品質低劣。


分析聲音品質的目的是用"客觀"的量測儀器去"主觀"地評價一個聲音事件。人類聽覺是一個相當複雜的機制，具有高度非線性的現象。當人們在聆聽一個聲音時，許多的聽覺機制會同時發生。


例如像聲音的遮蔽效應，聲源的定位，距離的估算，以及噪音的評定…等。因此，一個聲音事件必須由許多面向來分析，包括有: 聲音的總體位準，發生時間的長短，對頻譜的貢獻度…等。也就是說，以往使用所謂"客觀"的聲功率量測，有時會與人們對聲音"主觀"的感受產生相當程度的落差。導入心理聲學的噪音量測，像是聲音的響度、尖銳度、粗糙度…等，經常被使用來幫助人們有效地了解一個產品的聲音品質。


聲音品質的量測參數:


響度 Loudness (in sone):
由Zwicker於ISO532B中提出的計算方法，比傳統使用的A加權量測分析更貼近人類的真實感受。此方法是建立在1/3 八度音聲壓量測頻譜上，引入遮蔽效應及純音成份分析，並與實驗得來的等響度曲線比較而得。


突出率 Prominence Ratio (dB):
市面上有些產品如小風扇或變壓器等，經常會製造一些惱人的噪音。但事實上，這些產品產生的聲壓位準其實是很低的，但卻帶給人們非常不舒服的感受。這是因為這些噪音裡包含了許多突出的純音成份。突出率就是用來評價這些純音成份是否突出的參數。傳統上，突出與否的分析是採用"tone-to-noise" ratio, 是由在關鍵頻帶(critical band)裡純音的聲壓與去除純音的聲壓的比值；當此比值超過6 dB 時，就判定此噪音具有突出的"異音"。

調變 Modulation:
聲音若發生調變現象，對聽覺感觀而言，將會產生非常不一樣的感受。此感受決定於聲音調變的強度及調變的比率。以心理聲學為基礎的調變可分為兩個主要的分支：聲音的波動及粗糙度。雖然這兩個分支為非常相似之物理現象，但在聽覺上卻帶給人們非常不一樣的感受。


波動強度 Fluctuation Strength (in vacil):
此參數可視為"慢速的調變"。而一些聲音參數，如波動率、聲壓位準、調變程度…等都將影響波動強度的大小。


尖銳度 Sharpness (in acum):
尖銳度定義為聲音事件中高頻部份之位準對總體位準的比值。也就是說聲音在高頻部份的能量越高，將讓人感到越尖銳。在數值上，尖銳度是由特徵響度乘上一個加權函數對頻率域作積分後，再除以總響度得來。因此，對於尖銳度的分析來說，一個窄頻音的中心頻率和頻譜內容將是非常重要的考慮因素。而必須注意的是，尖銳度是一個與聲壓位準無關的參數。


音調 Tonality (in tu):
音調是由聲音中純音成份對總響度的比值來決定，並將純音成份的頻寬、頻率、和包含及不包含純音成份的響度值考慮進去。此外，值得一題的是，關鍵頻帶(critical band，可類比為一組聽覺的帶通濾波器)，在人類聽覺的感知上扮演了一個非常重要的角色。

聲功率量測 ( Sound Power )

何謂聲功率?

 

聲功率定義為每單位時間內音源所產生的能量，單位為瓦(W)，常以10^-12瓦(W₀)作為參考功率，取對數後以「分貝」(dB)或「貝爾」(B)為位準之單位，如下所示:

其中L_W即為聲功率位準

 

對於一個固定音源而言，其聲功率大小是固定的，與量測位置無關；反之，聲壓大小則與量測距離有直接關係。

因此，聲功率之宣告不需要宣告量測位置，但聲壓之宣告則必須連同量測距離一同宣告，否則量測結果將不具意義。

以冷氣機為例的話，聲功率即為冷氣固有之頓數，而聲壓即為在距離冷氣某特定距離處之溫度。

何時要量測聲功率? 何時要量測聲壓?

 

一般來說，若想了解使用者在實際使用產品時所感受的噪音大小，較傾向於量測聲壓。以筆記型電腦為例，使用者操作產品之距離大致上是固定的，因此，若想了解使用者在操作筆電時感受到的噪音值，建議直接於操作者位置上(Operator position，定義於ISO7779)進行聲壓的量測。

反之，若想要比較每個產品的噪音規格，則以量測聲功率較為適當，因為其與量測位置無關之特性(為一固定數值)，較不會因為量測位置定義之不同而造成困擾。

近年來有越來越多國際性的認證標章(包括節能標章、綠色標章…等)使用聲功率作為定義產品噪音值的標準，如德國的藍天使(Blue Angel)、北歐地區的北歐天鵝(Nordic Swan)、美國的能源之星(Energy Star)、歐盟的EU Eco-flower、TCO、GS Mark、乃至於台灣的綠色標章(Green Mark)均已導入聲功率規格作為其判定之標準。

量測方式

 

量測時，待測物會被包覆在一個由麥克風排列而成的半球面或平行六面體(依據待測物之特性及尺寸選定適當的量測表面)內進行量測，如下圖所示:

 

 

聲壓量測 ( Sound Pressure Level )

 

SPL 聲壓位準(sound pressure level，以下簡稱聲壓)為聲學測試中最主要也是最基本的測量項目，其目的在於測得待測物所發出聲音的大小，單位為dB，或加權後的dB(A)。

 

根據ISO規範，如果待測物噪音接近背景噪音，則該數據則無法判定為該待測物的噪音。雖然大部分的客戶面對上述的狀況的數據可以接受，認為即使無法認定待測物之噪音，至少可以說待測物的噪音「夠小」，但仍不免希望若是背景噪音夠低，如此或許就可以明確定義出待測物的噪音。
測量聲壓之實驗室與設備符合ISO7779，為模擬使用者的場地狀況，需建造半無響室環境。用精密儀器測得本實驗室的實際背景噪音可低至6~8 dB(A)，也因此用一般麥克風(最低只能測得15~16dB(A))所測得的背景噪音當然會接近該麥克風的最低限制，也就是15~16 dB(A)，比起一般聲學半無響室接近20dB(A)有很大的優勢。