小型揚(yáng)聲器感知低音的主客觀評(píng)價(jià)分析

宋亮　張婧穎　謝凌云

[摘要]針對(duì)小型揚(yáng)聲器，通過(guò)語(yǔ)義調(diào)查分析得到渾厚感、厚實(shí)度和力度感等適合用來(lái)評(píng)價(jià)其低音聽(tīng)感的主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)，并依據(jù)音源制作規(guī)范和主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)確定適合用來(lái)做低音聽(tīng)感評(píng)價(jià)的音源素材。進(jìn)而對(duì)5只尺寸不同的小型揚(yáng)聲器進(jìn)行低音聽(tīng)感主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，了解現(xiàn)階段小型揚(yáng)聲器低音放音的現(xiàn)狀。最后對(duì)其進(jìn)行客觀參數(shù)測(cè)量以及主客觀參數(shù)關(guān)聯(lián)性分析。結(jié)果表明：小型揚(yáng)聲器的前沿瞬態(tài)時(shí)間與其低音感知的各項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)參數(shù)相關(guān)性較大，頻響平滑度參數(shù)也有一定關(guān)聯(lián)。

[關(guān)鍵詞]小型揚(yáng)聲器；感知低音；主觀評(píng)價(jià)；客觀評(píng)價(jià)

文章編號(hào)：10.3969/j.issn.1674—8239.2016.04.003

1.引言

揚(yáng)聲器低頻部分的重放能力是用來(lái)判別揚(yáng)聲器性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，也是電聲器件設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題。小型揚(yáng)聲器因?yàn)槠浔旧砦锢沓叽绲瓤陀^條件的制約，其低頻部分重放能力不理想成為該領(lǐng)域迫切需要研究和解決的典型問(wèn)題。對(duì)于小型揚(yáng)聲器低音感知方面的研究，目前主要包括硬件本身的設(shè)計(jì)改進(jìn)以及使用算法程序優(yōu)化這兩個(gè)方面。但是，對(duì)于小型揚(yáng)聲器的低音聽(tīng)感進(jìn)行的主觀評(píng)價(jià)及分析還較少，暫時(shí)也沒(méi)有較為明確的主觀評(píng)價(jià)用語(yǔ)。

本文針對(duì)小型揚(yáng)聲器，通過(guò)語(yǔ)義調(diào)查分析得到渾厚感、厚實(shí)度和力度感等適合用來(lái)評(píng)價(jià)其低音聽(tīng)感的主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)；并通過(guò)系列范疇法等主觀實(shí)驗(yàn)確定適合用來(lái)做低音聽(tīng)感評(píng)價(jià)的音源素材；然后對(duì)5只尺寸不同的小型揚(yáng)聲器進(jìn)行低音聽(tīng)感主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)以及客觀參數(shù)分析；最后對(duì)小型揚(yáng)聲器的主客觀參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。

2.低音主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)與音源

2.1語(yǔ)義調(diào)查分析

參考揚(yáng)聲器主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮小型揚(yáng)聲器實(shí)際的低音感知現(xiàn)狀，本次語(yǔ)義調(diào)查中列出的低音聽(tīng)感評(píng)價(jià)用語(yǔ)包括力度感、渾厚感、厚實(shí)度、震撼度、低音層次感、粗獷度等共22項(xiàng)。調(diào)查問(wèn)卷需要被調(diào)查者對(duì)每一項(xiàng)用語(yǔ)進(jìn)行1分至5分的評(píng)價(jià)打分。為確保語(yǔ)義調(diào)查的普適性和客觀性，所有的評(píng)價(jià)用語(yǔ)隨機(jī)地呈現(xiàn)給被調(diào)查者。被調(diào)查者共50人，調(diào)查問(wèn)卷收回49份，有效率為98.O%。同時(shí)，對(duì)被調(diào)查者的性別以及是否具有揚(yáng)聲器聽(tīng)音評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，如表1和表2。

對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平α取O.05。首先，用F檢驗(yàn)的雙樣本方差分析，檢驗(yàn)樣本的方差是否具有顯著性差異，按照是否有聽(tīng)音經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果P=O.1625，按照性別統(tǒng)計(jì)的結(jié)果P=O.1369，均大于α。因此，結(jié)果方差無(wú)顯著性差異。再進(jìn)行等方差雙樣本T檢驗(yàn)，兩類統(tǒng)計(jì)的結(jié)果分別為P=0.094 2與P=0.1281，均大于α，因此得出被調(diào)查者的性別以及是否有過(guò)聽(tīng)音經(jīng)驗(yàn)對(duì)調(diào)查結(jié)果的影響不大。

對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，各個(gè)評(píng)價(jià)用語(yǔ)對(duì)于評(píng)價(jià)小型揚(yáng)聲器低音聽(tīng)感的適合程度如圖1所示。

由圖中結(jié)果得出，最適合用來(lái)評(píng)價(jià)小型揚(yáng)聲器低音效果的主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)為以下三個(gè)：7號(hào)渾厚感、12號(hào)厚實(shí)度和1號(hào)力度感，其次為低音飽滿度和低音層次感。渾厚感，用來(lái)形容低音有氣勢(shì)，給人以震撼的感覺(jué)。厚實(shí)度，用來(lái)形容低音豐滿充實(shí)，能給人結(jié)實(shí)厚重的感覺(jué)。力度感，用來(lái)形容低音有力量不拖沓，給人堅(jiān)實(shí)有力的感覺(jué)。除此之外，也可以考慮加入低音層次感和低音飽滿度。低音飽滿度，用來(lái)形容低音豐滿充盈，給人共鳴或溫暖的感覺(jué)。低音層次感，用來(lái)形容低音層次分明，不渾濁。

2.2低音主觀評(píng)價(jià)的音源確定

依據(jù)電聲產(chǎn)品聲音質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)用節(jié)目源編輯制作規(guī)范，綜合考慮小型揚(yáng)聲器的使用場(chǎng)景，選擇20首曲目作為低音主觀評(píng)價(jià)的備選音源素材，如表3。主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)采用系列范疇法，具有聽(tīng)音經(jīng)驗(yàn)的21名被試需要判別這些音源素材是否適合用來(lái)評(píng)價(jià)低音放音效果的五項(xiàng)術(shù)語(yǔ)——渾厚感、厚實(shí)度、力度感、低音層次感、低音豐滿度。

其中，渾厚感音源素材適合程度的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。最終得到的結(jié)果為：渾厚感，藏族樂(lè)曲《法會(huì)·歌舞·凈土》片段，時(shí)長(zhǎng)1：03；厚實(shí)度，民樂(lè)打擊樂(lè)《塵鼓》片段，時(shí)長(zhǎng)O：57；力度感，交響樂(lè)曲《The Sinking》片段，時(shí)長(zhǎng)O：34；低音層次感，藏族樂(lè)曲《阿姐鼓》片段，時(shí)長(zhǎng)O：36；低音豐滿度，流行音樂(lè)《渡口》片段，時(shí)長(zhǎng)O：58。

3.小型揚(yáng)聲器低音感知分析

3.1低音感知主觀實(shí)驗(yàn)

主觀實(shí)驗(yàn)選取5只不同的國(guó)產(chǎn)小型揚(yáng)聲器單元（4英寸×2、3英寸×2、2英寸×1），分別編號(hào)1至5，參考聲系統(tǒng)設(shè)備的揚(yáng)聲器聽(tīng)音試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其低音放音效果進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)在消聲室內(nèi)進(jìn)行，使用上述得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)音源，采用對(duì)偶比較法對(duì)揚(yáng)聲器低音聽(tīng)感的五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)系列范疇法對(duì)其整體低音聽(tīng)感進(jìn)行評(píng)價(jià)。

為了確保實(shí)驗(yàn)的可靠性及一致性，每次實(shí)驗(yàn)僅允許兩個(gè)人同時(shí)進(jìn)行。被試為中國(guó)傳媒大學(xué)聲頻專業(yè)研究生，共21人，聽(tīng)力正常。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，得到5只揚(yáng)聲器單元的低音評(píng)價(jià)結(jié)果，如表4與圖3所示。

根據(jù)上述主觀評(píng)價(jià)結(jié)果看出，1號(hào)、2號(hào)揚(yáng)聲器在渾厚感、厚實(shí)度、力度感上均表現(xiàn)較好，2號(hào)揚(yáng)聲器在整體低音聽(tīng)感評(píng)價(jià)中得到的評(píng)價(jià)最高，1號(hào)揚(yáng)聲器次之。3號(hào)揚(yáng)聲器在渾厚感和低音層次感上得到的評(píng)價(jià)最低，5號(hào)揚(yáng)聲器在厚實(shí)度、力度感和低音豐滿度上得到的評(píng)價(jià)最低，這兩款揚(yáng)聲器在整體低音聽(tīng)感上得到評(píng)價(jià)也是最低的。從主觀評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，實(shí)驗(yàn)選取的小型揚(yáng)聲器的低音聽(tīng)感整體上并不能讓人滿意。

3.2主客觀參數(shù)相關(guān)性分析

參照聲系統(tǒng)設(shè)備的揚(yáng)聲器主要性能測(cè)試方法，以及南京大學(xué)劉紫贊對(duì)于小型揚(yáng)聲器感知音質(zhì)的研究分析，確定本次進(jìn)行測(cè)量的小型揚(yáng)聲器參數(shù)為：頻響特性、頻響平滑度、前沿瞬態(tài)特性以及后沿瞬態(tài)特性。

實(shí)驗(yàn)中所有小型揚(yáng)聲器的測(cè)量均在消聲室中進(jìn)行，測(cè)量傳聲器放置在距離小型揚(yáng)聲器0.5m的位置。首先測(cè)得小型揚(yáng)聲器的頻響曲線，如圖4所示，為1號(hào)揚(yáng)聲器的頻響特性曲線。

Olive使用了六個(gè)獨(dú)立變量來(lái)描述揚(yáng)聲器的客觀測(cè)量特征，其中與揚(yáng)聲器頻響曲線關(guān)系較為密切的特征參數(shù)為頻響平滑度SM（Smoothness），其定義如下：

其中，n代表此回歸曲線模型中用到的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，X與Y分別代表回歸曲線模型中測(cè)得與估計(jì)的幅值，本次計(jì)算采用了低頻段100Hz至1000 Hz區(qū)間中等間隔的10個(gè)點(diǎn)。由此得到上述5只小型揚(yáng)聲器的頻響平滑度結(jié)果如圖5所示，并分析其與各項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相關(guān)性，如圖6所示。

通過(guò)上述分析結(jié)果可以得到，整體低音聽(tīng)感表現(xiàn)較好的1號(hào)、2號(hào)揚(yáng)聲器的頻響平滑度參數(shù)是要優(yōu)于其他揚(yáng)聲器的。平滑度參數(shù)最低的3號(hào)揚(yáng)聲器，其在厚實(shí)度、力度感上的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果都是較差的。另外，平滑度參數(shù)與各項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)參數(shù)之間均呈現(xiàn)出了一定的相關(guān)性，尤其是與厚實(shí)度的相關(guān)系數(shù)最大。

前沿瞬態(tài)特性和后沿瞬態(tài)特性可以通過(guò)猝發(fā)聲實(shí)驗(yàn)得到，猝發(fā)聲信號(hào)的長(zhǎng)度為20個(gè)周期的正弦信號(hào)，選取的猝發(fā)聲頻率為200 Hz、300Hz……1000Hz共9個(gè)。把測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)化為能量曲線，曲線開(kāi)始由0到達(dá)穩(wěn)態(tài)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間除以該頻率下20個(gè)周期正弦信號(hào)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為該頻率下的前沿瞬態(tài)時(shí)間；在曲線后部由穩(wěn)定階段開(kāi)始下降至衰減10dB所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為該頻率下的后沿瞬態(tài)時(shí)間。前沿瞬態(tài)時(shí)間和后沿瞬態(tài)時(shí)間分別用其各頻率瞬態(tài)時(shí)間之和表示，如表5所示。

利用上述瞬態(tài)特性測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合低音主觀聽(tīng)感評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)這5只小型揚(yáng)聲器進(jìn)行排序，并與渾厚感、厚實(shí)度、力度感、低音層次感、低音豐滿度和整體低音感知五項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，得到的結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯?，小型揚(yáng)聲器的前沿瞬態(tài)時(shí)間與其低音感知的各項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)參數(shù)相關(guān)性較大，尤其是與厚實(shí)度和渾厚感這兩項(xiàng)的相關(guān)系數(shù)較高，后沿瞬態(tài)時(shí)間和各項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)參數(shù)之間的相關(guān)性相對(duì)較弱。

4.小結(jié)

本文通過(guò)語(yǔ)義調(diào)查分析得到了渾厚感、厚實(shí)度和力度感等適合用來(lái)評(píng)價(jià)小型揚(yáng)聲器低音聽(tīng)感的主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)，并依據(jù)音源制作規(guī)范和主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)確定了適合用來(lái)進(jìn)行低音聽(tīng)感評(píng)價(jià)的音源素材。通過(guò)主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得出，實(shí)驗(yàn)選取的5只小型揚(yáng)聲器的低音聽(tīng)感整體上并不能讓人滿意，一定程度上也反映了現(xiàn)階段小型揚(yáng)聲器低音不足的現(xiàn)狀。通過(guò)主、客觀參數(shù)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：小型揚(yáng)聲器的前沿瞬態(tài)時(shí)間與其低音感知的各項(xiàng)主觀評(píng)價(jià)參數(shù)相關(guān)性較大，尤其是與厚實(shí)度和渾厚感這兩項(xiàng)的相關(guān)系數(shù)最高，頻響平滑度參數(shù)與厚實(shí)度的相關(guān)系數(shù)最大。上述的分析及測(cè)量為改善小型揚(yáng)聲器的低音放音效果提供了參考和依據(jù)。