前文回顧：AP應(yīng)用文檔——提升揚(yáng)聲器異音檢測標(biāo)準(zhǔn)（二）

異音響度結(jié)果

上文討論的異音檢測方法存在一個(gè)問題：即，雖然這些方法擅長辨別良品和不良品之間的差異，但是并不能說明這些異音由真人聽上去的大小。例如，圖10.顯示了針對(duì)一臺(tái) 4-?英寸（114 mm）喇叭單元兩份樣品所得出的異音峰值系數(shù)（Crest Factor）和異音峰比率（Peak Ratio）。相比樣品 LS4-30，在 80至 180 Hz音頻范圍內(nèi)，樣品 LS4-28的峰值系數(shù)和峰比率明顯較高，表明存在潛在的異音缺陷。然而，兩份樣品均無可聽見的異音。那么，我們是應(yīng)該不讓樣品通過，而承擔(dān)報(bào)廢或返工費(fèi)用；還是應(yīng)該讓樣品通過，但冒著客戶對(duì)缺陷產(chǎn)品不滿而退貨的風(fēng)險(xiǎn)？這并非容易的選擇。

圖 10.在一臺(tái) 4-?英寸喇叭單元兩份樣品所測得的異音峰值系數(shù)（左）和峰比率（右）：兩份樣品均無可聽見的異音。

2021 年，APx500 軟件中新增了異音響度（Rub and Buzz Loudness）這一測量結(jié)果。目的在于提供一項(xiàng)異音度量值，用于表明設(shè)備向普通聽眾發(fā)出的異音噪聲的可感知響度。

響度和方響度量級(jí)

響度是一種心理聲學(xué)度量值，用于表明人們對(duì)聲音強(qiáng)度或大小的主觀印象。響度取決于多個(gè)因素，包括頻率、聲壓級(jí)、波形類型（純音、噪聲、音樂等）以及聲音持續(xù)時(shí)間。作為一家音頻和聲學(xué)測試和測量公司，我們致力于生產(chǎn)具有高度線性的分析儀和傳聲器，并確保這些產(chǎn)品在可聽見頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻率響應(yīng)曲線。然而，隨著頻率和聲壓級(jí)（SPL）顯著變化，人們對(duì)響度的感知不盡相同。

圖11.是根據(jù) ISO 226標(biāo)準(zhǔn)改編的純音等響度輪廓圖。這些聲壓級(jí)與頻率曲線是多年研究的成果，研究人員讓受試者先傾聽某個(gè)參考頻率（1 kHz）的純音，然后再傾聽 20 Hz至 20 kHz之間不同頻率的純音。在響度聽力測試中，聽者根據(jù)指示調(diào)整每個(gè)頻率的音調(diào)，直至聽到與 1 kHz 頻率具有相同響度的聲音。如圖所示，感知的響度隨頻率和電平變化而顯著變化。每條曲線均分配至一個(gè)響度量級(jí)（單位為“方”，通常發(fā)音為“fang”），對(duì)應(yīng)于在 1 kHz參考頻率下所測得的聲壓級(jí)。例如，在 1 kHZ頻率下，40 方曲線的聲壓級(jí)為 40 dBSPL；在20 Hz 頻率下，聲壓級(jí)為 100 dBSPL；在 10 kHz 頻率下，聲壓級(jí)為 55 dBSPL。這表明，人們從聲壓級(jí)為 100 dBSPL 時(shí) 20 Hz 純音中所感知的響度與在聲壓級(jí)為 40 dBSPL 時(shí) 1 kHz 純音中所感知的響度或聲壓級(jí)為 55 dBSPL 時(shí) 10 kHz 純音中所感知的響度相同。試驗(yàn)還得出這樣的結(jié)論：當(dāng)響度翻倍或減半時(shí)，感知的響度分別增加或減少 10 方。響度為 0 方的曲線表示人類的聽覺閾值。

圖11.純音等響度輪廓（改編自ISO 226:2003）。

方響度量級(jí)的關(guān)鍵屬性在于：它可用于量化任一頻率下的聲音響度；例如，響度為 50 方的聲音是響度為 40 方的聲音的兩倍，即，響度是聲壓級(jí)為 40 dBSPL 時(shí) 1 kHz 純音的兩倍。

APx 異音響度（Rub and Buzz Loudness）算法將現(xiàn)代響度模型應(yīng)用于異音檢測問題中。響度模型可用于觀察受試設(shè)備響應(yīng)和在設(shè)備上施加的激勵(lì)之間的差異，并考慮了以下因素：

人耳頻率加權(quán)

模擬聽覺頻率分辨率的聽覺濾波器頻帶

由血液流動(dòng)引起的內(nèi)耳噪聲產(chǎn)生的聲音掩蔽

人類聽覺頻率掩蔽

受試設(shè)備響應(yīng)諧波失真

該算法采用針對(duì)振幅和頻率含量相對(duì)恒定的聲音的穩(wěn)態(tài)響度模型。為此，異音響度結(jié)果只有在使用快速掃頻（Fast Sweep）激勵(lì)時(shí)方才有用，因?yàn)閷?duì)每個(gè)頻率步進(jìn)上花費(fèi)的時(shí)間分量而言，響應(yīng)可視為恒定。

圖12.顯示了從一臺(tái)小型全音域揚(yáng)聲器的四份樣品中測得的異音響度結(jié)果——其中一份樣品不存在缺陷（對(duì)照樣品），而其他三份樣品具有以下缺陷（按照嚴(yán)重程度排列）：

一份樣品在間隙中具有松散顆粒。

一份樣品的音圈可能撞擊背板，導(dǎo)致嚴(yán)重嗡嗡聲（背板干擾）。

一份樣品的部分懸邊與外殼分離（松散懸邊）。

在 20 Hz至 20 kHz頻率下，采用 APx 快速掃頻激勵(lì)測試四份樣品，其中掃頻時(shí)間為15秒，輸入電平為 2.83 Vrms（1 瓦 8 歐姆）。所采用的頻率步進(jìn)為 ISO R80系列（1/24倍頻）。在所有測試中，麥克風(fēng)均位于靠近防塵蓋的軸上，以便最大限度提高測量的信噪比。圖13.顯示四臺(tái)揚(yáng)聲器的均方根水平Vs頻率。

圖12.在小型全音域揚(yáng)聲器上測得的4份樣品的異音響度

圖13. 圖12所示的4份揚(yáng)聲器樣品的電平響應(yīng)。

在這些樣品（圖12.）的異音響度（Rub and Buzz Loudness）圖中，有兩個(gè)方面值得注意：

在所有頻率上，對(duì)照樣品的異音響度曲線均為零方或接近零方（最大值約為 4 方）。此外，測試時(shí)，該樣品上并無任何可聽見的異音成分。

在剩余樣品中，異音響度結(jié)果似乎均與聽者在房間內(nèi)感知到的響度一致：當(dāng)掃頻通過 200 至 500 Hz范圍時(shí)，從松散顆粒缺陷樣品中可聽到輕微的嗡嗡聲；當(dāng)掃頻通過 150 至 250 Hz范圍時(shí)，從背板干擾缺陷樣品中可聽到更大的嗡嗡聲；從松散懸邊缺陷樣品中聽到極大的嗡嗡聲，特別是當(dāng)掃頻過渡至 500 Hz至 1.5 kHz范圍時(shí)。

在 20 Hz至 20 kHz的頻率范圍內(nèi)，從這四份樣品測得的異音響度近似最大值如表1.所示。

表1.樣品在20Hz至20kHz頻率范圍內(nèi)測得的最大異音響度

就絕對(duì)電平而言，121 方的異音響度似乎值得懷疑。根據(jù)方響度度量定義，這表示異音噪聲響度可能聽起來與聲壓級(jí)為 121 dBSPL時(shí) 1 kHz純音的響度一樣大——接近于疼痛閾值！即便是考慮到麥克風(fēng)離揚(yáng)聲器極近（僅數(shù)毫米遠(yuǎn)），但該數(shù)值甚至高于實(shí)測的基波信號(hào)（100 至 110 dBSPL）。嗡嗡聲是否會(huì)比主掃頻正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器時(shí)發(fā)出的聲音更大？當(dāng)考慮人類感知時(shí)，這是有可能的。無論如何，重要的是，通過使用響度模型，我們可量化實(shí)測異音結(jié)果的相對(duì)響度。例如，根據(jù)“響度級(jí)每增10方，響度增加一倍”的規(guī)律，與背板撞擊缺陷樣品（91 方）相比，來自松散懸邊缺陷樣品（121 方）的嗡嗡聲可能聽起來約有八倍 (2(121?91）/10=23=8) 的響度。

基于響度模型，異音響度結(jié)果相比異音度量具有以下優(yōu)勢(shì)：

一旦測量經(jīng)過正確配置，在所有頻率下，如果樣品具有幾方或更低的異音響度量級(jí)，您都有理由相信其不具備可聽見的異音缺陷。

這就提供了一種可用于確定異音缺陷相對(duì)可感知的響度的測量方法，例如樣品 A 的響度是樣品 B 響度的 X 倍。

此外，設(shè)置通過/不通過限值的難度也大大降低。在異音響度圖上，典型的極限曲線在響度（單位為方）固定時(shí)為一條平坦的線（例如，在上文所示結(jié)果中，如果響度限值視為 30方，那么，松散顆粒缺陷樣品將通過測試；而對(duì)于異音噪聲響度為兩倍或以上的樣品，將不允許通過）。相比之下，其他異音度量方式不僅需要測量和分析大量樣品，以決定異音度量值的顯著水平，而且還需要建立在特定頻率范圍內(nèi)偏離實(shí)測曲線的復(fù)雜極限曲線。

結(jié)論

檢測揚(yáng)聲器和聲學(xué)產(chǎn)品成品中的異音缺陷并非易事。根據(jù)受試設(shè)備的不同，某些方法可能更為有效。如今，APx500 軟件提供四種不同的異音檢測結(jié)果，我們鼓勵(lì)用戶全部嘗試一遍。這相對(duì)簡單，因?yàn)樗兴姆N結(jié)果均可從同一測量環(huán)境中獲取。例如，在揚(yáng)聲器生產(chǎn)測試測量中，當(dāng)選擇對(duì)數(shù)（Chirp）激勵(lì)時(shí)，可采用 APx 原始異音結(jié)果和 SoneTrac 異音結(jié)果。僅需改變?yōu)榭焖賿哳l（Fast Sweep）的激勵(lì)方式，您可在相同的頻率范圍和幅度設(shè)置下測量高次諧波失真和異音響度，并比較四種異音結(jié)果，從而決定哪種更適合您的應(yīng)用。