吕剑乔 张建润

（东南大学 机械工程学院，江苏 南京211189）

冰箱作为家电领域重要的产品，其使用过程中产生的噪声一直是设计人员研究的重点之一，噪声特性的好坏直接影响消费者对于冰箱的选择。目前冰箱行业的噪声评价标准是A 计权声压级或者A 计权声功率级，针对冰箱噪声的研究也主要为降低其整机声功率，而在生产实际中发现，声功率相近的两种冰箱在消费者调查问卷中呈现出不一样的评价，因此A 计权声功率级这一传统的评价指标已经不能作为评价冰箱声学特性的唯一指标[1-3]。声品质作为近年来应用声学的研究热点，能够解决A 计权声功率在冰箱声学评价中的局限性问题。声品质的完整定义由Blauert[4-5]提出：“声品质是指在特定的技术目标或任务内涵中声音的适宜性。声品质定义中的‘声’并不是指声波这样一个物理事件，而是指人耳的听觉感知，‘品质’是指由人耳对声音事件的听觉感知过程，并最终做出的主观判断”。声品质的概念更强调人们对声音判断的主观性。

风冷式电冰箱声品质研究的意义就是从消费者的实际感觉出发，了解消费者对于冰箱产品的听觉感受，从而在设计阶段改善产品的声学特性，提高消费者满意度。

1 评价原理与测试系统

1.1 声品质客观评价原理

响度(loudness)表示声音的能量强度，响度的感觉主要是将被测声音和标准声音比较大小，在声音变化的过程中找到变化关系。心理声学中经常使用1kHz 的纯音来作为标准进行计量。总响度N是特征响度N（z）对临界频带的积分，即:

其中N(z)为在一个临界频带（Bark）内的特征响度，单位为soneGF/Bark。

根据与响度定义相似的临界频带定义法，将其他声品质特性加以定量描述。抖晃度是调制频率20Hz 以下的声音感受变化率，粗糙度是高频带下调制带来的声音感受变化率，声音频谱的包络结构形成的锐感为尖锐度。至此，冰箱的主要声品质参数与人听觉联系到一起。

1.2 测试系统

测试仪器：Head Acoustic 数字人工头、HEAD 声品质测量系统。

测试对象：某型号风冷式冰箱。

测试地点：满足ISO-3745 和GB-6682 的半消声室。

人工头的位置位于冰箱的前部面和后部面中间位置向外1000mm 处、人工头双耳传感器的高度为800mm，如图1 所示。

图1 Head Acoustic 数字人工头布置方案

2 声品质客观测试结果分析

Head recorder 采集了噪声信号以后，使用ArtemiS 对采集到的信号进行计算分析，可以得到冰箱声品质客观评价所使用的各项心理声学参量的测量值。测试结果如图2 所示，心理声学参量数值如表1 所示。

根据图表可知，在响度方面，2～4Bark 和8～9Bark 产生了最多的响度特征，相应频率范围为100Hz～400Hz 和840～1000Hz；再结合前面噪声测试结果可知，此范围内噪声主要有压缩机及配管结构声、冷凝器中冷却介质在管中的流致噪声、冷凝器用风扇和冷藏室冷冻室用风扇的气动噪声。而且左耳响度水平较大，因此风冷冰箱的噪声响度主要受压缩机的影响。

在尖锐度方面，在冰箱测试声音信号存在明显的刺耳成分，即存在尖锐度峰值，而且左耳尖锐度水平较大，在整个时域尺度上，左耳尖锐度曲线始终高于右耳尖锐度。根据前面测试结果可知，风冷冰箱左侧噪声主要来源于压缩机振动辐射噪声，且在高频范围内仅存在压缩机非线性激发出的噪声。因此，风冷冰箱的噪声尖锐度水平主要取决于左侧的压缩机，与理论相符合。

在粗糙度方面，对该风冷冰箱粗糙度值贡献较大的噪声频带集 中 5～9Bark 峰 值 频 率 位 于 7.5～9Bark， 对 应 频 率 为700Hz～1080Hz。主要噪声源是压缩机振动、冷凝器内部流致噪声和风扇气动噪声。

临界频带为2～5Bark 的噪声极大影响了冰箱整机噪声抖晃度，峰值频率位于2～3Bark，相应范围为150Hz～250Hz。根据前面测试结果可知，该范围内噪声主要有压缩机及其电容噪声、冷凝器工作噪声以及风冷系统的气动噪声。同时发现，在峰值临界频带处左耳抖晃度高于右耳的抖晃度，因此风冷冰箱噪声的抖晃度受左侧压缩机噪声影响更多。

图2 冰箱噪声信号的评价参数

表1 左右两耳心理声学参量数值大小

表2 男性（18～60 岁）立姿眼高

冰箱声品质测试分析有助于声学设计人员进一步定位噪声改善位置，以便于声品质的改善。

3 采样点位置选取方法分析

在目前的声品质试验中，采样点往往都以声强测试为样本进行选择，这种选取方式不符合声品质的评价特点——按照使用者的使用情景进行评价，因此确定采样点的位置是声品质评价设计的重要内容。在汽车领域，采集车内噪声样本时，通常是在驾驶员靠近窗户一侧位置放置传声器来测量耳朵响应，也可使用模拟人工头声学测量系统，其分辨率非常高，记录的声音基本接近驾驶员在座位处听到的声音。

冰箱在使用过程中，使用者的位置随使用情况的变化而变化，在不同位置的声学感受也随之变化。因此，冰箱声品质样本的采样点选择需要根据具体情况而定。而采样点位置的选择，依据人机工程学的原理，根据《GB 10000-1988 中国成年人人体尺寸》中所给出的数据，通过不同使用情况下的人体尺寸来确定采样点与冰箱的距离。

冰箱按使用过程可分为以下几种情况：

（1）站姿面对冰箱正面，冰箱门由关闭到打开。这种情况对应于冰箱开门过程；

（2）站姿面对冰箱正面，冰箱门常开。对应于冰箱门开的使用过程；

（3）站姿面对冰箱正面，冰箱门由打开到关闭。对应于冰箱关门过程；

（4）站姿面对/侧对冰箱正面，冰箱门常闭。对应于远离冰箱站姿；

（5）坐姿且方位不限，冰箱门常闭。对应于远离冰箱坐姿。

GB 10000-1988 中国成年人人体尺寸中给出了不同人体部位高度尺寸，由于眼部和耳部的高度基本相同，故采用眼高尺寸作为采样点高度尺寸，具体如表2 所示[6]。

由于性别差异，男性和女性在立姿眼高和坐姿眼高方面存在不同，立姿眼高最大差值约为100mm，坐姿眼高最大差值约为50mm。由于个体差异，不同人的立姿眼高和坐姿眼高均不同，最大值与最小值差值约为250mm。

根据以上差异，针对如何选取采样点高度有以下方法：

（1）选择系列高度作为采样高度进行采样。在主观评价过程中，根据被调查者的身高，选取不同身高区间的采样数据进行评价。

（2）通过预先的主观评价试验，排除最大差值对于主观评价结果的影响，从而选择高度的中位数作为采样点高度。

同理，采样点距离冰箱面的距离可通过臂长来确定，由臂长确定的采样点位置是符合冰箱的声学使用情景的，在上述位置进行测量，能准确反映出使用者的主观感受。

4 结论

本文以某型号冰箱压缩机室为研究对象，将声品质理论和冰箱声学问题相结合，对冰箱进行了声品质测试，得到了该型号冰箱声品质的特性。试验主要得到以下结论：

4.1 风冷冰箱的噪声响度主要受压缩机的影响；

4.2 噪声尖锐度水平主要取决于左侧的压缩机；

4.3 粗糙度主要取决于压缩机结构声、冷凝器噪声及风扇旋转噪声倍频；

4.4 抖晃度主要受压缩机影响。

在测量了冰箱的声品质客观参量的同时，提出了一种基于人机工程学的新的采样点选取方法，以期更符合冰箱的实际声学使用环境，从而更加贴近听者的主观感受。

综上所述，冰箱将来的声品质提升措施应主要集中在压缩机的声品质优化。试验设计方法和测试分析方法可有效指导将来的声品质优化工作，有着独特的应用价值。