[论文解读] Assessment of a cost-effective headphone calibration procedure for soundscape evaluations

Bhan Lam, Kenneth Ooi+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2022

Noise Effects and Management被引用 4

一句话总结

本研究评估了一种低成本开路电压（OCV）耳机校准方法在声景研究中的应用，将其与头体模拟器（HATS）标准方法进行比较。尽管OCV在A计权声压级（SPL）、响度及5%/10%超过阈值粗糙度方面表现出显著偏差，但仅有约20%的声刺激表现出可感知差异，表明尽管客观偏差不一致，校准方法仍可能影响情感质量评分。

ABSTRACT

To increase the availability and adoption of the soundscape standard, a low-cost calibration procedure for reproduction of audio stimuli over headphones was proposed as part of the global ``Soundscape Attributes Translation Project'' (SATP) for validating ISO/TS~12913-2:2018 perceived affective quality (PAQ) attribute translations. A previous preliminary study revealed significant deviations from the intended equivalent continuous A-weighted sound pressure levels ($L_{ ext{A,eq}}$) using the open-circuit voltage (OCV) calibration procedure. For a more holistic human-centric perspective, the OCV method is further investigated here in terms of psychoacoustic parameters, including relevant exceedance levels to account for temporal effects on the same 27 stimuli from the SATP. Moreover, a within-subjects experiment with 36 participants was conducted to examine the effects of OCV calibration on the PAQ attributes in ISO/TS~12913-2:2018. Bland-Altman analysis of the objective indicators revealed large biases in the OCV method across all weighted sound level and loudness indicators; and roughness indicators at \SI{5}{\%} and \SI{10}{\%} exceedance levels. Significant perceptual differences due to the OCV method were observed in about \SI{20}{\%} of the stimuli, which did not correspond clearly with the biased acoustic indicators. A cautioned interpretation of the objective and perceptual differences due to small and unpaired samples nevertheless provide grounds for further investigation.

研究动机与目标

• 评估一种低成本OCV校准程序在基于耳机的声景评估中可行性与准确性的目标。
• 比较OCV校准与基于HATS的金标准校准在客观声学指标和感知反应方面的表现。
• 调查OCV校准是否在ISO/TS 12913-2:2018中定义的情感质量属性方面引入显著的感知差异。
• 评估校准方法对27种标准化刺激中响度、粗糙度和音调等心理声学参数的影响。
• 确定OCV校准与HATS校准在客观声学偏差（如SPL或响度）是否与感知情感质量（PAQ）属性的差异相关。

提出的方法

• 采用被试内设计的听音实验，共36名参与者，比较OCV与HATS校准方法在27种标准化声景刺激中的表现。
• 使用Bland-Altman分析量化OCV与HATS在客观声学指标（包括A计权和C计权等效声压级L_A,eq和L_C,eq、响度、粗糙度（R5, R10）、尖锐度、音调及起伏感）上的偏差与一致性界限。
• 采用最优合并t检验（OPTT）处理因参与者退出导致的部分配对数据，并对216对刺激-属性的多重比较进行Bonferroni校正。
• 使用语义差异量表测量八项情感质量属性（如平静感、愉悦感）的感知差异。
• 计算每对刺激-属性的均值差异与显著性水平，并以调整p值的热图形式可视化结果。
• 以现场录音作为参考基线，评估与真实世界声级的偏差程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 OCV与HATS校准方法在L_A,eq、响度及粗糙度（R5, R10）等客观声学指标方面如何比较？
• RQ2 经OCV与HATS校准的刺激在情感质量属性（PAQ）方面是否存在显著感知差异？
• RQ3 HATS校准下客观声学偏差（如SPL或响度）是否与PAQ属性的感知差异相关？
• RQ4 未配对样本及从英语到马来语的翻译效应在多大程度上影响感知差异的解释？
• RQ5 哪些刺激在OCV与HATS校准之间表现出最显著的感知差异？这些差异是否与特定声学指标相关？

主要发现

• OCV校准在A计权等效声压级（L_A,eq）方面表现出显著偏差，与HATS相比平均偏差达3.2 dB，表明与目标声级存在显著偏离。
• 响度指标表现出显著偏差，OCV与HATS之间平均差异达1.8 sone，表明OCV高估了感知响度。
• 5%与10%超过阈值的粗糙度指标偏差为0.02 asper，是其他粗糙度度量的两倍，其中W09在OCV与HATS比较中为异常值，CT308在HATS中为异常值。
• 在20%的刺激（5/27）中观察到显著感知差异，主要体现在平静感与愉悦感方面，CG07、E12b、CT308、E05与E10在PAQ属性上表现出显著差异。
• 在L_A,eq、L_C,eq与响度方面客观偏差最大的刺激（如W09、OS01d）并未一致表现出感知差异，表明声学指标之间存在复杂的交互作用。
• 在尖锐度、音调或起伏感方面未发现OCV与HATS之间存在显著偏差或异常值，表明这些心理声学参数具有一致性。