Het oor wil ook wel wat
"The most beautiful sound in the world is silence."
- R.S. Hichens
Maar, om de contradictio in terminis verder te zetten: is stilte ook het meest aangename geluid? Bestaat ’s werelds meest aangename geluid überhaupt wel? Op beide voorgaande vragen kan negatief geantwoord worden; zo simpel zit de zaak niet in elkaar. Een geluid wordt als aangenaam ervaren in functie van het object dat het geluid voortbrengt. Omdat dit een factor is die bepalend kan zijn voor de verkoopbaarheid van het product in kwestie, wordt er in de industrie intensief op gewerkt. De Sound Quality van een product wordt onderzocht en verbeterd teneinde zijn geluid van storend naar aangenaam te brengen, zonder de associatie ervan met het product te verliezen. Het geluid van een product geeft namelijk informatie over het functioneren ervan als een deel van de communicatie tussen het product en zijn gebruiker.
Bij het industrieel ontwerp van producten kunnen drie doelen onderscheiden worden. Het eerste is functionalisme, wat draait rond het bedenken van het product en maken dat het werkt. Het tweede, esthetiek, gaat over de vorm en verschijning van een product en het derde, ergonomie, houdt de communicatie met en de relatie tussen het product en zijn gebruiker in. De drie doelen worden chronologisch in rekening gebracht bij de evolutie van het ontwerp van een product omdat de markt de eisen eveneens chronologisch hoger legt. Typevoorbeeld hierbij is de wagen. Het wordt voor de automobielconstructeurs alsmaar moeilijker zich als merk te differentiëren van de concurrentie. Tegenwoordig rijden namelijk alle wagens goed en zien ze er alle degelijk uit. Het verschil moet gemaakt worden in het derde ontwerpdoel. Het geluid van het product is daar een onderdeel van. Het hoeft dan ook niet te verwonderen dat de automobielindustrie de eerste was die Sound Quality testen deed en dit op wagenportieren. Een blikken geluid bij het dichtslaan ervan roept negatieve associaties op bij de gebruiker. Dat is dodelijk in de showroom, waar de wagenkeuze van dergelijke ogenschijnlijke details afhangt.
Product Sound Quality evaluatie is dan ook het sterkst ingeburgerd in de transportmiddelensector (automobiel, motorfiets, trein, vliegtuig, helikopter), in het ontwerpproces van huishoudtoestellen (wasmachines, mixers, stofzuigers, koelkasten…) en in kantoorapparatuur (airco, computer, printer…). Ook ontwerpers van onderdelen van bovenstaande producten moeten met het aspect van Sound Quality rekening houden. Het Sound Quality onderzoeksdomein zelf is opgebouwd uit de disciplines trillingen, akoestiek, fysiologie, psychologie, musicologie, communicatieleer en signaalverwerking.
De ergerlijkheid en aangenaamheid van een geluid zijn twee objectief haast onmogelijk meetbare beoordelingscriteria. Net als bij de andere zintuigen verschillen ook op auditief vlak smaken van mens tot mens en van tijd tot tijd. Dit stelt een productontwerper voor enorme uitdagingen, met als risico een onverkoopbaar product. Aan de andere kant is er –bij bestaande producten– altijd een verwachtingspatroon wat het geluid betreft, denk bv. aan Harley-Davidson, dat zijn karakteristieke uitlaatgeluid als troef uitspeelt en er bij het ontwikkelen van een nieuw motormodel over waakt dat dit geenszins verandert. Prototypes van wagens waarbij de bestuurder geen enkel geluid waarneemt, worden niet gecommercialiseerd omdat zaken als de staat van de weg en de rijsnelheid ook auditief ingeschat worden. Het summum is hier, in tegenstelling tot de boodschap van het citaat bovenaan, niet de absolute stilte, maar een goede Sound Quality.
Aangezien Sound Quality niet met een klassieke decibelmeter te meten valt, moet geluid op een andere manier beoordeeld en gewaardeerd worden. Daarbij kan een panel van luisteraars ingeschakeld worden (subjectieve evaluatie) of kan er beroep gedaan worden op computerberekeningen (objectieve evaluatie). Beiden hebben hun voor- en nadelen maar worden complementair aangewend. Enkel als de objectieve berekeningen resultaten gelijkaardig aan de (gemiddelde) menselijke waarderingen geven, kunnen ze deze vervangen. De berekeningen op een geluid gebeuren door verschillende parameters van dat geluid te waarderen.
Die parameters zijn ontwikkeld in de wetenschappelijke discipline genaamd psychoakoestiek. What you hear, is namelijk niet altijd what you get. Een psychoakoesticus tracht dan ook vast te leggen wat het auditief systeem, dat is het oor samen met een stukje van de hersenen, van (combinaties van) inkomende geluidssignalen overhoudt. Op basis van die waarnemingen kunnen verscheidene psychoakoestische parameters onderscheiden worden. De belangrijkste is luidheid, niet te verwarren met geluidssterkte. Ook relevant voor sound quality evaluatie is scherpte, een parameter die aangeeft hoe schril een geluid is. Verder zijn er ook nog fluctuatiesterkte en ruwheid, waarbij eerstgenoemde de mate kwantificeert waarin een geluid fluctueert (zoals een alarmsirene). Ruwheid vindt zijn oorsprong in de beschrijving van motorgeluid. Een laatste interessante parameter is tonaalheid. Daarmee kunnen eventueel aanwezige zuivere tonen in het geluid aangewezen worden.
Voor een grondige Sound Quality analyse van een bepaald product schieten bovenstaande psychoakoestische parameters echter tekort. Er worden best nieuwe, productspecifieke parameters ontwikkeld. Zo gebruikt men parameters als gedreun, gejauw en gekletter voor de waardering van uitlaatgeluid.
Om die, zowel psychoakoestische als productspecifieke, parameters te berekenen is gespecialiseerde software voorhanden. Meerdere fabrikanten hebben een Sound Quality programma op de markt. Deze analyseren een geluidssignaal en berekenen de waarden van de psychoakoestische en eventueel productspecifieke parameters. De hoge aankoopprijs van dergelijke hoogtechnologische software moedigt echter aan om een eigen poging tot ontwikkeling van een automatische berekening van de psychoakoestische parameters te ondernemen. De implementaties van de wiskundige formules in een eigen programma gebeurde met behulp van Matlab, dat over een specifieke technisch georiënteerde programmeertaal beschikt. Die implementatie ligt echter niet voor de hand omdat gespecialiseerde softwarepakketten verschillende berekeningswijzen hanteren en karig zijn met informatie over de niet-gestandaardiseerde formules. De opzet is dan ook maar deels geslaagd. Niettemin stelt het Sound Quality Evaluation Program, kortweg SQEP, de gebruiker in staat een partiële Sound Quality analyse uit te voeren. Getuige daarvan zijn testen op een dampkap en verschillende types ventilatoren.
Weinig mensen hebben weet van het bestaan van Product Sound Quality evaluaties en kunnen haast niet geloven dat op dergelijke zogenaamde futiliteiten zo intens onderzoek gevoerd wordt. Het belang van Sound Quality evaluatie zal echter enkel nog toenemen; geen enkele producent van consumentenapparatuur kan deze uitdaging dan ook ongestraft links laten liggen.
Bibliografie
Hoofdstuk 1: Inleiding
[1] eMercedesBenz Inc, The New Mercedes C-Class: Superlative Ride Comfort Based On Digital Prototypes. 01/04/08. http://www.emercedesbenz.com/Jan07/09_The_New_Mercedes_C_Class_Superlat…
[2] Gade S., ‘What is Sound Quality?’. Brüel & Kjær Magazine, 1 (2007), 20-23.
[3] Pierson R., Bosmoski A., ‘Harley-Davidson’s 100th anniversary – the sound of a legend’. Sound and Vibration (maart 2003). http://findarticles.com/p/articles/mi_qa4075/is_200303/ai_n9223788/pg_1
[4] LMS International, ‘Harley-Davidson: The Sound of a Legend’. LMS News 17-3 (2002) 8-10.
Hoofdstuk 2: Akoestiek en psychoakoestiek
[5] Bohn D., Rane Corporation, Pro Audio Reference. 01/04/08. http://www.rane.com/digi-dic.html
[6] Brüel & Kjær, “Basic Concepts of Sound” Brüel & Kjær Lecture Note BA 7666-11. 1998
[7] Brüel & Kjær, “Basic Frequency Analysis of Sound” Brüel & Kjær Lecture Note BA 7669-11. 1998
[8] Greisbach R (Institut für Phonetik), Skalierung der Empfindungen. 31/03/08. http://phonetik.sprachsignale.de/grundlagen/aud18.html
[9] Hill D., A Conceptionary for Speech & Hearing in the Context of Machines and Experimentation. 01/04/08. http://pages.cpsc.ucalgary.ca/~hill/papers/conc/index.htm
[10] Hogeschool Gent, Milieuverontreiniging en –technologie “Geluid”, Gent: Hogeschool Gent.
[11] Intec, Cursus Geluidshinder. Gent: Universiteit Gent
[12] Jensen J., Virtual Pitch Algorithm of Terhardt. 13/12/07. http://home.austin.rr.com/jmjensen/VirtualPitch.html.
[13] Karjalainen M., Communication Acoustics. Finland: HUT Acoustics Laboratory, 2007
[14] Lichtblau C., ‘Tonhöhenwahrnehmung’, In: Universität Ulm, Seminar Sehen und Hören. Duitsland: Universität Ulm, 2004.
[15] LMS International, ‘Acoustics and Sound Quality’. The LMS Theory and Background Book. Leuven: LMS, 2000.
[16] Nave R., HyperPhysics Concepts: Sound and Hearing. 01/04/08.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/soucon.html
[17] Nederlandse Vereniging voor Audiologie, Nederlands Leerboek Audiologie. 31/03/08. http://www.audiologieboek.nl/niveau2/indexniv2.htm
[18] Smith III J. & Abel J., Equivalent Rectangular Bandwidth. 09/04/08. http://ccrma.stanford.edu/~jos/bbt/Equivalent_Rectangular_Bandwidth.html
[19] Terhardt E., Topics of Research. 13/12/07. http://www.mmk.ei.tum.de/persons/ter.html.
[20] Traunmüller H., Conversion between Hz, semitones, bark, ERB, etc. 31/03/08. http://www.ling.su.se/staff/hartmut/umrechnung.htm
[21] Vanslambrouck B., Trillingen en Geluid. Kortrijk: Hogeschool West-Vlaanderen, 2007
[22] Zwicker E. & Fastl H., Psychoacoustics, Facts and Models, third edition. Berlin: Springer, 2007
Hoofdstuk 3: Sound Quality parameters
Luidheid
[23] Sengpiel E., Tontechnik-Rechner. 01/04/08. http://www.sengpielaudio.com/calculatorSonephon.htm
[24] Wolfe J., University New South Wales, Equal loudness contours and audiometry – Test your own hearing. 01/04/08. http://www.phys.unsw.edu.au/jw/hearing.html
[25] Järveläinen H. et al., ‘Noise annoyance study in the cab of mobile work machines’, Finland: Helsinki University of Technology.
[26] International Organization for Standardization, Acoustics – Vol.1, second edition. Genève: ISO, 1995
[27] Nilsson M.E., ‘A-weighted sound pressure level as an indicator of short-term loudness or annoyance of road-traffic sound’. Journal of Sound and Vibration, 302 (2007), 197-207.
Ruwheid
[28] Pressnitzer D., McAdams S., ‘Influence of Phase Effects on Roughness Modelling’. ICMC: International Computer Music Conference, Thessaloniki, Griekenland, 1997. http://mediatheque.ircam.fr/articles/textes/Pressnitzer97a/
[29] Terhardt E. Auditory Roughness. 31/03/08.
http://www.mmk.e-technik.tu-muenchen.de/persons/ter/top/roughness.html
[30] Hoeldrich R., ‘An Optimized Model for the Objective Assessment of Roughness Sensations in Vehicle Noise’, Sound Engineering Conference, Graz, 1999.
[31] Hoeldrich R., M. Pflueger, ‘A Parameterized Model of Psychoacoustical Roughness for Objective Vehicle Noise Quality Evaluation’, Graz: Joanneum Research Forschungs, 1998.
[32] Vassilakis P., SRA: An online research tool for spectral and roughness analysis of sound signals. DePaul University Chicago, USA: MERLOT (2007).
Tonaalheid
[33] Buss S., Weber R., ‘Perception of tonalness of tyre/road noise and objective correlates’. The 33rd International Congress and Exposition on Noise Control Engineering, 2004.
[34] Hastings A. et al., ‘Measurement of the attributes of complex tonal components commonly found in product sound’. Noise Control Engineering Journal, 51 (4), 195-209.
[35] Patsouras C., Fastl H. et al., ‘Psychoacoustic evaluation of tonal components in view of sound quality design for high-speed train interior noise’. Acoustic Science & Technology, 23 (2002) 113-116.
[36] Püschel D., ‘Beurteilung und interaktive Filterung von Tonalität und Modulationen’. Lärmbekämpfung Bd.2, 4 (2007), 149-154.
[37] Vormann M. et al., ‘A new approach for the evaluation of tonal noise (tonality)’, World Scientific, 2002, 1-5
[38] Vormann M. et al., Subjective Rating of Tonal Components in Noise with an Adaptive Procedure.
Pleasantness & Annoyance
[39] Västfjäll D. et al., ‘Affective evaluations of and reactions to exterior and interior vehicle auditory quality’. Journal of Sound and Vibration, 255 (2002), 501-518.
Productspecifieke parameters
[40] Dedene L., Integration of sound quality in the design process of exhaust systems, Ph.D. thesis, Brussel: Vrije Universiteit Brussel, 2001.
[41] Hashimoto T., ‘Sound quality approach on vehicle interior and exterior noise
–Quantification of frequency related attributes and impulsiveness-‘. Journal of the Acoustical Society of Japan 21, 6 (2000) 337-340.
[42] Kuwano S., Fastl H. et al., ‘Quality of door sounds of passenger cars’. Acoustic Science & Technology 27-5 (2006), 309-312.
[43] Lee S.-K., ‘Objective evaluation of interior sound quality in passenger cars during acceleration’. Journal of Sound and Vibration (2007).
[44] Lyon R.H., ‘Product Sound Quality – from Perception to Design’, Sound and Vibration, 2003, 18-22.
Hoofdstuk 4: Beoordeling van Sound Quality
Menselijke perceptie
[45] Bodden M., Perceptual Sound Quality Evaluation.
[46] De Baene W., A. Vandierendonck et.al., Roughness perception of amplitude modulated tones is context dependent. Gent, Universiteit Gent, 2003
[47] Nordtest, ‘Acoustics: Human sound perception – measurement positions for measurement of loudness’, Finland: Nordtest.
[48] Piker G., Evaluation of product sound design within the context of emotion design and emotional branding, Master’s thesis, Izmir: Izmir Institute of Technology, 2005
Meetuitrusting
[49] Core Sound LLC, Core Sound Binaural microphone set. 31/03/08.
http://www.core-sound.com/mics/1.php
[50] Microphone Madness Inc, Cardioid Stereo Microphones. 31/03/08. http://www.microphonemadness.com/products/mmhigsencars.htm
[51] Roberts J.R. et al., ‘Evaluation of impact sound on the ‘feel’ of a golf shot’. Journal of Sound and Vibration, 287 (2005), 651-666.
[52] Bodden M., ‘Instrumentation for Sound Quality Evaluation’, Acta Acustica 83, (1997), 775-783.
[53] Brüel & Kjær, Product Data Sound Quality Head and Torso Simulator – Types 4100 and 4100D, 2001.
[54] Jiang L., Macioce P., Sound Quality for Hard Drive Applications.
[55] Hassall J.R., K. Zaveri, Acoustic Noise Measurements, fifth edition. Denemarken: Brüel & Kjær, 1988.
Testjury
[56] Brüel & Kjær, Product Data I-deas Jury Evaluation Software. 2006.
[57] Edwards B., Psychoacoustic testing of modulated blade spacing for main rotors. NASA, 2002.
[58] Hardy A.E.J., ‘Measurement and assessment of noise within passenger trains’. Journal of Sound and Vibration 231 (2000), 819-829.
[59] Head Acoustics, Jury Testing and Listening Rooms. 13/12/07. http://www.headacoustics.com/sound_vibes/products/jury_testing.html
[60] Otto N., S. Amman et al., ‘Guidelines for Jury Evaluations of Automotive Sounds’. In: Sound & Vibration, (2001), pp.1-14.
Software
[61] 01dB-Metravib, dBSonic: Sound Analysis made easy!
[62] 01dB-Metravib, Product Data: dBSonic. Sound Quality. Checking and Improving, 2006.
[63] Akustik Technologie Göttingen, Si++ Workbench. 2007.
[64] Brüel & Kjær, Pulse Sound Quality Software – Type 7698. 2005.
[65] Head Acoustics, Produkte – Artemis Analyse-Software. 13/12/07. http://www.head-acoustics.de/2s-und-v/artemis/P-arte-d.htm.
[66] LMS International, LMS Sound Quality Engineering. An Objective Solution to a Subjective Problem.
[67] Müller-BBM, PAK. 2005.
[68] ViAcoustics, Nelson Acoustics Sound Quality Analyzer. 13/12/07. http://www.viacoustics.com/naesqtools.html.
Toepassingen
- Behandeld
[69] Ferguson S., Cabrera D. et al., ‘Using Psychoacoustical models for information sonification’. Proceedings of the 12th International Conference on Auditory Display, 2006, 113-120.
[70] Persson Waye K. & Öhrström E., ‘Psycho-acoustic characters of relevance for annoyance of wind turbine noise’. Journal of Sound and Vibration 250 (2002) 65-73.
[71] Nor MJM et al., Index for vehicle acoustical comfort inside a passenger car, Applied Acoustics (2007), 1-11.
[72] Jeon J.Y., J. You et.al., ‘Sound radiation and sound quality characteristics of refrigerator noise in real living environments’. Applied Acoustics, 68 (2007), 1118-1134.
- Niet behandeld
[73] de Diego M. et al., Subjective evaluation of actively controlled interior car noise. Universidad Politénica de Valencia.
[74] Genuit K., ‘Sound engineering of vehicle noise’. HEAD acoustics, Duitsland.
[75] Parizet E. et al., ‘Analysis of car door closing sound quality’, Applied Acoustics (2007).
[76] Sirkka A., Component Sound Quality. A Power Window Study, Master’s thesis, Zweden: Lulea Unversity of Technology, 2007.
[77] Susini P. et al., ‘Characterizing the sound quality of air-conditioned noise’. Applied Acoustics 65 (2004) 763-790.
Hoofdstuk 5: Ontwikkeling van een computerprogramma
Matlab handleidingen
[78] Bendermacher N., de Graaff Stoffers R., Matlab, een korte inleiding. 2005.
[79] Fujimoto K. Sound by Matlab. 29/03/08. http://www.h6.dion.ne.jp/~fff/technique/auditory/matlab.html
[80] Hastings A. ISO 532 B / DIN 45631 Loudness. 31/03/08. http://www.auditory.org/mhonarc/2000/msg00498.html
[81] Kerber S. Matlab Übersetzung des BASIC Programms aus DIM 45631. 31/03/08. http://www.mmk.ei.tum.de/~kes/DIN45631.m
[82] Martens F. et al., Interactieve MATLAB Cursus. Technische Universiteit Eindhoven, fac. Werktuigbouwkunde en fac. Biomedische Technologie (2001).
[83] Mathworks Inc, The, Signal Processing Toolbox User’s Guide. Natick, MA (2008).
[84] Speech and Hearing Group, Department of Computer Science University of Sheffield, UK. Matlab Auditory and Speech Demos. 31/03/08. http://www.dcs.shef.ac.uk/~martin/MAD/docs/mad.htm
[85] Timoney J., Lysagh T. Et al., ‘Implementing loudness models in Matlab’ DAFx’04 Proceedings, Napels, Italië (2004), 177-180.
Captatie van het geluid
[86] Benford T., Welcome to… PC sound, music, and midi. From mystery to mastery. New York: MIS:Press, 1993.
[87] Brüel & Kjær, Measuring Sound. BR 0047-13. Denemarken: Brüel & Kjær, 1984.
[88] Chen A., Shehad N. et al., W.A.V.S. Compression. 01/04/08. http://is.rice.edu/~welsh/elec431/index.html
[89] Cisco Systems, Waveform Coding Techniques. Doc ID:8123 (2006)
[90] ePanorama.net, PC soundcard page. 01/04/08. http://www.epanorama.net/links/pc_sound.html
[91] Harris S. & Sanchez C., Personal Computer Audio Quality Measurements. Cirrus Logic: Crystal Audio Division.
[92] LMS International, LMS Pimento: The Multichannel Analyzer with Portable Power. Leuven: LMS, 2003.
Verwerking van het geluidssignaal
[93] Andringa T., Fouriertransformatie? 01/04/08. http://www.ai.rug.nl/~tjeerd/Onderwijs/Spraak/main/practicum/week1_2pra…
[94] Culling J, Online, cross-indexed dictionary of DSP terms. 01/04/08. http://www.cf.ac.uk/psych/home2/CullingJ/frames_dict.html
[95] DLI Engineering, Vibration Manual. 01/04/08. http://www.dliengineering.com/vibman/Alan2-toc.htm
[96] Introduction to Naval Weapons Engineering: Frequency Modulation. 29/03/08. http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/es310/FM.htm.
[97] Kaplan I., A Notebook Compiled While Reading ‘Understanding Digital Signal Processing’ by Lyon R. 01/04/08. http://www.bearcave.com/misl/misl_tech/signal/index.html
[98] Rocchesso D., Introduction to Sound Processing. Università di Verona. 2003.
[99] LMS International, ‘Signal Processing’. The LMS Theory and Background Book. Leuven: LMS, 2000.
[100] LMS International, ‘Time data processing’. The LMS Theory and Background Book. Leuven: LMS, 2000.
Formules voor de psychoakoestische parameters
[101] Cabrera D., ‘”Psysound”: A computer program for psychoacoustical analysis’, Proc. Of the Australian Acoustical Society Conference, Melbourne (1999), 47-54.
[102] Byongho C., Nonmetric multidimensional scaling of complex sounds. Dimensions of preference ratings and perceived similarity of vehicle noise, Ph.D. thesis, Oldenburg, University of Oldenburg, 2001.
[103] Head Acoustics, Loudness and Sharpness Calculation with Artemis. Head Application Note, 2005.
[104] Wolters M., Sapp M. et al., Adaptive Algorithm For Detecting And Reducing Sibilants In Recorded Speech. 29/03/08. http://www.omniaaudio.com/tech/de-esser.htm
[105] Wonho Y., Enhanced modified bark spectral distortion (EMBSD): An objective speech quality measure based on audible distortion and cognition model, Ph.D. thesis. Washington: Temple University, 1999
[106] Zhang Z., Shrestha M., Sound Quality User-defined Cursor Reading Control – Tonality Metric. Master’s Thesis, Denemarken: Danmarks Tekniske Universitet, 2003.
Hoofdstuk 6: Applicatie van het SQEP
[107] Metabo Belgium, Productcatalogus Handgeleid Elektrisch Gereedschap. 14/05/08. http://www.metabo.be/Productcatalogus-handgeleid-elektrisch-gereedschap….
[108] Novy, Productcatalogus. Kuurne: NOVY, 2008.
[109] Omnistor, Omni-Vent. 16/05/08. http://www.omnistor.be/nl/products/omnivent.php
Hoofdstuk 7: Conclusie
[110] Lim T. C., ‘Correlations between deficiencies in power window systems influencing sound quality and some psychoacoustic metrics’. Applied Acoustics, 62 (2001), 1025-1047.
[111] LMS International, Improving the sound quality of the closing sound of a car door.
[112] LMS International, ‘Towards Sound Quality Engineering of the Virtual Car. From a Computer Game to an Engineering Tool’. LMS News, 15-1 (2000), 14-17.
[113] Risberg T. The Silent PC – Noise Labels & Acoustical Noise Declarations. 01/04/08. http://www.silent.se/labels.php
[114] Västfjäll D. ‘The “end effect” in retrospective sound quality evaluation’. Acoustic Science & Technology 25, 2 (2004).
