扩声系统及音质评价.doc

扩声系统的音质评价 如何评价扩声系统的音响效果？这个问题一言难尽，很难回答。但它是广大用户和工程业主最关心的问题，人们都希望能用最少的投资获得最好的效果。 扩声系统是一种特殊的系统工程，是涉及电声、延声和乐声三种学科的边缘科学。不同用途的系统，如会议大厅、音乐厅、剧场、歌舞厅、电影院、礼拜堂、多功能厅、体育场馆、各种广场，针对人声、演奏、歌唱和公共广播背景音乐等，有着不同的效果要求。 扩声的最终效果需要合理、正确的电声系统设计与调试，良好的声音传播环境（延声条件）和精确的现场调音三者最佳的结合。打个比方，电声系统犹如公路上行驶的汽车，延声条件犹如公路，调音师犹如汽车驾驶员。如果说汽车性能是行驶速度和安全、平稳行驶的必要条件，那么公路路面的质量是行车的基本条件，而司机的驾驶技术和经验是安全、平稳快速行驶的保证条件，三者相辅相成，缺一不可。音响效果是衡量扩声系统质量的最终标准。如何评价音响效果呢？可用两把“尺子”来衡量。一把“尺子”称为“客观测量”，另一把“尺子”称为“音质主观评价”。1 客观测量 客观测量是指用声学仪器可测量的声学特性指标，包括系统频率响应特性、最大声压级、声场不均匀度、传声增益和声音的清晰度可懂度等。它的特点是测量结果客观、精确，讲求用数据表达系统的声学特性。客观测量不能全部反映人类的听觉效果，如声音的丰满度、柔和度、明亮度、平衡度等等。系统最终的音质效果还必须通过耳朵来鉴别。2 音质主观评价音质主观评价是用耳朵来鉴别扩声系统音响效果的重要手段，它与人类的听觉生理学及心理学有关，其结果必然带有一定的主观性。为了尽量减少主观的影响，音质主观评价时必须选择有一定专业素质和不同年龄层次的评价人员，还需要专门制作的有代表性的主观评价节目源，并对各评价人员的打分进行数据统计处理。只有这样，最后得出的结果才是可信的。可以说，客观测量是扩声系统声学特性的基本要求，音质主观评价是音质听感的最终结果。两者既有内在联系，又不能相互替代，是一种互为补充的关系，两者均不可缺。优秀扩声系统的音响效果应是低音柔而不浑、中音清晰有力、高音细腻不毛，声场均匀、声像一致、响度适中、声音自然纯真，能以逼真的效果充分表达歌唱家和演奏家的艺术感染力。3扩声系统的声学特性指标客观测量主要测量扩声系统的传输频率特性、传声增益、最大声压级、声场不均匀度和声音清晰度等五项声学特性指标。3.1传输频率特性 定义：厅堂内各测点稳态声压级的平均值相对于扩声设备输入端电压的幅频响应特性。 传输频率特性是扩声系统中一项直接影0向听感效果的声学特性指标。由于各测量点离声源（扬声器）的距离不同以及声音传播环境的差异，各测点测出的频率特性数据也会相差较大。测试结果以各测点的平均值计算。 如果输入端测试信号的幅频响应特性在系统的有效频率范围内非常平直，那么各测点在各测量频率测出的声压级平均值可直接作为系统的传输频率特性。这时采用粉红噪声源+1/3信频程带宽滤器组成的测试信号就可作为具有平直幅频特性的宽频带信号源。在测试点只要用一台频谱分析仪接收声信号即可直接显示（或打印）系统的传输频率特性。 系统传输频率特性与电声系统的频响特性以及听众区的声学环境有关，可用电声系统中的频率均衡器（13信频程图示均衡和参数均衡器）调整补偿。3.2传声增益定义：扩声系统达到最大可用增益时厅堂内各测量点和稳态声压级的平均直与传声器处声压级的差值（以dB计）。 假如传声器与扬声器处在同一声场中，扬声器的部分声音会反馈到传声器，这个反馈声再经系统放大后又送到扬声器，如果这个反馈声足够大，形成一个连续循环过程，就会发生啸叫（系统振荡）。因此扩声系统的增益必须受到声反馈啸叫的限制，这个限制叫做“传声增益”。 传声增益是说明用传声器（一个或多个传声器）扩声时，系统稳定工作（临界反馈状态时的最大系统增益再降低6 dB即为稳定工作状态）能获得的最大可用声学增益。 传声增益是听众区各测量点的平均声压级（由于各测点与扬声器的距离不同，故声压级有很大差异）与传声器处声压级的差值。一般演讲人嘴口与传声器的距离为0.5 m时传声器的声压级约为65 dB70 dB。听众区的平均声压级总是低于传声器处的声压级（否则系统一定会啸叫），因此传声增益是负值(-dB)。最好的扩声系统的传声增益约为-6 dB，即传声器的声压级如果为70 dB时，听众区可获得的最高平均声压级为(70-6)dB= 64 dB。如果接近传声器与演讲人嘴口的距离（如从0.5 m减小到0.125 m，距离减小4倍），那么传声器的声压级可提高12 dB，即77 dB82 dB，此时听众区的声压级也可提高到71 dB76 dB（系统增益保持不变）。 传声增益是扩声系统的重要声学特性指标，它和扬声器与传声器的相对方位及其间距、扬声器与传声器的指向特性、电声系统采用抑制声反馈的技术措施以及厅堂的延声环境等因素直接相关。3.3 最大声压级 定义：厅堂的空场稳态时的最大声压级。 扩声系统在最高可用增益状态下，馈入扬声器系统的电压相当于设计使用功率（或扬声额定功率）的电压值，在系统要求的频率范围内，各测量点上测出的第个1/3信频程带宽内的声压级的平均值，然后再加上6 dB的信号峰值因素就可得到最大声压级。测试信号源为粉红噪声+1/3信频程带通滤电器。此技术参数说明系统最大声压级的潜力。为防止测试时间过长损坏扬声器系统，扬声器系统的馈人功率可取l/n(n=210)。3.4 声场不均匀度 定义：厅堂内听众区各测量点稳态声压级的差值。 一个优良的扩声系统，在整个听众区内的最大和最小声压级差值不应大于8 dB。此技术指标涉及扬声器系统的布局和声场设计。测试方法同系统传输频率特性。实际上在完成传输频率特性测试后，根据各测试点的数据即可得到相应的声场分布。3.5 语言清晰度和可懂度 以汉语单词为发音材料，正确地接收被传递的、相互无联系的汉语单字或其他语言单元的百分烽。在每个测量点周围取56坐席作为听音人员的坐席。发音表和记录表的序号要完全一致。把每个测量点的每个听音人的记录表与标准发音表对比可得到清晰度得分（百分率），然后再把各听音人的清晰度得分取平均值（详细测试方法请参阅GB4959-85号国家标准厅堂扩声特性测量方法）。 语言清晰度与系统声场设计、厅堂延声条件、混响时间(RT60)以及直达声与混响声的声能比( D/R)密切相关，可用EASE3.0以上版本的声学设计软件进行设计、调整和预先监听。3.5.1 EASE软件表达语言清晰度的三种方法 (1)辅音清晰度损失Alcons1971年由Peutz发表的论文率先提出，而后被大家广泛采用。规定如下：Alcons% 清晰度听感0%7% 非常好7%l 1% 良好11 %N15% 清晰15%18% 较差18%以上 不能接受 (2)快速讲话传递指数RASTI ( Rapia Speech Transmission Index) RASTI 清晰度听感 0.6l 非常好 0.450.6 良好 0.30.45 较差 00.3 不能接受 (3)C测量 上述两种测量只能表达语言的听感清晰度。另一种C测量方法测既可表达语言清晰度，又可表达音乐类节目的清晰度。C测量的原理是以直达声与混响声声能的比值为基础的一种清晰度评估标准，目前已被越来越广泛地采用。听众收听到的声音有从声源直接传递来的“直达声”，有经周围界面反射后到达并比直达声晚15 ms40 ms以内的近次反射声（又称早期反射声），还有反射次数更多、到达更晚（50 ms以上）的密集的后期反射声（又称混响声）。如图l所示。这三种声音的贡献分别为：图1 室内声场的组成 直达声：是提供声源方向、传递声音信息、提高声音清晰度和声压级的主要来源。 早期反射声：提高声压级、提高声音清晰度和增强声音的空间感。人的耳朵无法把它与直达声分离出来。在EASE软件中，可用声线计算法把它们分离出来。 混响声：使声场分布均匀、音质丰满，提供辨别房间的空间特性。但它不包含声音信息量，会降低声音清晰度，会掩蔽直达声。延时超过100 ms的混响声会形成回声，严重影响声音清晰度。 由此可见，直达声（包括早期反射声）与混响声的声能比( D/R)是直接影响声音清晰度的关键参数。利用D/R的比值可正确地评估声音的清晰度。 C50是语言清晰度评估标准，它显示50 ms前到达的直达声（包括早期反射声）与50 ms以后到达的混响声声能比( D/R)。D/R0 dB的任何值代表有非常好的语言清晰度，D/R-5 dB的任何值代表有良好的语言清晰度。 C80称为音乐类节目的清晰度，它代表80 ms为直达声（包括早期反射声）与混响声分隔时间的DR，在任何位置D/R=+6/-2 dB范围时，将有良好的音乐演出效果。3.5.2语言清晰度与可懂度的关系 为什么辅音清晰度损失Alcons在11%N15%时还可称为清晰度良好呢？其原因是讲话的可懂度评估因素除清晰度指标外，还包括演讲者的表情、手势、语气、讲话速度和上下文联系等因素，这些因素可进一步提高讲话可懂度。据统计数据表示，在Alcons= 15%时，可懂度还可以达到99%。3.5.3清晰度与频率的关系图2 各信频程频段对讲话清晰度的贡献 图2是各信频程频段对讲话清晰度的贡献。从图中可看到500 Hz对清晰度的贡献为16%，1 kHz对清晰度的贡献约为20%，2 kHz对清晰度的贡献最高，约为34%，4 kHz对清晰度的贡献为25%。低于500 kHz的频程段主要提供识别物体特性；高于4 kHz的频段提供声音的细腻感，也会增加口语之间的咝咝声。4 音质主观评价4.1 声音组成三要素 音质主观评价前必须理解声音组成的三要素：音调、音色和音量。4.1.1音调人耳对声波纯音频率的感觉称为音调。在乐声中它是指音阶的变化。乐队演奏前，各乐器都要对音，以440 Hz为标准音，如表1中的a，低于a的Al和高于a的al在音乐上称为低八度音和高八度音，它对应的频率是信频程的关系。表1 音阶与频率的关系 以钢琴为例，表中的8个音阶分布在钢琴的88个键内，从低到高按信频程的关系排列。4.1.2音色 人耳对不同数量和不同程度谐波的听觉感受称为音色。各种乐器的定音频率都是440 Hz，但是为什么能分辨出提琴、木管或钢琴呢？主要原因是每种乐器除发出A音调的基音外，还有非常丰富、不同强度的谐波频率（或称泛音）。不同数量和不同强度的谐波决定了不同的音色。每种乐器部包含了具有自己音色特性的频谱分布特征。表2是人声与乐器的基音频率和可达到的最高谐波频率。表2 人声和乐器的基音和最高谐波频率4.1.3音量 声音有大小和强弱。人耳的响度感觉不是线性的，它与声音的频率和声压级有关。入耳对100 Hz以下的低频和5 kHz10 kHz的中高频听觉灵敏度低于3 kHz4 kHz的质量声波的灵敏度。声压级低的声音，低频的听觉灵敏度更低。 此外，听音环境的背景噪声可影响声音清晰度和音质主观评价的结果。如果测试节目信号的声压级超过环境噪声35 dB，那么这种影响可以忽略。因此，在40 dB45 dB背景噪声的环境中进行评价时，测听位置的节目声压级应不低于78 dB。 扩声系统中的低音、中音和高音各频段的频率响应特性必须保持平衡，才能达到良好的自然还音效果。 由于系统设备本身特性的缺陷、房间共振、声音的反射和吸收等原因，会造成房间内某些频率声音过强，另一些频率的声音不足，以至声音发生变化，影响还音音质。因此，进行音质主观评价日寸必须要了解各频段音感的特征。整个音频频率范围可分为四段，它们之间频谱能量的分布决定了声音特征。4.2.1低频段：150 Hz以下频率范围 低频是声音的基础部分，决定声音的丰满度和柔和度。低频不足时，声音单薄不丰满；过强时，声音浑浊，发闷；合适时，声音厚实、丰满，余音适宜。 80 Hz附近的频率，听觉和感觉达到平衡，能产生强烈的声场刺激效果，因此迪斯科舞厅的扬声器宁可用15 in扬声器单元而不选用18 in扬声器单元就是这个道理。4.2.2中低频段：150 Hz500 Hz的频率范围 这个频段的贡献是传递声音信息，决定声音的力度和低音的硬度。中低频不足时，声音疲软；过强时，声音生硬，产生嗡嗡声；合适时，低音坚实、有力、丰满。 100 Hz250 Hz频段具有良好的丰满感，是人声、小号、弦乐丰满度的主要音感