擴聲系統的音質評價

2021-06-29 11:37:48 字數 4988 閱讀 2605

如何評價擴聲系統的音響效果?這個問題一言難盡,很難回答。但它是廣大使用者和工程業主最關心的問題,人們都希望能用最少的投資獲得最好的效果。

擴聲系統是一種特殊的系統工程,是涉及電聲、延聲和樂聲三種學科的邊緣科學。不同用途的系統,如會議大廳、**廳、劇場、歌舞廳、電影院、禮拜堂、多功能廳、體育場館、各種廣場,針對人聲、演奏、歌唱和公共廣播/背景**等,有著不同的效果要求。

擴聲的最終效果需要合理、正確的電聲系統設計與除錯,良好的聲音傳播環境(延聲條件)和精確的現場調音三者最佳的結合。打個比方,電聲系統猶如公路上行駛的汽車,延聲條件猶如公路,調音師猶如汽車駕駛員。如果說汽車效能是行駛速度和安全、平穩行駛的必要條件,那麼公路路面的質量是行車的基本條件,而司機的駕駛技術和經驗是安全、平穩快速行駛的保證條件,三者相輔相成,缺一不可。

音響效果是衡量擴聲系統質量的最終標準。如何評價音響效果呢?可用兩把「尺子」來衡量。一把「尺子」稱為「客觀測量」,另一把「尺子」稱為「音質主觀評價」。

1 客觀測量

客觀測量是指用聲學儀器可測量的聲學特性指標,包括系統頻率響應特性、最大聲壓級、聲場不均勻度、傳聲增益和聲音的清晰度/可懂度等。它的特點是測量結果客觀、精確,講求用資料表達系統的聲學特性。客觀測量不能全部反映人類的聽覺效果,如聲音的豐滿度、柔和度、明亮度、平衡度等等。

系統最終的音質效果還必須通過耳朵來鑑別。

2 音質主觀評價

音質主觀評價是用耳朵來鑑別擴聲系統音響效果的重要手段,它與人類的聽覺生理學及心理學有關,其結果必然帶有一定的主觀性。為了儘量減少主觀的影響,音質主觀評價時必須選擇有一定專業素質和不同年齡層次的評價人員,還需要專門製作的有代表性的主觀評價節目源,並對各評價人員的打分進行資料統計處理。只有這樣,最後得出的結果才是可信的。

可以說,客觀測量是擴聲系統聲學特性的基本要求,音質主觀評價是音質聽感的最終結果。兩者既有內在聯絡,又不能相互替代,是一種互為補充的關係,兩者均不可缺。

優秀擴聲系統的音響效果應是低音柔而不渾、中音清晰有力、高音細膩不毛,聲場均勻、聲像一致、響度適中、聲音自然純真,能以逼真的效果充分表達歌唱家和演奏家的藝術感染力。

3擴聲系統的聲學特性指標

客觀測量主要測量擴聲系統的傳輸頻率特性、傳聲增益、最大聲壓級、聲場不均勻度和聲音清晰度等五項聲學特性指標。

3.1傳輸頻率特性

定義:廳堂內各測點穩態聲壓級的平均值相對於擴聲裝置輸入端電壓的幅頻響應特性。

傳輸頻率特性是擴聲系統中一項直接影0向聽感效果的聲學特性指標。由於各測量點離聲源(揚聲器)的距離不同以及聲音傳播環境的差異,各測點測出的頻率特性資料也會相差較大。測試結果以各測點的平均值計算。

如果輸入端測試訊號的幅頻響應特性在系統的有效頻率範圍內非常平直,那麼各測點在各測量頻率測出的聲壓級平均值可直接作為系統的傳輸頻率特性。這時採用粉紅雜訊源+1/3信頻程頻寬濾器組成的測試訊號就可作為具有平直幅頻特性的寬頻帶訊號源。在測試點只要用一台頻譜分析儀接收聲訊號即可直接顯示(或列印)系統的傳輸頻率特性。

系統傳輸頻率特性與電聲系統的頻響特性以及聽眾區的聲學環境有關,可用電聲系統中的頻率均衡器(1/3信頻程圖示均衡和引數均衡器)調整補償。

3.2傳聲增益

定義:擴聲系統達到最大可用增益時廳堂內各測量點和穩態聲壓級的平均直與傳聲器處聲壓級的差值(以db計)。

假如傳聲器與揚聲器處在同一聲場中,揚聲器的部分聲音會反饋到傳聲器,這個反饋聲再經系統放大後又送到揚聲器,如果這個反饋聲足夠大,形成乙個連續迴圈過程,就會發生嘯叫(系統振盪)。因此擴聲系統的增益必須受到聲反饋嘯叫的限制,這個限制叫做「傳聲增益」。

傳聲增益是說明用傳聲器(乙個或多個傳聲器)擴聲時,系統穩定工作(臨界反饋狀態時的最大系統增益再降低6 db即為穩定工作狀態)能獲得的最大可用聲學增益。

傳聲增益是聽眾區各測量點的平均聲壓級(由於各測點與揚聲器的距離不同,故聲壓級有很大差異)與傳聲器處聲壓級的差值。一般演講人嘴口與傳聲器的距離為0.5 m時傳聲器的聲壓級約為65 db~70 db。

聽眾區的平均聲壓級總是低於傳聲器處的聲壓級(否則系統一定會嘯叫),因此傳聲增益是負值(-db)。最好的擴聲系統的傳聲增益約為-6 db,即傳聲器的聲壓級如果為70 db時,聽眾區可獲得的最高平均聲壓級為(70-6)db= 64 db。如果接近傳聲器與演講人嘴口的距離(如從0.

5 m減小到0.125 m,距離減小4倍),那麼傳聲器的聲壓級可提高12 db,即77 db~82 db,此時聽眾區的聲壓級也可提高到71 db~76 db(系統增益保持不變)。

傳聲增益是擴聲系統的重要聲學特性指標,它和揚聲器與傳聲器的相對方位及其間距、揚聲器與傳聲器的指向特性、電聲系統採用抑制聲反饋的技術措施以及廳堂的延聲環境等因素直接相關。

3.3 最大聲壓級

定義:廳堂的空場穩態時的最大聲壓級。

擴聲系統在最高可用增益狀態下,饋入揚聲器系統的電壓相當於設計使用功率(或揚聲額定功率)的電壓值,在系統要求的頻率範圍內,各測量點上測出的第個1/3信頻程頻寬內的聲壓級的平均值,然後再加上6 db的訊號峰值因素就可得到最大聲壓級。測試訊號源為粉紅雜訊+1/3信頻程帶通濾電器。

此技術引數說明系統最大聲壓級的潛力。為防止測試時間過長損壞揚聲器系統,揚聲器系統的饋人功率可取l/n(n=2~10)。

3.4 聲場不均勻度

定義:廳堂內聽眾區各測量點穩態聲壓級的差值。

乙個優良的擴聲系統,在整個聽眾區內的最大和最小聲壓級差值不應大於8 db。此技術指標涉及揚聲器系統的布局和聲場設計。

測試方法同系統傳輸頻率特性。實際上在完成傳輸頻率特性測試後,根據各測試點的資料即可得到相應的聲場分布。

3.5 語言清晰度和可懂度

以漢語單詞為發音材料,正確地接收被傳遞的、相互無聯絡的漢語單字或其他語言單元的百分烽。在每個測量點周圍取5~6坐席作為聽音人員的坐席。發音表和記錄表的序號要完全一致。

把每個測量點的每個聽音人的記錄表與標準發音表對比可得到清晰度得分(百分率),然後再把各聽音人的清晰度得分取平均值(詳細測試方法請參閱gb4959-85號國家標準《廳堂擴聲特性測量方法》)。

語言清晰度與系統聲場設計、廳堂延聲條件、混響時間(rt60)以及直達聲與混響聲的聲能比( d/r)密切相關,可用ease3.0以上版本的聲學設計軟體進行設計、調整和預先監聽。

3.5.1 ease軟體表達語言清晰度的三種方法

(1)子音清晰度損失alcons

2023年由peutz發表的**率先提出,而後被大家廣泛採用。規定如下:

alcons% 清晰度聽感

0%~7% 非常好

7%~l 1% 良好

11 %n15% 清晰

15%~18% 較差

18%以上不能接受

(2)快速講話傳遞指數rasti ( rapia speech transmission index)

rasti 清晰度聽感

0.6~l 非常好

0.45~0.6 良好

0.3~0.45 較差

0~0.3 不能接受

(3)c測量

上述兩種測量只能表達語言的聽感清晰度。另一種c測量方法測既可表達語言清晰度,又可表達**類節目的清晰度。c測量的原理是以直達聲與混響聲聲能的比值為基礎的一種清晰度評估標準,目前已被越來越廣泛地採用。

聽眾收聽到的聲音有從聲源直接傳遞來的「直達聲」,有經周圍介面反射後到達並比直達聲晚15 ms~40 ms以內的近次反射聲(又稱早期反射聲),還有反射次數更多、到達更晚(50 ms以上)的密集的後期反射聲(又稱混響聲)。如圖l所示。這三種聲音的貢獻分別為:

圖1 室內聲場的組成

直達聲:是提供聲源方向、傳遞聲音資訊、提高聲音清晰度和聲壓級的主要**。

早期反射聲:提高聲壓級、提高聲音清晰度和增強聲音的空間感。人的耳朵無法把它與直達聲分離出來。在ease軟體中,可用聲線計算法把它們分離出來。

混響聲:使聲場分布均勻、音質豐滿,提供辨別房間的空間特性。但它不包含聲音資訊量,會降低聲音清晰度,會掩蔽直達聲。延時超過100 ms的混響聲會形成回聲,嚴重影響聲音清晰度。

由此可見,直達聲(包括早期反射聲)與混響聲的聲能比( d/r)是直接影響聲音清晰度的關鍵引數。利用d/r的比值可正確地評估聲音的清晰度。

c50是語言清晰度評估標準,它顯示50 ms前到達的直達聲(包括早期反射聲)與50 ms以後到達的混響聲聲能比( d/r)。d/r≥0 db的任何值代表有非常好的語言清晰度,d/r≥-5 db的任何值代表有良好的語言清晰度。

c80稱為**類節目的清晰度,它代表80 ms為直達聲(包括早期反射聲)與混響聲分隔時間的d/r,在任何位置d/r=+6/-2 db範圍時,將有良好的**演出效果。

3.5.2語言清晰度與可懂度的關係

為什麼子音清晰度損失alcons在11%n15%時還可稱為清晰度良好呢?其原因是講話的可懂度評估因素除清晰度指標外,還包括演講者的表情、手勢、語氣、講話速度和上下文聯絡等因素,這些因素可進一步提高講話可懂度。據統計資料表示,在alcons= 15%時,可懂度還可以達到99%。

3.5.3清晰度與頻率的關係

圖2 各信頻程頻段對講話清晰度的貢獻

圖2是各信頻程頻段對講話清晰度的貢獻。從圖中可看到500 hz對清晰度的貢獻為16%,1 khz對清晰度的貢獻約為20%,2 khz對清晰度的貢獻最高,約為34%,4 khz對清晰度的貢獻為25%。

低於500 khz的頻程段主要提供識別物體特性;高於4 khz的頻段提供聲音的細膩感,也會增加口語之間的噝噝聲。

4 音質主觀評價

4.1 聲音組成三要素

音質主觀評價前必須理解聲音組成的三要素:音調、音色和音量。

4.1.1音調

人耳對聲波純音頻率的感覺稱為音調。在樂聲中它是指音階的變化。樂隊演奏前,各樂器都要對音,以440 hz為標準音,如表1中的a,低於a的al和高於a的al在**上稱為低八度音和高八度音,它對應的頻率是信頻程的關係。

表1 音階與頻率的關係

以鋼琴為例,表中的8個音階分布在鋼琴的88個鍵內,從低到高按信頻程的關係排列。

4.1.2音色

人耳對不同數量和不同程度諧波的聽覺感受稱為音色。

各種樂器的定音頻率都是440 hz,但是為什麼能分辨出提琴、木管或鋼琴呢?主要原因是每種樂器除發出a音調的基音外,還有非常豐富、不同強度的諧波頻率(或稱泛音)。不同數量和不同強度的諧波決定了不同的音色。

每種樂器部包含了具有自己音色特性的頻譜分布特徵。表2是人聲與樂器的基音頻率和可達到的最高諧波頻率。

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