公共广播系统的应备声压级和音质评价

公共广播系统的应备声压级和音质评价1应备声压级概述在几款著名的扩声系统工程标准中，都为系统的“最大声压级”进行了规范，其规则大致为：（1）定义：不同标准有不同的具体定义，但大致上是指系统在服务区产生的平均最高稳态声压级。（2）指标：多数要求≥100dB，最高的达112dB或以上；工程的等级/档次越高，要求“最大声压级”越大。正在报批的公共广播国家标准《公共广播系统工程技术规范》中没有提出“最大声压级”的概念，而代之以“应备声压级”。“应备声压级”定义为：公共广播系统在广播服务区内，应能达到的稳态有效值声压级的平均值。2“应备声压级”的特点及其根据《公共广播系统工程技术规范》中关于“应备声压级”的规定有3个特点：（1）指标量值不大，比其他扩声系统规定的最大声压级小很多；（2）不以声压级高低排系统质量档次；一、二、三级系统的指标都相同。（3）在室外，没有声压级均匀的要求。为什么要这样界定？主要考虑：（1）公共广播系统的用途与其他扩声系统的用途不同，尤其是不同于迪厅，所以声压级不必太高。（2）声压级够用即可，80dB声压级相当于电影中的对白，所以80~83dB应属“够用”。严格地说，为了使听众听清楚扩声，首先须保证12dB左右的信噪比。普通工程操作者可以这样想象：在双声道立体声系统中，两声道的声压级相差15dB时，声像就完全定位于声压级高的一侧。就是说，15dB的声级差足以完全掩蔽另一个声道的声音。公共广播主要是语声广播，对于有常规含义的语句（不是单字）来说，听辨对信噪比的要求还可低一些。中国城市的环境噪声约在70~75dB左右，所以下限83dB是“够用”的。为什么不直接界定信噪比，而界定“应备声压级”呢？这是因为公共广播服务区现场背景不像厅堂那样规范，给出一个“应备声压级”数据更便于设计和鉴定。但紧急广播涉及人身安全，且事故现场本底噪声可能很大，所以要求设计者必须进行估算，保证满足≥12dB信噪比的要求。（3）声压级不是越高越好，没有理由认为声音大的扩声系统就是好的；相反，不应以声压级高低排档次，引导人们追求高声压级。理由为：声压级太高，有损听觉健康。有人认为，国人的听觉已普遍受到MP3播放器和喜欢大吵大闹的习惯所损害，国际助听器厂商已据此开始瞄准中国市场。中国的集市、餐厅特别嘈吵，原因之一就是大众的听力不良，必须大声说话。声压级太高，会对周边环境造成声污染，侵犯别人合法的私人空间。提高声压级要消耗能源、增加成本，片面追求过高的声压级，不符合节约资源的根本原则。众所周知，声压级每增加3dB，功率就需加倍。如为保证90dB声压级是需要1000W电功率，则93dB需2000W，96dB就需4000W，可见能耗的代价惊人。本例数据大体接近室外听音点距扬声器30m远的实际情况，并非随便拼凑。有人说，提高声压级不必加大电功率，只须提高扬声器的灵敏度。理论上确实如此。但扬声器的灵敏度可以随便提高吗？当然可选购高灵敏度的扬声器，但必须付大价钱，而且不是想要多高就有多高。也有认为缩窄频带可节省电功率。这个意见值得商榷。适当限制语声信号频带可在背景噪声（尤其是混响环境）的干扰下提高语言清晰度，但由于功率放大器的输出是受其标称输出电压的准峰值而不是平均值限制的，所以在不提高功率放大器标称输出的条件下，不能用缩窄有用信号频带的办法提高声压级。不过这个意见从另一个角度说明，为了提高扩声质量，并不一定需要很高的声压级和很大的电功率，还有其他更节约、更合理的办法。公共广播系统常有许多室外服务区。在室外，由于基本上没有反射声群的贡献（近似自由场），保障重放声场具有较高的声压级不是轻而易举的事，所以更需要精打细算。众所周知，在上诉条件下，扬声器轴线上听音点的声压级SPL=L+10lgP-20lgr（1）式中，L为扬声器的灵魂度级[dB/（1W·1m）]，P为馈给扬声器的电功率（W），r为听音点与扬声器之间的距离（m）。以某款知名进口品牌室外广播扬声器为例，该广播扬声器由2个10.16cm（4in）中低音单元和1个2.54cm（1in）高音单元组成，其灵敏度级为89dB，额定功率30W。代入式（1）可立即算出，仅5m开外，声压级即90dB。就是说，假如要求声压级≥90dB，则每5m须安装1只这样的扬声器。当然，如果90dB的规定是适当的，也可这样办；又如果不惜工本选用优质线阵列扬声器系统，也可摆脱式（1）的束缚。问题是这样做是否适当。本例选用了一款有2只10.16cm（4in）中低音单元和1只高音单元的知名进口品牌，是为了使一般读者不至于怀疑笔者故意选用劣质扬声器来支持自己的观点。实际上，同档次国产品牌的指标与其相似，目前国内外一般广播音柱的灵敏度级，很少超过93dB。（4）在室外，要求声场均匀（即处处具有相近的声压级）不一定是合理的。例如一个占地几十公顷的体育中心，其周边通道可能是一个统一管理的广播区，长度接近10km。在门口附近人流密集，背景噪声较大，设计者应赋予该地段较大的应备声压级（尤其是紧急广播）；而远离门口的地段，显然不需要同样大的声压级。如果一定追求“均匀”，肯定做成资源极度浪费。其实，这也是避免片面追求高声压级理念的体现。尽管《公共广播系统工程技术规范》中关于“应备声压级”的规定看似要求太低，但应属“实用”。用声压级高低来区分扩声系统的质量档次是不合理的，而且是有害的。所以，在公共广播系统中，不应片面追求高声压级。3音质评价概述《公共广播系统工程技术规范》用3项指标规范公共广播系统的音质，即：（1）扩声系统语言传输指数STIPA——语言可懂度的一种客观评价指标；（2）系统设备信噪比；（3）传输频率特性。本来，音质评价是一个十分复杂的问题。由人发出来的声音、由乐器发出来的声音、由电声设备重放出来的声音，都可对其音质进行描述，但都很难作出“好”或“坏”的简单定评。事实上，对于同一个声音，不同的人听起来，其评价是不同的；即使是同一个人，在不同的时间、不同的场合、不同的心境下，其评价也会不同。但对于电声系统的重放声（不包括电子乐器的原发声），如果把其音质的好坏对应于“保真度”的高低，则应能在一定程度上予以定评。另外，对电声工程系统的音质评价同对电声器件的音质评价是有差别的。笔者针对前者，是指对作为一项扩声工程的电声系统的音质评价。对于电声系统的音质评价，有2种评价方法：主观评价和客观评价。一般认为，它们各自都是不充分的，正确的评价需要主观评价和客观评价互补。但到目前为止，各种主观音质评价方法都还不十分便于工程应用，而且主观评价的结果，可能会同客观指标有不同程度的矛盾。也许正是由于这个原因，现行的有关音响工程的国家标准和行业标准，都没有直接对系统的音质作出简明的规范。通常的做法是用一系列客观指标来映射系统的音质，这些指标包括“混响时”、“声能比”、“传输频率特性”、“信噪比”、“非线性失真”、“声压级的动态范围”等。毫无疑问，“音质”是所有电声工程所追求的重要目标，因此最好用一种既易于工程操作又不容易产生歧义的办法予以规范。对于公共广播系统工程，音质评价问题可能比厅堂及影剧院音响工程简单，因为前者主要是语言扩声而后者更重要的是音乐扩声，所以公共广播工程的音质评价，可把重点放在对“语言可懂度”（或“语言清晰度”）的评价上。为此《公共广播系统工程技术规范》首次引入了“语言可懂度”的客观指标，作为其音质评价的主干。4有关语言可懂度的评价标准有关语言可懂度的评价，有现成的国家标准和行业标准，也有IEC标准。如，属于主观评价的有《声学语言清晰度测试方法》GB/T15508—1995和《通信设备汉语清晰度测试方法》SJ2467—1984；属于客观评价的有《Objectiveratingofspeechintelligibilitybyspeechtransmissionindex》IEC60268-16（简称STI法）及前文述及的一些客观指标的集合。用于主观评价的GB/T15508—1995和SJ2467—1984，其方法是相似的。首先在规定的音节表（或发音字表）中，按规定数随机选择若干组音节（或发音字），由经过训练的发音人按规定的方式进行朗读，同时让若干经过训练的听音人，在现场听辨并作记录，然后对正确听辨数据进行统计，从而得出被测系统的语言清晰度。音节表（或发音字表）中的每组音节（或发音字），大体上由几个声母不同而韵母相同的字组成，以便暴露被测系统的语言传输缺陷。显然，发音人和听音人（即测试队伍）的素质和训练程度，对测试结果会有重大影响，这是妨碍工程应用的主要原因。用于客观评价的STI法，是一种先进的方法。该法通过测量语言在传输过程中调制度的变化，来考量系统的语言可懂度。STI法认为，连续的语言信号是由一系列被称为“音位phoneme”的语音碎片组成；而“音位”又可认为是一个窄带噪声被发音器官的极低频运动所调制而形成（调制频率在0.2～12.5Hz之间）。因而，每一个音位都有自己的包络函数，语言所传递的信息就包含在该包络函数中。语言在传输过程中，混响、失真、噪声等因素都会导致音位的包络函数发生变化，从而导致语言可懂度恶化。这种变化可用语言传输指数STI来界定，测出STI即可确定经过系统传输的语言的可懂度。STI的取值由0～1.00，其值越大，表示语言可懂度越高。STI法的测量信号是一个14×7矩阵，操作相当费时。为便于工程操作，由STI法派生出3种缩减版：STTTEL（STIforTELecommunicationsystems）适用于长途通信；RASTI（RoomAcousticsSTI）适用于不用电声设备的、仅由房间声学特性决定的可懂度测量；STIPA（STIforPubblicAddresssystems）适用于扩声系统。至于“混响时间”、“声能比”、“传输频率特性”、“信噪比”、“非线性失真”、“声压级的动态范围”等客观指标，它们各自都不能独立地表征语言可懂度，但其集合可在一定程度上为系统的语言可懂度提供参考。5有关《公共广播系统工程技术规范》的主张及其理由《公共广播系统工程技术规范》编制组曾准备用主观评价和客观评价相结合的办法来考量系统的语言可懂度。但考虑到：（1）主观评价难于操作。（2）目前，还没有公认的、有权威的、市场化的主观评价机构。当发生争议时，甲方组织的测试队伍同乙方组织的测试队伍评价结果可能有所不同。（3）主观评价与客观评价的结果可能不同，极有可能产生2种评价的等级差异，从而引起歧义。（4）尽管客观评价不是完全“充分”的，但只要仪器和作为第三方的测试单位是有权威的，一旦予以界定，则不容易引起争议。（5）有现成的、先进的、有权威的、易于工程操作的客观评价方法可用。因此，最后决定用STIPA法对公共广播系统的语言可懂度指标进行客观评价。STIPA法在国内应用还不十分普遍。为此，《公共广播系统工程技术规范》编制组针对STIPA法进行了一系列实验，并同主观评价结果进行了对比。对于中国公共广播系统来说，大体上STIPA0.35即可以接受；STIPA0.45即可认为属中等水平；STIPA0.55即属相当不错。这同IEC推荐的尺度略有差异，这或是由单音节的汉语同多音节的拉丁语的差异造成的。考虑到荷兰交通部对用于隧道类空间的公共广播系统的语言清晰度的规定仅为STI0.35。因为系统设备引入的噪声太大时，即使语言勉强可懂，听众也会觉得讨厌；而众所周知，传输频率特性对背景音乐的意义不宜忽视。应该承认，虽然对STIPA积累的数据还不够充分，但不能无限期等待，总需有个开头，总需有个开头，总需迈出第一步。希望在今后的实践中，能为将来标准的修订提供更为符合实际的数据。