趙其昌

（南京大學(xué) 聲學(xué)研究所，江蘇 南京 210093）

1 引言

2009年P(guān)ALM展會(huì)期間，筆者陪同原國(guó)家檢測(cè)中心的一位高級(jí)工程師參觀時(shí)，了解到有的公司會(huì)議系統(tǒng)的頻率響應(yīng)做到了20 Hz ～ 20 kHz。我們認(rèn)為會(huì)議系統(tǒng)主要拾取語(yǔ)言信號(hào)，頻響沒(méi)有必要做得那么寬，會(huì)議系統(tǒng)的指標(biāo)超出實(shí)際需要，給檢測(cè)設(shè)備的系統(tǒng)提出了難題，要求系統(tǒng)作不必要的升級(jí)；同時(shí)，檢測(cè)設(shè)備需要計(jì)量，又涉及計(jì)量部門(mén)的升級(jí)，這實(shí)際上是一種資源浪費(fèi)。會(huì)議系統(tǒng)有沒(méi)有必要做到20 Hz ～ 20 kHz，這里不準(zhǔn)備作進(jìn)一步的評(píng)說(shuō)。本文提供一些原始資料和標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)讀者自行參考、判斷。

2 漢語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)頻譜

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7347《漢語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)頻譜》給出了漢語(yǔ)普通話的標(biāo)準(zhǔn)頻譜，簡(jiǎn)稱(chēng)漢語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)頻譜。漢語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)功率譜密度級(jí)以長(zhǎng)期平均總功率歸一的數(shù)值列于表1，相應(yīng)的曲線見(jiàn)圖1。

漢語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)功率譜密度級(jí)曲線的函數(shù)形式為：

y = -24.7 – 0.54 x – 5.83 x2-1.64＜x＜0.55

y = -28 – 6.98 x 0.55＜x＜5.3

x = log2( f /250)

表1 漢語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)功率譜密度級(jí)

式中：y為以長(zhǎng)期平均總功率歸一的功率譜密度級(jí)，dB；

x為相對(duì)于250 Hz的倍頻程數(shù)；

f 為頻率，Hz。

該標(biāo)準(zhǔn)由南京大學(xué)聲學(xué)研究所包紫薇教授負(fù)責(zé)制定。在標(biāo)準(zhǔn)的起草過(guò)程中采集了大量的漢語(yǔ)樣本，發(fā)音人自然狀態(tài)發(fā)音，不限定發(fā)音人的聲壓級(jí)。根據(jù)樣本分析得到了漢語(yǔ)的長(zhǎng)期平均功率譜密度的統(tǒng)計(jì)值，由此得出漢語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)譜（功率譜密度系指單位帶寬內(nèi)功率按頻率的分布）。該標(biāo)準(zhǔn)是語(yǔ)言的產(chǎn)生、傳輸、接收及語(yǔ)言信號(hào)處理（含語(yǔ)言節(jié)目錄音）等語(yǔ)言通信系統(tǒng)、電聲器件和測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)依據(jù)。

3 人耳的聽(tīng)覺(jué)特性

3.1 等響曲線

ISO226:2003《Acoustics——Normal equal-loudness-level contours》中給出了最新的自由場(chǎng)測(cè)聽(tīng)條件下純音標(biāo)準(zhǔn)等響級(jí)線，見(jiàn)圖2。

圖中給出了在自由場(chǎng)條件下測(cè)得的18歲～25歲的耳科正常人平均判斷的等響級(jí)線，頻率范圍20 Hz ～ 12 500 Hz（并沒(méi)有給出直到20 kHz的數(shù)據(jù)）。因?yàn)槿鄙?0 phon和聽(tīng)閾之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，10 phon等響級(jí)線用點(diǎn)線表示。同時(shí)，100 phon的等響級(jí)線也用點(diǎn)線表示，這是因?yàn)橹挥幸粋€(gè)研究所提供了100 phon等響級(jí)線的數(shù)據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)給出的感覺(jué)上響度相等的一組純音的頻率和其聲壓級(jí)的關(guān)系曲線，以表示人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的基本特性，這在心理聲學(xué)領(lǐng)域有重要意義。

3.2 自由場(chǎng)與擴(kuò)散場(chǎng)測(cè)聽(tīng)的基準(zhǔn)聽(tīng)閾

ISO389-7:2005《Acoustics —— Reference zero for the calibration of audiometric equipment —— Part7: Reference threshold of hearing under free-fi eld and diffuse-fi eld listening conditions》（聲學(xué) 校準(zhǔn)測(cè)聽(tīng)設(shè)備的基準(zhǔn)零級(jí) 第7部分：自由場(chǎng)與擴(kuò)散場(chǎng)測(cè)聽(tīng)的基準(zhǔn)聽(tīng)閾）中給出了雙耳測(cè)聽(tīng)時(shí)自由場(chǎng)（前向入射）純音和擴(kuò)散場(chǎng)1/3倍頻程頻帶噪聲的基準(zhǔn)聽(tīng)閾，見(jiàn)圖3。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件是：

（1）聽(tīng)者不在場(chǎng)時(shí)的聲場(chǎng)：自由場(chǎng)平面行波場(chǎng)（自由場(chǎng)）或擴(kuò)散場(chǎng)；

（2）聲信號(hào)：自由場(chǎng)為純音信號(hào)，擴(kuò)散場(chǎng)為1/3倍頻程頻帶噪聲；

（3）聲壓級(jí)的測(cè)量應(yīng)在受試者不在場(chǎng)時(shí)，在其頭的中心位置進(jìn)行；

（4）受試者兩耳收聽(tīng)，在自由場(chǎng)中應(yīng)面對(duì)聲源。

測(cè)試頻率范圍為20 Hz ～ 16 kHz，1/3倍頻程的中心頻率和直至18 kHz的某些中間測(cè)聽(tīng)頻率。采用的數(shù)據(jù)來(lái)自15篇參考文獻(xiàn)（詳見(jiàn)ISO389附錄A）。

3.3 語(yǔ)言信號(hào)在人類(lèi)聽(tīng)聞區(qū)域的位置

圖4給出了人類(lèi)聽(tīng)聞范圍中語(yǔ)言信號(hào)所占的位置。其中，Audible range：聽(tīng)聞范圍；Music：音樂(lè)；Speech：語(yǔ)言；Threshold of feeling：痛閾；Threshold of hearing：聽(tīng)閾。

4 對(duì)傳聲器頻率響應(yīng)的要求

GB/T14198《傳聲器通用條件》中規(guī)定了傳聲器的頻率響應(yīng)的要求。傳聲器的頻率響應(yīng)曲線不應(yīng)超出圖5中實(shí)線所示的容差范圍。圖中實(shí)線范圍為50 Hz ～ 10 kHz，在實(shí)線范圍以外不作規(guī)定，可以按圖中虛線延伸。圖5a為全向傳聲器的頻響的容差范圍；圖5b為指向性傳聲器的頻響的容差范圍；圖5c為全向內(nèi)接式駐極體傳聲器頻響的容差范圍。

對(duì)于高保真?zhèn)髀暺靼碐B9402規(guī)定，頻率響應(yīng)要求為50 Hz ～ 12 500 Hz。對(duì)于單個(gè)傳聲器頻響曲線允許偏差為：

50 Hz ～ 250 Hz：±3 dB

250 Hz ～ 8 000 Hz：±2.5 dB

8 000 Hz ～ 12 500 Hz：±3 dB

對(duì)于頻率范圍超出50 Hz ～ 12 500 Hz的傳聲器，則50 Hz和12 500 Hz的允差可外延。

5 外界干擾

在拾取語(yǔ)言信號(hào)時(shí)不可能不受到外界的干擾，這里給出兩個(gè)實(shí)測(cè)的例子。圖6是空調(diào)裝置的噪聲（1/3 oct頻帶分析），圖7是交通噪聲（1/3 oct頻帶分析），資料摘自J.R.Hassall and K.Zaveri，Acaoustic Noise Measurement。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，音頻設(shè)備的技術(shù)更新有了很大的空間，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展了，信噪比提高了，頻率響應(yīng)展寬了，音質(zhì)提高了……以前想做而做不到的，現(xiàn)在有實(shí)現(xiàn)的可能了，這是一個(gè)很好的機(jī)遇，如何用好這些技術(shù)是值得我們思考的。“好鋼要用在刀刃上”，而不是盲目跟進(jìn)。

會(huì)議系統(tǒng)拾取的聲信號(hào)是語(yǔ)言信號(hào)，語(yǔ)言在人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)范圍內(nèi)僅占很小的一部分，然而，干擾拾取語(yǔ)言信號(hào)的噪聲卻覆蓋整個(gè)聽(tīng)覺(jué)范圍。一般說(shuō)，低頻段受到振動(dòng)和機(jī)械噪聲的干擾，中高頻段受到電氣和環(huán)境噪聲的干擾。傳聲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的特性是針對(duì)整個(gè)音頻范圍內(nèi)拾取信號(hào)用的傳聲器制定的，所以，用來(lái)拾取語(yǔ)言信號(hào)時(shí)，常常會(huì)把不需要的噪聲拾取進(jìn)來(lái)。在語(yǔ)言頻段內(nèi)的噪聲無(wú)法用簡(jiǎn)單的方法來(lái)去除，而在語(yǔ)言頻段以外的噪聲可以用濾波器等簡(jiǎn)單的手段排除在外，不予拾取。這也是為什么選用合適的頻帶較窄的傳聲器拾取的語(yǔ)言信號(hào)反而比頻帶寬的傳聲器更清晰的緣故。

作為一個(gè)音頻工作者，都希望經(jīng)過(guò)自己手出來(lái)的聲音好聽(tīng)、悅耳、飽滿，對(duì)于拾取的語(yǔ)言信號(hào)如何做到呢？筆者為此咨詢(xún)了資深的節(jié)目制作人，“主要是在語(yǔ)言的有效頻率范圍內(nèi)作處理，例如，3 kHz ～ 6 kHz范圍作適當(dāng)?shù)奶嵘?，“在語(yǔ)言的有效頻率范圍外主要是減少干擾”。顯然，在拾取的語(yǔ)言信號(hào)的頻率范圍以外來(lái)處理語(yǔ)言信號(hào)只會(huì)“畫(huà)蛇添足”。

因此，筆者認(rèn)為：參加高端會(huì)議的群體對(duì)社會(huì)有更大的責(zé)任，對(duì)氣候環(huán)境的惡劣變化更為關(guān)注，自然環(huán)境固然有其自身變化的規(guī)律，但是人類(lèi)資源的不愛(ài)惜無(wú)疑加劇了環(huán)境的惡化。愛(ài)惜資源，節(jié)約能源，應(yīng)該從每一個(gè)人做起。細(xì)細(xì)分析我們電聲行業(yè)還真有不少問(wèn)題值得思考：演出場(chǎng)所利用抬高聲音的響度來(lái)調(diào)動(dòng)所謂觀眾的情緒；擴(kuò)聲系統(tǒng)的最大聲壓級(jí)不管使用場(chǎng)合以高為好；有些年輕人不顧聽(tīng)力損傷整天戴著耳機(jī)聽(tīng)MP3、Mp4的節(jié)目還引以為“時(shí)尚”；電影院里震耳欲聾的效果聲，天天在傷害年輕一代的聽(tīng)力……歐洲議會(huì)首先通過(guò)決議要求音響系統(tǒng)的最大音量限制在85 dB（A）以?xún)?nèi)，這是對(duì)資源愛(ài)惜、對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)的體現(xiàn)。

筆者無(wú)意干預(yù)廠家產(chǎn)品的生產(chǎn)和推廣，僅想借此機(jī)會(huì)呼吁一下，愛(ài)惜資源，保護(hù)環(huán)境。