張利濱,陳盛玉,徐文學(xué)
(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三研究所,北京 100015)
《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)[1]在會(huì)議電視系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,積極推動(dòng)了我國(guó)會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程建設(shè)。近年來,我國(guó)會(huì)議電視系統(tǒng)發(fā)展非常迅猛,而標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布至今已有十余年的時(shí)間。因此,《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)將在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上,與國(guó)家和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。其中,有關(guān)音頻系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)的參數(shù)與會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)本身的擴(kuò)聲特性指標(biāo)密切相關(guān)。本文旨在根據(jù)以往會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)的使用效果和音頻系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果經(jīng)驗(yàn),對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)的音頻系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析,提出會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程中“音頻系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)”的修改建議。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于最大聲壓級(jí)都有具體的規(guī)定?!稄d堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50371—2006)[2]和《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 28049—2011)[3]中,最大聲壓級(jí)用峰值表示。在測(cè)量時(shí),以峰值因數(shù)(1.8~2.2)限制的額定通帶粉紅噪聲為信號(hào)源,測(cè)得各窄帶有效值的平均值后加上峰值因數(shù)(5.1~6.8 dB),也就是峰值聲壓級(jí)比有效值(均方根值)聲壓級(jí)高6 dB 左右。
《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中,最大聲壓級(jí)用有效值(均方根值)表示。測(cè)得的有效值聲壓級(jí)比峰值聲壓級(jí)低6 dB左右。指標(biāo)對(duì)比如表1 所示。
表1 會(huì)議類廳堂最大聲壓級(jí)指標(biāo)對(duì)比表
最大聲壓級(jí)指標(biāo)用于衡量音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)所能提供的最大聲壓數(shù),數(shù)值的大小與音頻系統(tǒng)的使用功能、造價(jià)直接相關(guān)。
傳輸頻率特性也是擴(kuò)聲系統(tǒng)的重要特性指標(biāo)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,不同類型、不同級(jí)別的擴(kuò)聲系統(tǒng),有不同的傳輸頻率特性指標(biāo)要求。表2 為會(huì)議類廳堂傳輸頻率特性指標(biāo)對(duì)比。
表2 會(huì)議類廳堂傳輸頻率特性指標(biāo)對(duì)比
會(huì)議類廳堂的傳聲增益指標(biāo)對(duì)比如表3 所示。由表3 可以看出,《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)要求》(GB/T 36447—2018)[4]演示型一級(jí)中對(duì)于傳聲增益的要求最高。《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50371—2006)的會(huì)議類、《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 28049—2011)的會(huì)議類和《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)的傳聲增益聲學(xué)特性指標(biāo)是基本一致的。
表3 會(huì)議類廳堂傳聲增益指標(biāo)對(duì)比表
會(huì)議類擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲場(chǎng)不均勻度目前多以高頻來衡量,以1 000 Hz 和4 000 Hz 的聲場(chǎng)不均勻度指標(biāo)為基本要求,基本可以滿足設(shè)計(jì)和使用要求。會(huì)議類廳堂聲場(chǎng)不均勻度指標(biāo)對(duì)比如表4 所示。
由表4 可以看出,《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)要求》(GB/T 36447—2018)演示型中對(duì)于聲場(chǎng)不均勻度的要求最高?!稄d堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50371—2006)的會(huì)議類、《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 28049—2011)的會(huì)議類和《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)的聲場(chǎng)不均勻度聲學(xué)特性指標(biāo)是基本一致的,僅《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)相較于另外兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的會(huì)議類不均勻度指標(biāo)增加了2 000 Hz 的聲場(chǎng)不均勻度指標(biāo)。
表4 會(huì)議類廳堂聲場(chǎng)不均勻度指標(biāo)對(duì)比表
語言傳輸指數(shù)是音質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),可以反映廳堂或擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲音傳輸質(zhì)量,是評(píng)價(jià)語言傳輸系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的重要依據(jù)。會(huì)議類廳堂語言傳輸指數(shù)指標(biāo)對(duì)比如表5 所示。
由表5 可以看出,《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)要求》(GB/T 36447—2018)演示型中對(duì)于語言傳輸指數(shù)的要求最高,其后排序是《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)和《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 28049—2011)。
表5 會(huì)議類廳堂語言傳輸指數(shù)指標(biāo)對(duì)比表
總噪聲級(jí)在國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中有兩種定義方式。一種是系統(tǒng)總噪聲級(jí),指的是擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)到最高可用增益時(shí),聽眾區(qū)各測(cè)量點(diǎn)由擴(kuò)聲系統(tǒng)所產(chǎn)生的各頻帶的噪聲聲壓級(jí)(扣除環(huán)境背景噪聲影響)平均值,因此在測(cè)量時(shí)需要扣除環(huán)境背景噪聲的影響。另一種是總噪聲級(jí),指的是擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)到最高可用增益、無有用聲信號(hào)輸入時(shí),聽眾區(qū)各測(cè)量點(diǎn)噪聲聲壓級(jí)的平均值,包含了擴(kuò)聲設(shè)備自身產(chǎn)生噪聲和系統(tǒng)所在聲環(huán)境背景噪聲的總和。
會(huì)場(chǎng)背景噪聲是建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。噪聲控制設(shè)計(jì)的好壞,直接影響會(huì)場(chǎng)背景噪聲的數(shù)值大小。會(huì)議類廳堂總噪聲級(jí)指標(biāo)對(duì)比如表6所示。
由表6 可以看出,《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)和《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 28049—2011)的總噪聲級(jí)中包括背景噪聲,要求NR 評(píng)價(jià)曲線數(shù)值相同?!稄d堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50371—2006)和《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)要求》(GB/T 36447—2018)規(guī)定的是系統(tǒng)總噪聲級(jí)(扣除環(huán)境背景噪聲),其中《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)要求》(GB/T 36447—2018)對(duì)于系統(tǒng)總噪聲級(jí)要求最低。
表6 會(huì)議類廳堂總噪聲級(jí)指標(biāo)對(duì)比表
2.1.1 語言類擴(kuò)聲和音樂類擴(kuò)聲的需求差異性
最大聲壓級(jí)指標(biāo)是衡量音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)所能提供的最大聲壓數(shù),數(shù)值的大小與音頻系統(tǒng)的使用場(chǎng)所、功能以及造價(jià)直接相關(guān)。根據(jù)本文章節(jié)1.1 的內(nèi)容分析,擴(kuò)聲系統(tǒng)工程的等級(jí)(檔次)越高,最大聲壓級(jí)指標(biāo)要求也越高。但是演出類和會(huì)議類的擴(kuò)聲系統(tǒng)使用功能不同,對(duì)于最大聲壓級(jí)的要求也不盡相同。
用于演出類的擴(kuò)聲系統(tǒng),應(yīng)兼具音樂擴(kuò)聲和語言擴(kuò)聲的功能,既要有一定的音樂動(dòng)態(tài)范圍,從而達(dá)到震撼人心的效果,突出演出的水平,又要有一定的語言清晰度。其中,音樂類擴(kuò)聲的音樂信號(hào)峰值因數(shù)約為5~7,而一些古典音樂和一些交響樂的信號(hào)峰值因數(shù)甚至可以達(dá)到20。
用于會(huì)議類的擴(kuò)聲系統(tǒng),主要用于語言類擴(kuò)聲,主要需滿足語言清晰度的要求,在聽聞范圍內(nèi)滿足聲像一致性、良好的語言清晰度以及聽者良好的主觀感受,即具備長(zhǎng)時(shí)間的聽覺舒適性即可。其中,語言類擴(kuò)聲的語音信號(hào)峰值因數(shù)約為3~4,而優(yōu)秀的播音員語音信號(hào)峰值可以達(dá)到10。
2.1.2 語言清晰度與聲壓級(jí)的關(guān)系
根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60268-16[5]文件的介紹,聲音的語言清晰度與聲壓級(jí)有密切關(guān)系。一般來說,聲壓級(jí)愈高,室內(nèi)語言清晰度也會(huì)愈高,但并非聲壓級(jí)無限增大。
人耳聽覺系統(tǒng)在聲壓級(jí)較低或者較高時(shí),敏感度降低。聲壓級(jí)較低時(shí)(如20~50 dB SPL),聽覺閾值作用導(dǎo)致人耳敏感度降低。當(dāng)聲壓級(jí)較高(如大于80 dB SPL),掩蔽效應(yīng)導(dǎo)致人耳敏感度降低。
聽覺掩蔽功能曲線隨IEC 60268-16 標(biāo)準(zhǔn)各版本的發(fā)展如下:
(1)1998 年發(fā)布的版本,edition 2.0,含固定的聽覺掩蔽功能(>80 dB 范圍為平直不衰減的曲線);
(2)2003 年發(fā)布的版本,edition 3.0,含連續(xù)的聽覺掩蔽功能(>80 dB 范圍為階梯狀衰減的曲線);
(3)2011 年發(fā)布的版本,edition 4.0,含連續(xù)的聽覺掩蔽功能(>80 dB 范圍為平滑衰減的曲線)。
標(biāo)準(zhǔn)各版本中,語言清晰度與聲壓級(jí)的關(guān)系如圖1 所示。從圖1 中可清楚地看到,語言清晰度隨著聲壓級(jí)的變化存在很大的差異,但是語言清晰度在聲壓級(jí)50~80 dB 之間是基本穩(wěn)定不變的,而聲壓級(jí)升高到80 dB 以上時(shí),語言清晰度急劇下降。因此,聲壓級(jí)并非越大越好,而是要根據(jù)不同的使用場(chǎng)景和要求來確定具體的聲壓級(jí)數(shù)值。對(duì)于會(huì)議系統(tǒng)這種語言類使用的廳堂來說,聲壓級(jí)控制在50~80 dB 時(shí),聽聞效果最佳。
圖1 語言清晰度與聲壓級(jí)的關(guān)系
2.1.3 高聲壓級(jí)的危害
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization,ISO)提出的噪聲暴露引起聽力損傷的百分?jǐn)?shù)(ISO 1999-1975)如表7 所示。
由表7 可以看出,等效連續(xù)A 聲級(jí)≤80 dB 時(shí),暴露年數(shù)為45 年時(shí),對(duì)應(yīng)的噪聲暴露引起聽力損傷的百分?jǐn)?shù)為50%;等效連續(xù)A 聲級(jí)為95 dB 時(shí),暴露年數(shù)為30 年時(shí),對(duì)應(yīng)的噪聲暴露引起聽力損傷的百分?jǐn)?shù)為45%。由此看出,經(jīng)過常年累月的積累,大聲級(jí)對(duì)聽力的損傷較大,同樣大聲級(jí)增加對(duì)擴(kuò)聲區(qū)域外的干擾也不容忽視。
表7 ISO 提出的噪聲暴露引起聽力損傷的百分?jǐn)?shù)
2.1.4 盲目追求高聲壓級(jí)的資源浪費(fèi)
表8 為功率比與分貝的變化關(guān)系,可以看出,聲壓級(jí)增加3 dB,功率增加一倍;聲壓級(jí)增加10 dB,功率增加十倍,相應(yīng)的造價(jià)也會(huì)極大提高。因此,盲目追求高聲壓級(jí)是對(duì)資源的極大浪費(fèi),是不可取的。
表8 功率比與分貝變化的關(guān)系
由于語言擴(kuò)散系統(tǒng)的傳輸頻率特性在1~2 kHz 保持平直,2~4 kHz 的跌落不大于3 dB/oct(分貝/倍頻程),即可保持較高的清晰度。
會(huì)議音頻系統(tǒng)傳聲增益的一級(jí)指標(biāo)為125~6 300 Hz 的平均值大于或等于-10 dB,二級(jí)指標(biāo)為125~4 000 Hz 的平均值大于或等于-12 dB。這基本符合實(shí)測(cè)值和實(shí)際使用情況。并且,傳聲增益在-10~-12 dB,在應(yīng)用中屬于優(yōu)或良,在工程實(shí)踐中屬于正常水平。
目前,國(guó)內(nèi)會(huì)議室設(shè)計(jì)多選用性能優(yōu)異的音箱并且都有合理的音箱布置。根據(jù)以往會(huì)議室的實(shí)際測(cè)量結(jié)果來看,國(guó)內(nèi)會(huì)議室的聲場(chǎng)不均勻度基本都能滿足要求,甚至有些會(huì)議室的空間聲場(chǎng)不均勻度指標(biāo)還留有余量。
語言傳輸指數(shù)在0~1 之間,按主觀感覺分為5 檔,如表9 所示。
從表9 可以看出,語言傳輸指數(shù)0.45~0.60為五級(jí)評(píng)價(jià)表的“中”,0.60~0.75 為五級(jí)評(píng)價(jià)表的“良”。從以往一些會(huì)議室的實(shí)際測(cè)量結(jié)果來看,語言傳輸指數(shù)大部分在0.50~0.60 之間。
表9 語言傳輸指數(shù)分級(jí)對(duì)應(yīng)主觀感覺
IEC 60268-16 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了語言傳輸指數(shù)與主觀評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如表10 所示。
由表10 可以看出,對(duì)于“復(fù)雜信息,熟悉的語境”,語言傳輸指數(shù)在0.50~0.60 的范圍內(nèi)是合適的。
表10 語言傳輸指數(shù)與主觀評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)關(guān)系表
音頻系統(tǒng)總噪聲級(jí)的一級(jí)指標(biāo)為NR-30,二級(jí)指標(biāo)為NR-35,符合我國(guó)的實(shí)際情況。
對(duì)于室內(nèi)語言類擴(kuò)聲系統(tǒng)來說,平均聲壓級(jí)約為68~74 dB。根據(jù)會(huì)場(chǎng)語言擴(kuò)聲系統(tǒng)輔音清晰度損失率的相應(yīng)計(jì)算(即會(huì)場(chǎng)混響時(shí)間為1.0 s,信噪比大于等于18 dB 情況下時(shí)),得出輔音清晰度損失小于15%。也就是在要求輔音清晰度損失小于15%時(shí),會(huì)場(chǎng)的信噪比必須大于18 dB。結(jié)合會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)總噪聲要求,會(huì)場(chǎng)的本底噪聲約為30~40 dB,即可推算出會(huì)場(chǎng)較佳聲場(chǎng)動(dòng)態(tài)的下限約為48~58 dB,與室內(nèi)語言擴(kuò)聲平均聲壓級(jí)具備10~20 dB 的動(dòng)態(tài)下限。
就語言的動(dòng)態(tài)而言,根據(jù)國(guó)標(biāo)《漢語標(biāo)準(zhǔn)頻譜》(GB/T 7347—1987),自然狀態(tài)發(fā)音(指既非高喊亦非輕聲的發(fā)音)的自由場(chǎng)聲壓級(jí)在口前1 m 遠(yuǎn)處的平均值,男聲為67 dB,女聲為63 dB。
男生在自由場(chǎng)1 m 處聲壓級(jí)平均值為67 dB,推算在傳聲器處(距男生嘴巴10 mm 處)的平均聲壓級(jí)為87 dB。結(jié)合擴(kuò)聲系統(tǒng)傳聲增益(按一級(jí)指標(biāo)-10 dB 最大值計(jì)算),會(huì)場(chǎng)此時(shí)的平均有效聲壓級(jí)約為77 dB。
男生長(zhǎng)時(shí)間講話的平均功率變化范圍約10~91 μW,其平均值為34 μW,換算之后即可得到,最小聲壓級(jí)與平均聲壓級(jí)相差-10.6 dB,最大聲壓級(jí)與平均聲壓級(jí)相差8.5 dB。同樣,對(duì)于女生,長(zhǎng)時(shí)間講話的平均功率變化范圍約8~51 μW,其平均值為18 μW,換算之后即可得到,最小聲壓級(jí)與平均聲壓級(jí)相差-7 dB,最大聲壓級(jí)與平均聲壓級(jí)相差9 dB。據(jù)此推算,會(huì)場(chǎng)具備平均有效聲壓級(jí)的范圍在66~85.5 dB。在設(shè)計(jì)會(huì)場(chǎng)平均聲壓級(jí)下限時(shí),還需要考慮會(huì)場(chǎng)的不均勻度指標(biāo)(按一級(jí)指標(biāo)8 dB 計(jì)算)。據(jù)此估算,會(huì)場(chǎng)聲壓級(jí)下限指標(biāo)能夠滿足較佳聲場(chǎng)動(dòng)態(tài)下限48~58 dB 的指標(biāo)要求。
在考慮會(huì)場(chǎng)聲壓級(jí)上限指標(biāo)時(shí),需要結(jié)合功率放大器的儲(chǔ)備功率和語音信號(hào)峰值因數(shù)等因素,需要一定的冗余量。
對(duì)于會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)這種語言類的擴(kuò)聲系統(tǒng)來說,提高聲壓級(jí)并非難事,只需增加揚(yáng)聲器的數(shù)量或放大器的功率和數(shù)量即可,但是相應(yīng)的預(yù)算造價(jià)會(huì)隨之增加。因此,對(duì)于最大聲壓級(jí)的指標(biāo),建議在不影響語言清晰度的前提下可以適當(dāng)?shù)亟档?,以達(dá)到最大的投資性價(jià)比,從而滿足綠色、節(jié)能、環(huán)保、舒適、健康的音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。
因此,對(duì)于《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中規(guī)定的最大聲壓級(jí),建議在原先基礎(chǔ)上下調(diào)3 dB,一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)更改為表11 的建議值。
表11 最大聲壓級(jí)特性指標(biāo)(建議修訂值)
對(duì)于《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中規(guī)定的傳輸頻率特性指標(biāo),建議更改為表12 的建議值。
表12 傳輸頻率特性指標(biāo)(建議修訂值)
對(duì)于《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中規(guī)定的傳聲增益指標(biāo)建議不作變更。
對(duì)于《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中規(guī)定的聲場(chǎng)不均勻度,建議在原先基礎(chǔ)上上調(diào)2 dB,一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)更改為表13 的建議值。
表13 聲場(chǎng)不均勻度特性指標(biāo)(建議修訂值)
對(duì)于《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中規(guī)定的語言傳輸指數(shù)指標(biāo),建議不作變更。
對(duì)于《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)中規(guī)定的總噪聲級(jí)指標(biāo),建議不作變更。
《會(huì)議電視會(huì)場(chǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50635—2010)歷經(jīng)多年的考驗(yàn)和實(shí)踐,已廣為本行業(yè)所采用。行業(yè)相關(guān)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和使用過程中結(jié)合主觀聽音試驗(yàn)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),以此不斷修正完善標(biāo)準(zhǔn),以擴(kuò)展其使用范圍。