如何评价电场系统的声音质量

zhou771126 · 发表于 2005-4-29 09:23

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作者：张迪扬 
电声系统通常是指扩声系统、录音系统和广播系统。电声系统的产品是声音，声音的质量（简称音质）直接关系到听音效果。音质可用仪器（如声级计、频谱仪及其他音频测试仪）定量测试。一般可以测量的技术参数有：频率响应特性、最大声压级、声场不均衡度、传声增益、失真度和混响时间等。这种用仪器测量的方法称为客观测量，客观测量的特点是用精确测量的方法称为客观测量，客观测量的特点是用精确、客观的数据来表示系统的性能。但实际上声音质量的听觉结果有时与客观测量结果常有出入，并且很多参数至今还无法用仪器测定，如声音的丰满度、柔和度、清晰度、层次感、明亮度等等。众所周知，音质效果最终还得由人耳的听觉来确认。我们希望能听到有“音乐味”的、“原汁原味的纯真而自然”的声音，能表达歌唱家、乐器演奏和播音员的艺术感染力，而不是在背台词的歌声或变调的乐声和沙哑尖噪的播音声。因此，对电声系统的评价还需要第二个方法，或者说更重要的方法——音质的主观评价。 
一、音质的主观评价 
音质主观评价是一项相当复杂的过程，涉及到心理学、生理学和专业人员的经验素养等。音质主观评价是直接与人耳的听觉感受联系在一起的，在听音过程中，评价人员根据自己主观的听音感觉，用一些特定的专用词汇来形象化地表达自己听后的感觉。因此，对听评人员来说要做好音质的主观评价工作，必须掌握以下十方面的知识：（1）声音的物理特性；（2）人耳的听觉特性；（3）声音的动态范围；（4）声压级的大小与音质的关系；（5）频率响应特性与音质评价的关系；（6）信号畸变与音质的关系；（7）信号延迟、混响与音质的关系；（8）噪声与音质的关系；（9）音质评价术语；（10）综合评价。 
1、声音的物理特性 声音的质量含有多种成分，其中音调、音色、音量及音品是决定音响效果的四大要素。音调由声波的频谱所决定，它表示声音频率的高低，主要与声源每秒钟振动的次数有关，是人耳对声调高低的主观评价尺度。它的客观评价尺度是声波的频率。音调低，表示振动频率低，声音显得深沉；音调高，表示振动频率高，声音就尖刺。音量由声波的振幅所决定，音量是指声音的强度或响度，标志声音的强弱程度。它主要与声源振动幅度的大小有关，太弱了听不见，太强了会使人受不了。人耳所能听到的声强约为0~120dB之间，寂静的室内噪声约为30dB，在白天室内噪声可达45dB。音色由声波的频谱所决定，音色是指声音的色彩和特点。不同的人和不同的乐器都会发出各具特色的声音，可以说它与声源振动有关。如果说音调是单一频率的表现。而音品则由声波的波形包络所决定。乐音即音乐中使用的声音，其谐波组成和波形包络，包括乐音起始和结束的瞬态，确定了乐音的特征，称为音品。任何声音都有一个成长和衰变的过程，这个过程决定声音的音品。声音的成长和衰变过程不同，听音者的感觉也不相同。所有这些都是声音信号的物理量，是可以进行客观技术测量的。 
2、人耳的听觉特性 
（1）听觉的感受性。人类听觉感受的动态范围很宽，能感受到的最小声压级为0dB，能耐受的最大声压级可达140dB，两者相差1亿倍；人耳能听到的纯音最低可达20Hz，最高为20KHz；对声长的解析力更是惊人。声音要达到一定声级才能听到，最小可听声级称为绝对阈限，是听觉绝对感受性的表征量。人耳对不同参量的两个声音最小听觉称为差别DL，它是听觉差别感受性的表征量。 
（2）听觉灵敏度是指人耳对声压、频率及方位的微小变化的判断能力。当声压发生变化时，人们听到的响度会有变化。同样当频率发生变化时，人们听到音调也会有变化。 
（3）听觉的掩蔽效应是指同一环境中的其他声音会使聆听都不得降低对某一声音的听力，或者说一个声音的听阈因为另一个较强声音的存在而上升的现象称为掩蔽。实验证明：一个音源低于另一个音源46dB，人们就无法听到响度低的声源；低频声波易于掩蔽高频声波，两声波频越接近掩蔽效应越明显。 
（4）听觉延时（哈斯）效应是指当几个先后来到的声音相继到达听者处时,听音者不一定能分辨出先后来到的声音是哪几个，就是说，人的听觉对延时声的分辨能力是有限的,这种现象即人类听觉的延迟效应。 
3、声音的动态范围 电声系统中声音的动态范围，对于信号源来说是指信号中可能出现的最高电压与最低电压之比；放声系统的动态范围通常是指它的最高不失真电压与无信号时的输出电压之比，它们都用dB来表示。显然放声系统的动态范围必须大于输入信号源的动态范围，才能获得高保真的放大效果。动态范围越大，放大器的失真越小，音质越好。 
4、声压级的大小与音质的关系 媒体中有声波传播时，媒体各部份会产生压缩与膨胀的周期性变化。压缩时压强增加，膨胀时压强减少。变化部分的压强，即总压强与静压强的差值称为声压。但人们对声音强弱的感觉并不与声压的大小成正比，而是与声压有效值（或声强有效值）的对数成比例。所以为了适应人类听觉的这一特性，同时也为了计量方便，常把声压有效值和声强有效值取对数来表示声音的强弱。这种表示声音的强弱的数值叫声压级，单位为分贝（dB），用lp = 20 lg Pc / Pr（dB） 式中： Pr 为基准声压（正常人能听到的最弱声音约2*10的负5次方 Pa）。Pc为待测声压。 声压级参量的引入给电声工作者带来很多方便，不但声压级比声压更接近人耳对声音强弱的听觉感觉，而且由于在电声的转换过程中，声压级电路相对应，在电声设备中对电信号强度的控制也就有了规律。 
5、频率响应特性与音质评价的关系 频率响应是电压（或声压）随频率变化的特性（有时简称频响）。在某频率范围内最大值和最小值之差称为不均匀度。满足允许不均匀度的频率范围称为工作频率范围。因此，描述频率响应要指明工作频率范围和不均匀度，例如20Hz~20KHz（+/- 1dB）。理想的频率响应是在通频带内非常平直，即电声系统的输出电平沿频率坐标的分布近似于一条水平直线。直线平直，说明对各频率分量的放大是均匀的。如果有较大的峰谷，说明在这峰谷处放大过大或过小，放音是不会好听的。频率响应通常用增益下降3dB以内的频率范围来表示。 如果音响系统的频率响应不够宽，放音时会感到声音干硬，甚至一些音色相近的乐器齐奏时就会分辨不出来。也就意味着代表它们特色的泛音被削弱了。 
6、信号失真（畸变）与音质的关系 信号失真可分为：谐波失真、互调失真、相位失真、瞬态失真、瞬态互调失真、交越与削波失真等六种。 谐波失真也称为谐波畸变。它是重放信号中新产生的谐波分量的有效值和原来信号的有效值之比，以百分数表示。谐波失真可用失真仪测量，先将基波用窄带滤波器抑制，然后测量出所有谐波的总和与输出电压的比值。 当音乐或语言信号经过有谐波失真的放声系统信号就会出现失真。谐波失真严重时，声音听起来会有发酸的感觉。 互调失真：当两个或两个以上不同频率的信号输入放大器后，由于放大器的非线性，其输出信号中除原输入的信号外，还将产生输入信号的和信号与差信号。例如输入放大器的两个信号频率分别为800Hz和1000Hz，那么输出信号中除了这两个频率外，又多出了（1000-800）=200Hz的差信号和（1000+800）=1800Hz的和信号。这新产生的两种谐波分量就构成了互调畸变。如果输入信号有n个频率，就会产生多达n（n-1）个频率的信号，可想而知这将会是一种什么声音。 相位失真：声频系统输出信号与输入信号之间一般是存在相位差的，尽管数量较小。但它与瞬态响应、瞬态互调失真指标有密切关系。 瞬态失真：瞬态失真它是指放大器对瞬态信号的跟随能力，打击乐器、弹拨乐器都能产生猝发声脉冲即瞬态信号。当瞬态信号输入放大器时，如果放大器瞬态响应差，放大器的输出就跟不上瞬态信号的变化，猝发信号的包络将产生失真，这就是瞬态失真。它主要影响跳跃式短促音符的清晰度。 瞬态互调失真：瞬态互调失真是晶体管电路或集成功放电路所特有的、众所周知，在晶体管电路中往往都加有深度负反馈，而这个深度负反馈又会带来寄生振荡，于是在激励级的集电极与基极之间加入一个小电容作为滞后补偿，以便能在高频时增加相位滞后来抑制药厂寄生振荡。所以当放大器输入脉冲信号时，由于这个补偿充电需要一定的时间，因而放大器的输出端不能立即得到应有的负反馈电压，从而使输入级瞬时过载。而且由于负反馈很深，这种过载电压有时比额定值高几十倍甚至几百倍，因而输出信号被除数削顶，这就是瞬态互调（Transient Intermodulation）失真，简称TIM失真。它是造成“晶体管声”感觉的重要原因。 交越与削波失真：交越失真是由于乙类推挽放大管的起始导通非线性造成的，它也是造成互调失真的原因之一，因而寓于互调失真指标中。削波失真是功放管饱和时，放大器输出信号不随输入信号的增大而增大，输出波形尖峰被除数削平。削波失真的听感是声音模糊而且抖动，特别是在小功率放大器中时常出现这种情况。 
7、信号延迟、混响与音质的关系 在一个设有电声系统的厅堂中的听众，既可听到自然声源（讲话、唱歌、乐器演奏等）发出的声音，也能听到由电声系统发出的声音。这些声到达听音者处的强度与时间的关系我们称之为声音的时间结构。而不同垂直入射角和水平入射角和强度的关系称之为空间结构。这种声音的时间——空间结构（延迟）对声音的可懂度和自然度有很大的影响。表现在两个语音信号在间距10ms~30ms之间到达人耳，有利于语言可懂度的提高，反之较长的延时，如100ms以上，则不利于语言清晰度。 当声源在闭室发声时，由于吸收与反射的作用，声场的建立需要有一个过程。当声源停止发声后，由于声场的建立需要有一个过程。当声源停止发声后，由于声场边界或声场中的反射体使声波在其间多次反射或散射而产生声音延续的现象，称为混响。混响也可以指由以上原因而产生延续的声音蚵见停止发声后，声音并不是立即消失，而是有一个递减过程，这个递减过程的长短主要决定于闭室的大小和对声音的吸收情况。声学工程中，某频率的混响时间是室内声音达到稳定状态，声源停止发声后，残余声音在房间内反复反射，经吸声材料吸收，平均声能密度自原始值减到百分之一（即衰减60dB）所需的时间，记为T60。闭室混响时间的长短对音质有着重要的影响。混响时间长，音质丰满；但过长，在声源发出多个音节时，前一音节的声音尚未递减得足够小，来掩盖后面的音节，从而使听音不够清晰。混响过程短有利于听音的清晰，但混响过短，又使声音显得干涩和强度变弱，造成听音吃力。因此合理设计混响时间对音质至关重要。混响时间的概念以及它的计算公式是由美国物理学家赛宾（W.C.Sabine）于1900年提出的，即： T60=0.161V/Sā T60——室内的混响时间（s） S——室内表面总面积（平方米） ā——墙壁、天花板、地板等房间内表面的平均吸声系数； V——闭室的容积。 由赛宾公式可见，混响时间是与声源无关的表示房间声音特点的一个客观物理量。就是说混响时间仅与房间容积、内表面吸声量有关，而与室内位置无关，即室内各处的混响时间是相等的。 因此说混响时间是影响房间音质的一个主要客观参量，其数值选取是否得当，极大地影响着音质的好坏，不同的厅堂应当选择不同的混响时间。比如大型音乐厅的最佳混响时间应选1.7S左右，一般多功能厅考虑各方面的需要，可在1.3~1.4s间选择。混响时间的长短与厅内容积成正比，与吸音量成反比。高频混响长的音乐厅、声音明亮；低频混响长，声音就温暖；整体混响长的音乐厅，乐声充满大厅，空间感强，富于生气。 
8、噪声与音质的关系 
一般来讲，人们不需要的声音都是噪声。它会对正常听音产生干扰和掩蔽作用，所以要将其限制在一定声级水平以下。从人们的心理反应来量度噪声的感觉称为噪声的主观评价。它与所处的环境、噪声性质、心理状态有关，而且因人而异。一般而说，噪声越大对放声质量影响也越严重。此外，高音调的噪声比响度相同的低音调噪声更使人烦恼。完全消除电声系统内的哭声是不可能的。根据掩蔽效应理论，人们对于那些不需要的声音的觉察程度与这个声音的相对强度有关，只要这个声音的强度比有用声音的强度足够弱，人们就觉察不出它有多大害处了，即有用声掩蔽了不需要的声音。据此，电声设备中的那些不可避免的本底噪声（热噪声、交流“哼”声等）电平究竟应该多低，就取决于测量点需要有用信号的电平值了。也就是说，要根据有用信号的强度来规定允许的最大噪声强度。这就是电声技术标准中的“信号噪声比”指标的来源。信号噪声比简称信噪比，通常用分贝来计量。 信噪比的数学表达式： 对于功率放大器和综合放大器为S/N=10lgPx/P2 对于前置放大器为S/N=20lgUx/U2； 式中： Px——参考输出功率，应取额定输出功率 P2——噪声输出功率 Ux——参考输出电压，应为音量控制器在该特定位置处由额定源电动势所产生的输出电压； U2——噪声输出电压。 信噪比高意味着听音时“干净”，特别是在信号间隙时会感到非常寂静。当你听音时感到“动态范围大”、“音质清晰”、“干净”、“细致”时，信噪比大约要超过90dB。如果信噪比在60dB以下，听音时恐怕就能明显听到“沙沙”声了。不同信噪比条件下，对噪声的主观感觉如下表： 
 
信噪比/dB 主观感觉信噪比/dB 主观感觉 
30 不严格要求时允许的数值 60 除噪声集中于一个窄带外，大多数听众很满意 
40 适用节目动态范围较窄或室内噪声较高时的数值 70 在安静的房间内，也能满意 
50 大多数听众基本满意 80以上在安静房间内要求很高时，也非常满意 9、音质评价术语 
对电声系统进行音质评价时，为了使评价用语为： 
（1）清晰：语言可懂度高，乐队层次分明。反义司为“模糊”、“浑浊”。 
（2）平衡：节目各声部的比例协调，立体声左右声道的一致性好。反义词为“不平衡”。 
（3）丰满：听感温暖、舒适、有弹性。反义词为“单薄”、“干涩”。 
（4）力度：声音坚实有力。反义词“力度差”。 
（5）圆润：声音优美动听，有光泽而不尖噪。反义词为“粗燥”。 
（6）明亮：声音明朗、活跃。反义词为（灰暗）。 
（7）柔和：高音不尖刺，听来悦耳、舒服。反义词为“尖”、“硬”。 
（8）融合：声音交织融汇、整体感好。反义词为“散”。 
（9）真实：能保持原有声音特点。反义词为“不真实”。 
立体声效果评价用语： 
（1）立体感：声像方位基本准确，音质与定位相呼应。 
（2）空间感：节目显现的厅堂感真实、活跃、得体、人工模拟的某种空间感切合节目特征。 
（3）临场感：声音使人有一定程度的“身临其境”之感受。 
总体评价用语： 
（1）自然感：音质变化自然，处置恰如其分，总体流畅、自如、亲切。 
（2）氛围感：气势、格调、动态范围等与作品相符。 
（3）整体感：音质与立体效果协调、统一。 
（4）单声兼容性：立体声节目作单声重放时，音质、平衡、层次、空间感等良好。 
10、综合评价 音质的总体评价包括：清晰度、平衡度、丰满度、力度、圆满度、明亮度、柔和度、融合度、真实度及特殊听感等十项，其中特殊听感是指齿音、沙哑、发破、金属声、复印效应及其他杂音（交流声、打火声、磁感声、卜卜声、接头声等）。立体效果评价内容为自然感、氛围感、整体感和单声兼容性。 如果为语言，则音质的评价内容只需包括：清晰度与可懂度、平衡度、丰满度、圆润度、真实度和特殊听感等七项。 
二、音质的评价方法 
音质评价有直接评分法和对比法两种。直接评分法由于各人给分的标准不统一，故使评价结果分散。对比较法则是将音质评价参数配合成不同的组合，各对出现的次序用抽签方法确定。试听者听两种轮流出现的组合，判断哪一种更好或予评分，评价结果用统计方法分析并给出置信度。 电声设备的音质评价需在具有规定声学特性的试听室内进行。试听者听两种轮流出现的组合，判断哪一种更好或予评分，评价结果用统计方法分析并给出置信度。 电声设备的音质评价需在具有规定声学特性的试听室内进行。试听室的混响时间，IEC建议500Hz频率的混响时间为0.4~0.6s。不得有低频嗡嗡声和高频咝咝声。环境噪声要低于40dBA。试听室容积应在120~150立方之间，其长、宽、高的比例应为1.9：1.4：1.0。试听人员至少7人，包括不同性别、不同年龄。试听人员应当有录音导演或录音师、声学工作者、播音员及其他人员。这些人通常要经过听力测试的筛选并经过试听培训。试听节目要有代表性，对音质优劣较易觉察，选择的节目应该既无很大吸引力又不会令人感到压倦，并且具有语言、戏曲和音乐的特征。对于电声器件或电声设备的主观评价可用同一套高质量放声系统，改变其中英雄模范个部件进行比较。 总之，电声系统的音质评价涉及到的技术与艺术等许多领域，对声音质量的评价除了要求符合一定技术指标外，还应当通过人的听感得出主观的评价。这不仅是由于客观测量所得到的物理量还不足以反映电声系统的真实质量，还由于声音最终是为了让人们聆听的。因此，我们认为客观测量是音响效果评价的基础，主观评价是听觉感官的最后结果，两者之间是一种相辅相成、互为补充的结果，缺一不可。

不帅 · 发表于 2014-3-24 16:01

我了个去，顶了

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