愛 惜 資 源

趙其昌

（南京大學 聲學研究所，江蘇 南京 210093）

1 引言

2009年PALM展會期間，筆者陪同原國家檢測中心的一位高級工程師參觀時，了解到有的公司會議系統的頻率響應做到了20 Hz ～ 20 kHz。我們認為會議系統主要拾取語言信號，頻響沒有必要做得那么寬，會議系統的指標超出實際需要，給檢測設備的系統提出了難題，要求系統作不必要的升級；同時，檢測設備需要計量，又涉及計量部門的升級，這實際上是一種資源浪費。會議系統有沒有必要做到20 Hz ～ 20 kHz，這里不準備作進一步的評說。本文提供一些原始資料和標準，請讀者自行參考、判斷。

2 漢語標準頻譜

我國國家標準GB7347《漢語標準頻譜》給出了漢語普通話的標準頻譜，簡稱漢語標準頻譜。漢語標準功率譜密度級以長期平均總功率歸一的數值列于表1，相應的曲線見圖1。

漢語標準功率譜密度級曲線的函數形式為：

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 漢語標準功率譜密度級

式中：y為以長期平均總功率歸一的功率譜密度級，dB；

x為相對于250 Hz的倍頻程數；

f 為頻率，Hz。

該標準由南京大學聲學研究所包紫薇教授負責制定。在標準的起草過程中采集了大量的漢語樣本，發音人自然狀態發音，不限定發音人的聲壓級。根據樣本分析得到了漢語的長期平均功率譜密度的統計值，由此得出漢語的標準譜（功率譜密度系指單位帶寬內功率按頻率的分布）。該標準是語言的產生、傳輸、接收及語言信號處理（含語言節目錄音）等語言通信系統、電聲器件和測試設備的設計依據。

3 人耳的聽覺特性

3.1 等響曲線

ISO226:2003《Acoustics——Normal equal-loudness-level contours》中給出了最新的自由場測聽條件下純音標準等響級線，見圖2。

圖中給出了在自由場條件下測得的18歲～25歲的耳科正常人平均判斷的等響級線，頻率范圍20 Hz ～ 12 500 Hz（并沒有給出直到20 kHz的數據）。因為缺少20 phon和聽閾之間的實驗數據，10 phon等響級線用點線表示。同時，100 phon的等響級線也用點線表示，這是因為只有一個研究所提供了100 phon等響級線的數據。

本標準給出的感覺上響度相等的一組純音的頻率和其聲壓級的關系曲線，以表示人的聽覺系統的基本特性，這在心理聲學領域有重要意義。

3.2 自由場與擴散場測聽的基準聽閾

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 校準測聽設備的基準零級 第7部分：自由場與擴散場測聽的基準聽閾）中給出了雙耳測聽時自由場（前向入射）純音和擴散場1/3倍頻程頻帶噪聲的基準聽閾，見圖3。

本標準規定的測試條件是：

（1）聽者不在場時的聲場：自由場平面行波場（自由場）或擴散場；

（2）聲信號：自由場為純音信號，擴散場為1/3倍頻程頻帶噪聲；

（3）聲壓級的測量應在受試者不在場時，在其頭的中心位置進行；

（4）受試者兩耳收聽，在自由場中應面對聲源。

測試頻率范圍為20 Hz ～ 16 kHz，1/3倍頻程的中心頻率和直至18 kHz的某些中間測聽頻率。采用的數據來自15篇參考文獻（詳見ISO389附錄A）。

3.3 語言信號在人類聽聞區域的位置

圖4給出了人類聽聞范圍中語言信號所占的位置。其中，Audible range：聽聞范圍；Music：音樂；Speech：語言；Threshold of feeling：痛閾；Threshold of hearing：聽閾。

4 對傳聲器頻率響應的要求

GB/T14198《傳聲器通用條件》中規定了傳聲器的頻率響應的要求。傳聲器的頻率響應曲線不應超出圖5中實線所示的容差范圍。圖中實線范圍為50 Hz ～ 10 kHz，在實線范圍以外不作規定，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為全向內接式駐極體傳聲器頻響的容差范圍。

對于高保真傳聲器按GB9402規定，頻率響應要求為50 Hz ～ 12 500 Hz。對于單個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

在拾取語言信號時不可能不受到外界的干擾，這里給出兩個實測的例子。圖6是空調裝置的噪聲（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 結束語

隨著數字技術的發展，音頻設備的技術更新有了很大的空間，動態范圍擴展了，信噪比提高了，頻率響應展寬了，音質提高了……以前想做而做不到的，現在有實現的可能了，這是一個很好的機遇，如何用好這些技術是值得我們思考的。“好鋼要用在刀刃上”，而不是盲目跟進。

會議系統拾取的聲信號是語言信號，語言在人類聽覺范圍內僅占很小的一部分，然而，干擾拾取語言信號的噪聲卻覆蓋整個聽覺范圍。一般說，低頻段受到振動和機械噪聲的干擾，中高頻段受到電氣和環境噪聲的干擾。傳聲器標準規定的特性是針對整個音頻范圍內拾取信號用的傳聲器制定的，所以，用來拾取語言信號時，常常會把不需要的噪聲拾取進來。在語言頻段內的噪聲無法用簡單的方法來去除，而在語言頻段以外的噪聲可以用濾波器等簡單的手段排除在外，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言信號反而比頻帶寬的傳聲器更清晰的緣故。

作為一個音頻工作者，都希望經過自己手出來的聲音好聽、悅耳、飽滿，對于拾取的語言信號如何做到呢？筆者為此咨詢了資深的節目制作人，“主要是在語言的有效頻率范圍內作處理，例如，3 kHz ～ 6 kHz范圍作適當的提升”，“在語言的有效頻率范圍外主要是減少干擾”。顯然，在拾取的語言信號的頻率范圍以外來處理語言信號只會“畫蛇添足”。

因此，筆者認為：參加高端會議的群體對社會有更大的責任，對氣候環境的惡劣變化更為關注，自然環境固然有其自身變化的規律，但是人類資源的不愛惜無疑加劇了環境的惡化。愛惜資源，節約能源，應該從每一個人做起。細細分析我們電聲行業還真有不少問題值得思考：演出場所利用抬高聲音的響度來調動所謂觀眾的情緒；擴聲系統的最大聲壓級不管使用場合以高為好；有些年輕人不顧聽力損傷整天戴著耳機聽MP3、Mp4的節目還引以為“時尚”；電影院里震耳欲聾的效果聲，天天在傷害年輕一代的聽力……歐洲議會首先通過決議要求音響系統的最大音量限制在85 dB（A）以內，這是對資源愛惜、對社會負責的體現。

筆者無意干預廠家產品的生產和推廣，僅想借此機會呼吁一下，愛惜資源，保護環境。