聲學測量的風險識別與防控

江小婳，王鑫然

（中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045）

在任何領域，風險都是客觀存在的。在實驗室工作中，同樣存在著各類風險，無論是出于主觀因素還是客觀原因，無論是否已經造成影響，都應對風險因素進行識別、分析，制定應對風險的預置方案，加強關鍵節點的控制。

本文中涉及的聲學測量，包括室內建筑聲學參量、廳堂及體育場館的電聲學測量等。其主要風險因素包括人員、設備、環境、方法、結果處理及公正性風險等；風險防控的措施主要包括風險規避、增加防護措施、減少和消除影響、人員培訓、設備維護及校準等。筆者結合過去幾年聲學測量實驗室的工作經驗，分析在建筑聲學及電聲學現場測量及實驗室運行過程中潛在風險因素，并提出相應的防控措施，為提高風險防控、完善體系建設提供參考。

1 人員風險的識別與防控

1.1 人身安全

現場測量與實驗室環境下測量的區別之一就在于，對測試現場的可控性差，不確定因素多。特別是參與建設項目前期、中期測量時，往往現場仍處于施工狀態，測試所使用的供電也是臨時的。測試人員在測試時會暴露在噪聲環境中，如防護不當，將對聽力造成一定損傷。因此，測試人員在開展測試活動的同時，應保證自身的人身安全。

為防控人身安全的風險，測試人員應做到以下幾點：做好安全教育，購置必要的防護用具，如頭盔、反光背心、隔聲耳罩等（見圖1）；測試人員進入施工現場應遵守現場安全規定，做好安全防護，由現場負責人陪同進入測試現場，并了解現場的施工情況、注意事項等；由現場相關專業人員負責供電、機械裝置的操作等。測試時，根據測試內容的情況佩戴隔聲耳罩。

圖1 現場測量時注意安全防護

1.2 人員誤操作

所有測試都必須遵守相關標準的要求，測試人員的經驗、測試方法的選擇以及儀器操作的熟練程度等也會對測試結果產生影響。

為了做好人員誤操作方面的風險防控，可以從以下幾個方面入手：所有測試人員上崗前應進行培訓考核，培訓記錄和考核結果由技術負責人進行復核；定期開展人員比對實驗和質量監督；開展現場監督；制定作業手冊，對標準未明確或選用特殊方法的操作，按相關程序進行審批、論證；對檢測記錄和結果的計算進行審核。

例如，筆者所在實驗室制定的作業指導手冊包括：項目作業指導書、主要設備操作指導、測量報告編制和出版規定、測量文件存檔及管理規定、測量范圍及標準、原始記錄編號規定、外墻構件和外墻空氣聲隔聲的現場測量、手持分析儀的期間核查方法、功率放大器與球型揚聲器的期間核查方法。其中，《外墻構件和外墻空氣聲隔聲的現場測量》在GB/T19889.5—2006的基礎上，規定了測量步驟如下。

測量被測房間尺寸、溫濕度及相關條件（如設備運行情況）并記錄。

打開測量用聲級計并對其進行校準。

根據GB/T19889.5—2006中的規定，確定聲源及傳聲器數量及位置，并手繪位置分布圖。其中，聲源應置于建筑物待測試件外不小于5 m處；室外傳聲器應設置在距離被測外墻2 m處的虛擬平面，并高于接收室地面1.5 m；接收室內傳聲器間距不應小于0.7 m，傳聲器距房間界面不應小于0.5 m，傳聲器與被測外墻間距不應小于1 m。

確認聲源的聲功率能滿足接收室內信噪比不小于10 dB的要求。

用聲級計在規定測點位置測量聲壓級，應保證每次讀取的平均時間不少于6 s。

記錄并存儲各測點聲壓級。

根據GB/T19889.5—2006中的方法分析計算測量結果，并完成報告。報告中應給出聲壓級差、表觀隔聲量及相應的計權單值。

1.3 非測試人員對測試結果的影響

由于現場測試時，除了測試人員，還有項目相關的現場負責人、操作員等，此外還有與測量無關的施工人員、其他作業面的工作人員等。聲學測試時，對測試現場的噪聲環境有一定的要求，其他非測試人員的活動可能會對測試結果產生影響。為了有效避免此類問題的產生，首先要在測試前做好溝通，與項目方確定測試時間以及現場的環境要求，盡量不與其他相干工作進行交叉作業；測試期間，做好對人為干擾的監控。

2 設備風險的識別與防控

2.1 設備適用性：量程、精度、不確定度

實驗室在采購設備之前，應根據測試規范的要求確定所需設備的量程、精度、不確定度等相關指標。選用本領域技術領先、質量可靠、市場成熟且有售后保障的產品。為了便于實驗室開展內部比對，在條件容許的情況下，實驗室可考慮配置2套以上相同或性能差異較小的設備。

當測量規范發生變化或變更時，除了要對方法進行跟蹤，還應對設備指標進行確認以滿足新的規范要求。

同時在現場測量時，需對設備進行合理的設置。例如：測量擴聲系統聲學指標時，應選擇合適的頻率范圍與正確的計權網絡；測量建筑聲學混響時間使用脈沖積分法測量時，需根據空間大小與信噪比，選擇合適的測量次數。以最大長度序列MLS法為例，測量期間，背景噪聲是隨機的，因此多次同步平均可以降低噪聲能量分量，提高信噪比，平均次數每增加一倍能提高3 dB的信噪比。

圖2 信號衰減曲線

得到MLS法的信噪比

可以通過增加平均的次數M來提高信噪比

2.2 定期維護及校準

設備在投入使用之前，應進行檢定/校準，并對校準結果予以確認。此外，設備在使用過程中也應定期進行自檢和送檢以保持其結果的可信度，建立報告結果的計量溯源性。

離開固定實驗室環境的現場測量，設備面臨經常性運輸的問題。所以在設備運輸過程中，要加強保護。在設備出入庫的時候，要檢查設備的工作情況。

3 環境風險

3.1 測試對象的環境控制

現場測量的對象通常是一個場所或者某些功能區域，測量對象處于某個特定環境下。環境因素包括溫濕度、現場的裝修狀態、場所內設備的使用情況。

這些綜合因素在某種意義上也帶來了測量結果的不可重復性。區別于固定實驗室的環境控制，現場測量一方面要記錄好這些環境影響因素，另一方面也需要通過數據的積累和分析，去引入環境影響因素對測試結果不確定度的貢獻。后續對此進行展開。

3.2 非測試對象的環境風險識別與防控

正如“非測試人員對測試結果的影響”一節中所提到的，“聲學測試時，對測試現場的噪聲環境有一定的要求”。外部環境的影響，主要體現在城市交通、樓內機組振動、施工作業以及人員活動的影響。在某些開放環境下，可能還會有空氣流動、雨噪聲等帶來的影響。

測試前除了做好相應的準備工作，還要收集好相應的資料，選擇合適的測試時間和方法，減少外部環境的影響。

4 測量方法的風險與防控

4.1 非標準方法的應用

測量標準規定的是一般方法，適用于大部分的測量對象。但是，在實際工作中，特別是現場測量的過程中，可能會遇到一些特殊情況，需要采取靈活的處理，或者根據工作經驗采用非標準方法。

這些方法在得到有效驗證之前，存在一定風險，對測量結果也會帶來一定影響。因此，使用非標準方法應特別謹慎，首先應征得客戶的同意，形成文字性方法并進行驗證，由技術負責人及行業專家進行方法評審。必要時，應進行方法比對和復測。

例如，在測量擴聲系統最大聲壓級時，根據測量規范GB/T4959—2011《廳堂擴聲特性測量方法》，需使用峰值因數大于等于2的粉紅噪聲信號，標準信號發生器發出的粉紅噪聲信號峰值因數可進行查詢，并且具有較高的平坦度。但在測量過程中若無標準信號發生器，臨時使用未知峰值因數的粉紅噪聲信號時，將在后續計算中無法對聲壓級有效值（RMS值）、最大峰值聲壓級和最大準峰值聲壓級進行轉換，導致無法計算出擴聲系統真實最大聲壓級。

4.2 應用新技術的測量方法

隨著技術發展，對聲學測量的方法也提出了新的挑戰。比如對于采用電子聲學增強系統（也稱電子可變混響系統或電子聲學優化系統等）的測試對象，使用傳統的建筑聲學測量方法所測得的聲學參量是否具有參考性。

在工程實踐中，筆者進行了一些嘗試，使用脈沖響應積分法分別測量某案例在開啟和關閉電子聲學增強系統下的混響時間、早期衰變時間EDT、明晰度C80、強度因子G、清晰度D50、重心時間Ts、早期側向聲能比等參量。結果顯示，電子聲學增強系統給一些參量帶來了變化，而也有一部分參量沒有實質性改變。那么是系統的工作原理本身沒有帶來對這些參量的影響，還是限于現有的測量方法？這些新的不確定因素需要進一步的研究和方法驗證，也需要有更多的案例數據積累。

5 測試結果的準確性

5.1 數據可追溯

實驗數據的記錄方式包括紙質和電子介質兩種方式，兩者在應用上都應有明確的規定。在得到最終的測量報告之前，需要對數據進行一定的計算、圖形化。為了保證測試結果的準確性，原始記錄和原始數據的保存也相當重要。實驗室應制定相應的程序文件來規范對原始記錄的保存和使用。

5.2 測量數據的有效性判斷

在現場測量的過程中，因為儀器故障、環境影響或操作失誤等問題，造成數據的偏差，測量人員根據現場的主觀評價，對數據存疑時，應及時向技術負責人反映，對數據進行復核或復測。

例如，在一次測量項目中，測試人員選用了中斷聲源法進行混響時間測量，測量數據并無異常。但測量人員判斷房間存在明顯的顫動回聲，改用脈沖響應積分法，在脈沖響應曲線上體現出顫動回聲的存在。

5.3 不確定度

正如前文所述，現場測量存在一些來自自身和外界的不確定因素，引入不確定因素分析是對測量結果準確性的一種有效措施。

不確定度的評定分為A類和B類。A類是對觀測列進行統計分析以評定不確定度的方法，主要來源是對同一測量對象選取多個不同測點。B類是非統計分析方法，主要與測試條件、測試環境、測試儀器、測試人員等有關。儀器誤差主要包括測量裝置分辨力、傳聲器靈敏度誤差。信息來源可以是儀器校準、檢定證書、產品說明書、測量依據的標準、引用手冊的參考數據、以往人員比對的數據等。

以混響時間測量為例，要得到測量不確定度。首先，要在測試區域內選取多個測點，在同一測點計取至少3次采樣的平均值，求得最佳估計值（即平均值）：

利用貝塞爾公式求平均值得到實驗標準差：

然后，根據測試儀器靈敏度、分辨力系數以及環境、人員的影響確定不確定度分量。在校準證書給出了擴展不確定度u(xi)和包含因子k，則xi的標準不確定度為

輸入量的標準不確定度u（xi）引起的對y的標準不確定度分量ui（y），需根據數學模型或實驗測量得到靈敏系數（反映了對不確定度的貢獻的靈敏程度）。

此時，即可根據A類和B類分量得到合成標準不確定度uc（y）：

擴展不確定度u=kuc（y），在不確定度分量較多且大小比較接近時，可估計為正態分布，包含因子可取k=2。

6 公正性風險

公正性風險主要來源于客戶的要求、測量工作與設計、施工、調試等工作的交叉。尤其是一些測量項目往往在項目竣工時，需要出具第三方測量報告以滿足竣工驗收的需求。

實驗室出具測量數據及結果必須是準確、客觀、真實的。所有人員應進行培訓并簽署公正性聲明。原始記錄和測量數據應設置備份，并由專人進行復核。參與項目設計、施工、調試的人員進行測量，僅可作為參考和調整依據，不得作為驗收依據。

對于來自客戶的要求，應在合同簽訂前做好充分的溝通，并在合同評審中引起重視。對于影響公正性的要求，應予以否決。

開展測量前，訂立有效的測量合同，明確委托測量的內容、依據、測量計劃、取費標準以及雙方的責任等內容。測量業務的收費不與測量結果相關。

7 結語

風險防控的重點不是應對問題，而是預防問題，實 驗室管理人員與測試人員均應重視風險的識別與防控，聲學現場測量實驗室也不例外。限于工作經驗以及實驗室開展監測項目和對象的限制，筆者所列舉和分析的風險因素與防控措施存在一定的局限性，若有謬誤和不足之處，敬請指正。相信通過同行的共同努力，風險識別與防控體系會不斷完善，應對風險的能力會不斷增強。