现代音响工程设计手册-第四章.doc

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第四章 音质评价

扩声音响系统的产品是声音，因此鉴别音响系统效果优劣的最主要的标准是声音的质量（简称音质）。音质的好与差通常可用音频测试仪器（如声级计、频谱仪和音频综合测试仪等）的定量测定来表达。测量的技术参数有：频率响应特性、最大声压级和声场不均匀度、传声增益、失真度和混响时间等等。这些技术参数的测量称为客观测量，它的特点是精确、客观，能用数据来表示系统的特性。
但是，客观测试的结果还不能完全表达主观听觉的结果，如声音的丰满度、柔和度、层次感、明亮度、圆润度、平衡度……等等，这些听觉结果至今还无法用仪器来测定。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”纯真自然的声音，能表达出歌唱家和乐器演奏家的艺术感染力，而不是在背台词或变调的声音。因此音质主观评价是比客观测量更为重要的一种评价方法。两者的关系可以这样来理解：客观测量是音响效果评价的基础，主观评价是听觉感的最后结果，两者之间既有内在联系，又不能相互替代一一对应，是一种互为补充的结果，缺一不可。
4.1声音的客观测量
扩声系统（包括建筑声学特性在内）可用声学仪器测量的技术指标有最大声压级、声场不均匀度、传输频率特性（简称频响特性）、传声增益、失真、噪声、混响时间和声音清晰度等八项。对于不同使用场合，有不同要求。我国现已颁布实施的专业标准有：
（1） GB4959-85《厅堂扩声特性测量方法》
（2） GYJ25-86《厅堂扩声系统的声学特性指标》
（3） WH0301-93《歌舞厅扩声系统的声学特性指标及测量方法》
（4） GB/T13156-91《电影院观众厅建筑声学的技术要求》
（5） JGJ57-2000，J67-2001《剧场建筑设计规范》
（6） JGJ/T131-2000，J42-2000《体育馆声学设计及测量规程》
上述六项专业标准中规定了前六项技术指标要求及其测量方法。现以厅堂声学特性的测量方法为例（其他扩声系统的测量方法类似）简介如下。各项标准见附录1。
4.1.1厅堂扩声系统声学特性指标的测量方法
4.1.1.1各项技术指标的含义
1、最大声压级：厅内空场稳态时的最大声压级。
2、最高可用增益：扩声系统在声反馈自激临界状态时的增益减去6dB余量的增益。
3、传输频率特性：扩声系统达到最高可用增益时，厅堂内各听众席处稳态声压级的平均值相对于系统传声器处的声压级（或设备输入端电压）的幅频响应（即听众席平均声压级的幅频响应与传声器处声压级幅频响应的差值）。
4、传声增益：扩声系统达到最高可用增益时，厅内各测点处稳态声压级的平均值与扩声系统传声器处声压级的差值，以dB表示。
5、声场不均匀度：厅堂内各测点处得到的稳态声压级的极大值和极小值的差值，以dB表示。
6、背景噪声：系统不工作时，厅堂内各测点处的本底噪声声压级的平均值。
7、总噪声：扩声系统达到最高可用增益和没有声信号输入时，厅堂内各测点处噪声声压级的平均值。
8、系统失真：扩声系统由输入声信号到输出声信号全过程中产生的非线性畸变。
9、混响时间：声源达到稳态，待停止发声后室内声压级衰减60dB所需的时间。
4.1.1.2测量条件
1、测量前，扩声系统应按设计要求在厅堂内安装完毕，并调整系统，使之处于正常工作状态。系统均衡器应调整到最佳补偿状态。
2、测量时，扩声系统中调音台的音调调节器应置于“平直”位置。比赛大厅的门窗、窗帘的状态均应与实际使用时的状态一致。
3、测量混响时间时，测点的信噪比应大于35dB；测量传输频率特性、传声增益、最大声压级、声场不均匀度时，测点处的信噪比应大于15dB。
4、混响时间可在空场、满场条件下分别进行。其他声学技术指标的测量可在空场条件下进行。
5、测点的选取应符合下列规定：
（1） 所有测点与墙面的距离均应大于1.5m。距地面的高度为1.1～1.2m。有楼座的厅堂，测点应包括楼座区域。
（2） 对称的厅堂，测点可在中心线的一侧（包括中心线）区域内选取。
（3） 传输频率特性、传输增益、最大声压级、系统失真和反射声时间分布的测点数不得少于全池座位的千分之五，最少不得少于8点，还必须包括图4-1中的P、P‘、P“三点及池座、楼座距后墙1.5m处的坐席等测点。
（4） 声场不均匀度的测点数不得少于坐席的1/60，它们可以是中心线的一列。在左半场（或右半场）再均匀取1～2列。每隔几排进行选点测量。
（5） 混响时间及再生混响时间测量，空场时不少于5点，满场时不少于3点。并必须包括图4-1中的P、P‘两点。满场测点必须与空场测点重合。需要时可增设舞台上的测点。
（6） 总噪声及背景噪声测量只在空场条件下进行，测点选取同上。
（7） 非对称厅堂应增加2/3数量的测点。

图4-1 中心线的测点位置
4.1.1.3测试项目及测量方法
1、传输频率特性：有电输入法和声输入法两种测量方法。
（1）电输入法
测量连接图如图4-2所示。测量步骤如下：

图4-2 传输频率特性测试系统连接图（电输入法）
1） 开启测试系统，通过1/3倍频程带通滤波器（可用1/3倍频程图象均衡器代用）输出粉红噪声信号，调节噪声源输出，使扬声器系统的输出满足信号噪声比大于15dB（混响时间测量的信噪比应大于35dB）。
2） 改变1/3倍频程带通滤波器的中心频率，并保持各频段电平值恒定，在每个测点上用声级计或频谱分析仪，分别测量传输频率范围为1/3倍频程各频段的声压级。
注：用频谱分析仪连续扫频测量时，粉红噪声源后的带通滤波器可去掉，在各测点上用扫频法测量频谱，然后将各测点的频谱减去粉红噪声的频谱即可获得传输频率特性。
（2）声输入法
测量连接图如图4-3所示。测量步骤如下：
①调节扩声系统增益，使之达到最高可用增益。
②传声器离测试声源的距离为0.5m。
③开启测试系统，输出1/3倍频程粉红噪声信号，调节粉红噪声源输出，使测点的信号噪声比大于15dB。
④改变1/3倍频程带通滤波器的中心频率，在传声器处和观众厅各测点处用声级计或频谱分析仪分别测量传输频率范围内各频段的声压级。
注：用频谱分析仪连续扫频测量时，粉红噪声源后的带通滤波器可去掉，在各测点上用扫频法测量频谱，然后将各测点的频谱减去传声器处的频谱，即可得到传输频率特性。

图4-3 传输频率特性测试系统连接图（声输入法）
2、最大声压级
测量框图同4-2，测试步骤同传输频率特性电输入法。馈入扬声器系统的电压相当于设计使用功率（额定功率）的电压的1/n（n=2～10），即：
（4-1）
式中：P为扬声器系统设计使用的额定功率，单位为W；
Z为扬声器系统的额定阻抗，单位为；
n为额定功率与测试功率的比值，n=2～10。
在每个测点测出传输频率范围内每个1/3倍频程频带的声压级，加上20logn后获得相应频带的最大声压级，然后加以平均。每个测点的最大声压级Lmax用下式计算：
Lmax= （4-2）
式中：为第个1/3倍频程频带的声压级，单位为dB；
N为传输频率范围内1/3倍频程的频带数。
3、声场不均匀度
根据传输频率特性测量的结果，在不同测点测到的声压级列表或作图即可得到相应声场的分布。
4、传声增益
测量框图同4-3，测试步骤同声输入法。把厅堂内各测点上测得的声压级减去传声器所接收到的声压级，按频率加以平均，即可得到该频带的传声增益。
5、总噪声
测量在空场条件下进行。测量时厅堂内的各种设备例如通风、空调、可控硅调光系统和扩声系统（不加声信号，系统达到最大可用增益）等全部开启。测点同上，用声级计在63～8000HZ范围内按倍频程带宽取值，并把测量结果绘在一张记录纸上，可获得厅堂的噪声谱。
注：在测量总噪声时，如果关闭扩声系统，则可得到背景噪声谱。A计权声级大致为噪声评价曲线NR值加5，即噪声评价NR=A声级-5。
6、系统失真
测量框图如图4-4所示：

图4-4 系统失真测量框图
测试信号经调音台和功率放大器馈给扬声器系统。馈入扬声器系统的电压相当于设计使用功率（或额定功率）电压的1/n（n=2～10）。测试频率点为500HZ、1000HZ、2000HZ。用频谱分析仪分别测出各频点的声压级和2次、3次谐波的声压级。谐波失真K由下式计算：
（4-3）
式中：L总为频谱仪在线性档读出的声压级，单位为dB；
L2和L3为二次和三次谐波的声压级，单位为dB。
测点应在被测扬声器的中心线上，离扬声器2m处。
4.1.2声音的清晰度和可懂度
扩声系统的目的是传送信息。公众演讲、广播宣传、火灾报警等都需要把清晰可懂的语言信息传递给收听者。但是要把语言发音的音节100%传递给听众是有困难的，因为在传递过程由于种种原因（见下面分析）都会造成发音清晰度的损失，实践证明，10%以内的辅音清晰度损失，听众仍可达到99以上的可懂度，其原因是听众可从讲演人的上、下文意思、表情、语气和手势等辅助信息中增加理解程度（即可懂度）。因此清晰度是可懂度的基础，但又不能完全替代可懂度。
在扩声系统中，评价系统声音的质量（音质）除语言清晰度外，还包含更丰富的内涵。音质（或音响效果）与语言清晰度（或可懂度）有一定的相互关联，但又是互不相同的两种结果。一个可懂度很好的扩声系统不一定是音质丰满好的音乐扩声系统。反之音质丰满柔和、自然动听的音乐重放系统不一定是清晰度和可懂度很好的语言扩声系统。
一个扩声系统既要达到良好的语言清晰度，又要具有丰满柔和、融合自然、能充分体现艺术感染力的音乐效果，必须在系统设计（包括建声设计）、设备配置、系统调试和现场调音等各个环节采取很多技术措施才能达到通常所说的“多功能”应用。
4.1.2.1影响系统可懂度的因素
1、主要因素有：
（1）扩声系统的传输频率特性（系统带宽）；（2）房间的容积、体形及场地面积；（3）听众区的响度和信噪比；（4）房间的混响时间；（5）听众到扬声器的距离；（6）直达声与混响声的比；（7）扬声器的指向特性；（8）运用扬声器的数量和布局；（9）演讲人讲话的速率；（10）听众的分辨能力。
2、次要因素有：
（1）讲话者的性别；（2）系统失真；（3）系统均衡状态；（4）声场的均匀性；（5）声音聚焦和房间共振；（6）声音到达听众的方向；（7）干扰声源的方向8）讲话者的传声器使用技术；（9）讲话信息的上、下文关系。
4.1.2.2系统传输频率特性的影响
人类讲话覆盖的全部频率范围为100HZ～8KHZ（这是全人类、男女老少的统计数据），大部分能量集中在180HZ～4KHZ，高于4KHZ的声音能量迅速下降。其中元音音节频谱的功率出现在250HZ和500HZ频段，辅音音节频谱的功率出现在较高的频段。图4-5是倍频程频段对语言可懂度的影响。从图中可清楚地看到，以2KHZ为中心频率的倍频程频段对可懂度的贡献约为30%，4KHZ和1KHZ倍频程频段的贡献分别为25%和20%。图4-6表明增加系统传输频率带宽对可懂度的积累效应，当频带宽度达到6KHZ时，可获得100%的可懂度。

图4-5 倍频程频段对语言可懂度的贡献

图4-6 频带宽度对语言可懂度的积累效应
大多数现代扩声系统已能覆盖语言可懂度的全部频率范围，频宽的限制已不再是问题了。但是这里也有例外，如廉价、低质量的传声器和不合理的系统设计或系统配置，扬声器与房间边界和多个扬声器之间的相互作用（声波干涉）等都会影响系统的频响特性。
4.1.2.3响度和信号噪声比的影响
扩声系统必须在观（听）众区产生均匀、舒适的声压级。如果声压级太低，会造成听觉轻微损伤者或老年人对某些语言的不理解。一般在安静环境下的会议厅或集会要求有70～75dB（A）的声压级
在吵杂的环境中，噪声会掩蔽声音信号，降低可懂度。图4-7是信号噪声比对语言可懂度的影响。从图中可以看到，信噪比大于15dB（A）时，噪声对可懂度的影响才能较小。图4-8各种信号噪声比对可懂度影响的百分值。信噪比大于20dB（A）时，噪声对可懂度不会产生影响。

图4-7 信号噪声比对语言可懂度的影响

图4-8 信号噪声比对可懂度影响的百分值
在高噪声条件下，如歌舞厅、足球比赛场、音乐喷泉和地铁车站等地方，通常需要很高的信号声压级才能获得满意的语言可懂度。但过高的声压级（大于80dB（A））也会略微降低语言可懂度，如图4-9所示。

图49 声压级对语言可懂度的影响
4.1.2.4混响时间和直达声/混响声声能比（D/R）对可懂度的影响
正如噪声可掩蔽讲话声那样，过大的混响声也会呈现此类情况，然而不象信号噪声比那样简单。直达声与混响声比率（D/R）对语言可懂度的影响不是恒定的，取决于混响时间和听众与扬声器的距离（即听众区各个位置的D/R是不同的）。

图4-10 混响时间的掩蔽作用
（a）“back”单词的信号波形；（b）信号波形的包络曲线；（c）具有混响延时的信号包络
图4-10为“back”单词的简化时间包络。该词开始时具有较高的“ba”音，大约300ms后发出较低电平的辅音“ck”。通常“ck”音辅音）比“ba”音（元音）小25～35dB。在良好建声条件的房间，一般具有0.6s短的混响时间，“ba”音消失在“ck”音发生之前（“ba”音在300ms时衰减30dB），因此它不会掩盖“ck”音。然而混响时间增加到1秒时，由于室内吸声较差，300ms时仅衰减18dB，导致掩盖“ck”音达8～13dB，因此难以识别是“back”还是bat，bad，ban，bath或bass等相似的单词，丢失了重要的辅音成分。如果联系上、下文内容，就能听懂为“back”了。
图4-11是信噪比和混响时间两个因素对辅音清晰度损失（百分率）的关系图。在混响时间较大的房间中（教堂的混响时间一般可超过2秒，大型体育馆的混响时间也可达到1.8秒以上），可采用高Q（强指向性）扬声器对准听众区提高D/R比，从而达到提高语言可懂度的目的。

图4-11 信噪比和混响时间对可懂度（辅音清晰度损失）的影响
1971年Peutz在统计声学的基础上首先提出语言的辅音清晰度损失（ALcons%）与临界距离DC、直达声与混响声之比（D/R）和混响时间T60的关系曲线，如图4-12所示。在Peutz的算式中，辅音清晰度损失ALcons%与听众离扬声器的距离的平方和混响时间的平方成正比，与扬声器的指向性Q和房间的容积及房间的平均吸声系数成反比（即语言的可懂度离扬声器距离的平方及混响时间的平方成反比，与房间的容积和扬声器的指向性及房间的平均吸声系数成正比）。Peutz还发现可懂度的极限辅音清晰度损失为15%，即ALcons%超过15%时语言的可懂度就会变得很差。

图4-12 ALcons%与D/R及混响时间之间的关系曲线
4.1.2.5演讲人的语言清晰度和讲话速率对可懂度的影响
演讲人的语言清晰度对听众感受的可懂度具有深远影响。Peutz发现，即使优秀的演讲人，也可能引起2～3%的清晰度附加损失。
在混响声较大的环境下，讲话的速率也是一个重要因素。较慢的讲话速度可明显改善可懂度。
在较低水平的可懂度情况下，视觉感受可明显改善可懂度的效果。
4.1.2.6频率特性不均匀对可懂度的影响
系统传输频率特性的不均匀（不平坦）对语言可懂度和清晰度会产生不利影响。影响房间传输频率特性不均匀的因素除扬声器本身的频率响应特性外（优质扬声器的频响特性一般都很平坦），还有①扬声器周围界面声波反射引起的局部干扰，尤其是扬声器安装在靠近墙角处，强烈的低音反射会使低音特性明显地提高。低音特性的提升，会掩蔽高频辅音的声音，引起可懂度和清晰度的损失；②扬声器之间声波的相互耦合或相互干扰；③房间混响特性引起的干扰；④不适当的扬声器覆盖范围的重叠；⑤室内建筑声学特性的缺陷（如共振、声聚焦等）。
改进的方法是除改进扬声器的布局、安装位置和建声条件外，用均衡器均衡系统频率特性是最有效的方法。通过系统精确的调试可改善系统传输频率特性的不均匀性（不平坦）。
扩声系统增加低音可使声音丰满悦耳，但不会改善语言的清晰度和可懂度。过多的低音会使音乐“变调”，还会影响清晰度。
4.1.3声音清晰度的评价标准
声音清晰度的评价标准有Peutz70年代提出并于80年代进一步完善的语言辅音清晰度损失ALcons%、语言传递指数STI和快速语言传递指数RASTI以及评估剧场和音乐厅声音清晰效果的C测量等三种标准。
1、语言辅音清晰度损失ALcons%：
ALcons%已考虑噪声和混响声的影响，是当今最广泛使用的一种评价标准。这种方法主要限制于影响辅音清晰度最大的2KHZ频段，单一频段测量十分精确，当声源是方向性均匀的装置时，计算机数据和单词评分可懂度之间具有良好的对应关系。当声源为高密度分散式的供声系统以及系统为非线性时（系统中使用压缩/限幅器等非线性设备），会产生明显的偏差。Peutz的ALcons%与可懂度之间的对应关系如表（4-1）所示。
表4-1 ALcons%与可懂度之间的关系
ALcons%
可懂度
0%～7%
非常好
7%～11%
良好
11%～15%
清晰
15%～18%
较差
18%以上
不能接受
以2KHZ为基础的ALcons%在美国已实施了很多年。在系统设计软件EASE2.1版本中可直接进行计算，并用JBL Smaart Pro系统测试软件进行测量。
2、语言传递指数STI和快速语言传递指数RASTI
20世纪70～80年代，荷兰首先推出了语言传递指数技术标准。STI以声源—房间—听众作为一个传输通道，测量通过该通道的专用测试信号调制深度的减少（与房间的脉冲响应有关）。测试频率是在125HZ～8000HZ整个语音倍频程频带范围内进行，是相当精确的分析方法，但测量时间耗费很多。另一种快速语言传递指数RASTI是把测量频带限制在500HZ～2000HZ之间的调制信号，因此测量更简单，耗时更少。
STI/RASTI的评定数值范围为0～1；1代表完美的声音传输，0代表完全不可懂的声音传输。
STI/RASTI实际上并不测定语言可懂度，而是提供该传输通道语言可懂度强弱的参数。它的另一个突出优点是测量中会自动考虑房间背景噪声的影响。可用系统设计软件EASE3.0以上的版本进行STI/RASTI设计和用SIA Smaart Live 4.0以上版本的测量软件进行测量。
表（4-2）是RASTI与ALcons%之间的近似相应关系。
表4-2 RASTI与ALcons%的相应关系
极差
差
中等
良好
极好
RASTI ALcons%
RASTI ALcons%
RASTI ALcons%
RASTI ALcons%
RASTI ALcons%
0.20 57.7
0.36 24.2
0.52 10.2
0.66 4.8
0.88 1.4
0.22 51.8
0.38 21.8
0.54 9.1
0.68 4.3
0.90 1.3
0.24 46.5
0.40 19.5
0.56 8.2
0.70 3.8
0.92 1.2
0.26 41.7
0.42 17.5
0.58 7.4
0.72 3.4
0.94 1.0
0.28 37.4
0.44 15.7
0.60 6.6
0.74 3.1
0.96 0.9
0.30 33.6
0.46 14.1
0.62 6.0
0.76 2.8
0.98 0.8
0.32 30.1
0.48 12.7
0.64 5.3
0.78 2.5
1.00 0.0
0.34 270.
0.50 11.4

0.80 2.2

0.82 2.0

0.84 1.8

0.86 1.6

STI/RASTI已在欧洲各国作为语言可懂度设计和评估标准广泛采用。
3、以直达声与混响声和早期反射声声能比为基础的C测量
为评估剧场和音乐厅内自然声的音响效果，采用上面以频域为基础的两种评估方法（ALcons%和STI）是不够的。于是在20世纪较后的年代又提出了以直达声、混响声及早期反射声声能比的C测量评估标准（时域分隔评估标准）。
（1）C7
C7测量是直达声到达听众之后7ms作为时间分隔，即7ms以前到达听众的声能都作为直达声，7ms以后到达的声音都视为混响声。C7相当于在美国广泛使用的D/R比（直达声/混响声）查看直达声场强度的另一种方法。C7大于-15dB以上的区域表示声音良好的区域，越靠近0dB的区域声音越好。
（2）C50
C50显示50ms前后的声能比，即类似ALcons 50ms的分隔时间。它用于设计和评估语言清晰度。在一般混响时间的房间，C50大于-5dB都是语言清晰度良好的房间。
（3）C80
C80通常称为清晰度比，它使用80ms的分隔时间，预示不同乐声的发音清晰度，换言之，它提供查看房间的音乐特性。
各种乐器可归纳下面4种类型：
1） 吹气乐器（如风琴、低音大喇叭和单簧管等），这些乐器有一种慢启动和慢衰减的特性。
2） 弦乐器（如小提琴、中提琴和大提琴等），这些乐器有稍快的启动和慢衰减的特性。
3） 弹拨乐器（如吉他、低音弦琴和大键琴等），这些乐器有快速启动和中等的慢衰减特性。
4） 打击乐器（如钢琴、鼓、电子乐器和木琴等），这些乐器有快速启动和快速衰减的特性
C80数值的效果标准：
1） C80=+0/-2dB，这是慢速率吹气乐器的标准，是完美的独唱和演奏厅。
2） C80=+2/-2dB，这是弦乐乐器的标准，是古典音乐或交响乐表演房间的最好特性。音乐速度快，在这个水平上的合唱音乐会也是良好的。
3） C80=+4/-2dB，这是弹拨乐的标准，音乐速度较快，是流行轻音乐、民间音乐等表演房间的最好特性。
4） C80=+6/-2dB，这是打击乐器的标准，是摇滚乐和教堂音乐演奏的好房间特性。
良好的音乐演出，在任何观众区位置的C80均不能超过+8dB。
C测量评估可用EASE3.0以上版本的系统设计软件进行设计和用SIA Smmart Live 4.0以上版本的测量软件进行测量。
4.1.4提高声音清晰度的主要技术措施
1、扬声器的指向应瞄准听众区，让声音尽可能少的投射到墙面和天花板上。
2、采用指向性好的“恒定指向”扬声器系统。
3、确保适当的频率传输特性。语言扩声应不少于125HZ～6KHZ，减少低音和保持适当的高音。音乐扩声要求更宽的传输频率特性。
4、避免把扬声器安置于墙角。
5、听众区尽量保持较高的D/R比，最大供声距离一般为临界距离的3～4倍。
6、听众区的信号噪声比至少不低于10dB（A）。
7、根据系统用途，选择合适的混响时间。
8、保持合适的响度。语言扩声的平均声压级约为68～74dB（A）；音乐扩声还需提高5～10dB。
9、室内声场分布要均匀。全部听众区的声场不均匀度最好不大于。
10、充分利用早期反射声。在建声设计中要充分设计好天花板和侧墙反射面。
11、消除房间的声聚焦、回声和声影等音质缺陷。
12、多扬声器供声的系统应采用延时器校正，使各声源到达听众区的延时差不大于2～5ms。
13、利用EASE3.0系统设计软件按清晰度指标进行声场设计和利用SIA Smmart Live 4.0声系统测量软件优化调整系统。
4.2音质主观评价
正确、全面地评价声系统的声音质量只用前面客观测量一种手段是不够的，还需用耳朵听的方法来最终评价。或者说需用两把尺子进行音质评价，其结果才是正确、全面的。客观测量是一把“硬尺子”，反映声系统中声学的各种物理量；音质主观评价是一把“软尺子”，反映声音的音色、音调和音量的综合听觉效果。客观测量和主观评价之间既有一定的内在联系但又不能互相替代，是相辅相成互为补充的结果，缺一不可。
音质主观评价是一项相当复杂的过程，涉及听觉生理学和评价人员的专业素养、播放节目源的选择以及收听场地的声学传输条件等等。
为能正确地做好音质主观评价工作，评价人员必须掌握以下有关知识：
1、 各种声音的物理特性
2、 心理声学知识
3、 声音信号的动态范围
4、 频响特性对音质的影响
5、 声压级大小对音质的影响
6、 信号畸变对音质的影响
7、 信号延迟、混响对音质的影响
8、 音调、音色和音量对音质的影响
9、 噪声对音质评价的影响
10、 音质评价术语
11、 综合评价
4.2.1声音组成的三个要素：音调、音色和音量
1、音调
无论是语言还是音乐，它们都是一种复杂的随机信号波形。用频谱分析原理可把这些复杂波形分解为正弦形的基波（基音）和很多正弦形的高次谐波（泛音）叠加组成。多种声音的频谱范围如图4-13所示，黑线部分代表基波的频率范围，虚影线代表各次谐波的频率范围。

图4-13 各种声音的频谱范围
音调是指人耳对不同频率的不同听觉感受。为便于区分不同频率的听觉感受和在乐声中便于各种乐器校正音调，使用了以440HZ作为标准音和它的一倍频率（或分数谐波频率）为频率间隔分布的几个特定频率，这些相邻频率（在电子学上称为一个倍频程）的音调变化在乐声上成为一个音阶（即一个8度音），如表4-3所示。乐队演出前各乐器的对音频率使用440HZ标准音，这是一种国际标准。表4-3中的A5比A4高一倍频率和A3比A4低一倍频率，在乐声上称为高8度音和低8度音。8个特定频率点分布在钢琴的88个琴键内，从低到高按倍频程的关系排列（图4-13）。
表4-3 音阶与频率的关系
音阶
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
频率（HZ）
27.5
55
110
220
440
880
1760
3520
2、音色
各种乐器的定音频率都是440HZ，但是发出来的声音为什么有很大差别呢？原因在于每件乐器除发出440HZ标准音外，还有各种更高频率的泛音（谐波）频率。这些不同数量、不同分布和不同强度的谐波决定了不同的音色。因此音色的含义是包含的谐波成分、频谱分布和频谱强度三者的综合结果，而不是某个单一频率的听觉感受。每种乐器或每个人的声音都有自己的频谱结构和分布特征，因此他们发出的声音是各不相同的。
3、音量
音量指声音的大小和强弱，从微弱的轻声细语到惊天动地的巨声即为声音的动态范围。人耳的响度感觉与声压级不是线性关系，它与声音的频率和声压级都有关。音质主观评价时过高或过低的音量都会影响评价结果的正确性，一般评价人员处的声压级调到80dB(A)～85dB(A)为最佳。
4.2.2频率响应特性对音质的影响----声波的音感分析
音响系统中的低音、中音和高音各频段的频率特性必须保持平衡(均衡),才能达到良好的自然还音效果。
由于系统设备本身的状态、房间共震、界面反射和吸收等原因，会造成室内某些频率的声音叠加而过强，某些频率的相互抵消而减弱,使声音的音调和音色发生变化,影响了还音音质，因此对系统频率特性的均衡处理得是否平衡是影响音质效果的第一要素。各段频率对音质是如何影响的呢？
我们可把声音的频率范围分为四段，它们之间的相对大小，决定了还音的特性：
1、 低频：150HZ 以下的频率范围，是声音的基础部分，决定声音的丰满度。低频不足时，声音单薄；低音过强时，声音浑浊、发闷；合适时声音厚实，余音适宜。60HZ 以下的频段，人们的感觉比听觉更灵敏，如果没有够的声压级，听到的声音会很小。80HZ 附近的频率，听觉和感觉达到平衡，他能产生极强的“重感”效果，给人以强烈的声场刺激效果。因此迪斯科舞厅的扬声器箱宁可选用15英寸的扬声器单元而不选用18英寸的单元就是这个道理。
2、 中低频：150HZ～500HZ ，是声音的结构部分，决定声音的力度和低音的硬度。中低频不足时，声音疲软；过强时，声音生硬，产生嗡翁声，影响清晰度；合适时，低音坚实、有力、丰满；其中100～250HZ 频段具有良好的丰满感，是人声、小号、吉他、弦乐丰满度的主要音感频段。
3、 中高音：500HZ ～4000HZ ，是声音信息和声音清晰度的主要来源部分，它还决定声音的明亮度。中高频不足时，声音朦胧，主旋律不突出；过高时，声音过亮、刺耳；合适时，音质优美、明亮。频率趋向500HZ 时，音感越感到坚实。3400HZ附近的频段是人耳外耳道的共震频率，因此听觉特别灵敏，与它的两次谐波6.8KHZ频段可形成尖刺的音感效果，这两个频段的声波响度过大时，人耳是很难容忍的。因此应特别注意，不能过量。2.8KHZ附近的频段对声音明亮度的关系最大，稍微提升一点就可明显感觉。
4、 高音：4000HZ～12000HZ ，是影响声音音色的主要部分，是声音的细节所在。高音过强时，声音嘶哑；不足时，声音细节（如沙锤）消失。合适时，声音清澈纤细,亲切自然临场感效果良好。7.5KHZ 以上的频段，即使响度很大，也不会产生尖啸声，反而给人清新宜人的感觉，这种感觉在12KHZ频点最为明显。表4-4是各频段音感特征的简明汇总。
表4-4 各频段的音感特征
频率范围（HZ ）
音感特征
30—60
沉闷
60—100
沉重
100—200
丰满
200—500
力度
500—1000
明朗
1000—2000
透亮
2000—4000
尖锐
4000—8000
清脆
8000—16000
纤细
演唱歌曲时,要求有明快、舒畅的旋律。在旋律高潮处，如果有明亮度好的音节支持，那么对演唱者情感的表达无疑是一个很大的帮助。
4.2.3人耳对失真的感觉度
1、频响失真
人耳对4000HZ ～10000HZ 范围内的衰减感觉灵敏。对800HZ ～4000 HZ 的提升感觉灵敏。150HZ ～500HZ 和6000HZ～18000HZ范围内5dB的峰或谷有50%的人能感觉到。10dB的峰或谷，则大部分人都能感觉到。低频和中低频特性的峰和谷差6dB时丰满度会感到严重影响。频率特性范围小于160HZ～6300HZ 时，柔和度和融合度会急剧变差。
2、 谐波失真
人耳对奇次谐波失真的感知度比偶次谐波明显得多。图4-14为三次谐波失真的感觉度。曲线1为40～14000HZ 系统的感觉度；曲线2为200～4000HZ 系统的感觉度。纵坐标为能感觉到失真的人数百分比。

图4-14 谐波失真的感觉度
利用人耳对偶次谐波失真不敏感这一特点，对低频和高频段的声音进行偶次谐波激励，可获得没有失真感觉的更为丰满的低音和更为清澈明亮的高音效果——声音激励器。
3、 过载失真
过载失真的感觉阀与音源的峰值因子有关。一般音乐节目的过载失真在5%以下时，即可察觉到“发硬”的感觉；过载失真超过10%时，声音开始“发破”了。
4、 瞬态互调失真
含有不同频率成分的复杂信号输入到设备中放大时，由于设备的非线性失真，使不同频率的信号,尤其是瞬态高频信号产生相互调制的失真。人耳对这种失真的感觉度比谐波失真更为敏感。
4.2.4音质主观评价与混响时间的关系
听音环境的建声条件对音质主观评价的影响极大，下面列出几种混响时间下的听觉感受（中型多功能厅）：
（1） 混响时间（500HZ）RT60<0.5秒。混响声太少，声音清晰，但干瘪，单薄，死板。
（2） 混响时间（500HZ）RT60=0.7秒～0.8秒。语言节目混响适中。声音清晰、干净。
（3） 混响时间（500HZ）RT60=1.2秒～1.4秒。音乐节目混响适中。声音丰满、有气魄、有空间感、深度感。
（4） 混响时间（500HZ）RT60>2秒～3秒。混响声太多。声音浑浊、模糊，语言清晰度差，声音发嗡，有回声。
音量与音质的关系也很密切。音量小时，声音无力、单薄。动态范围显不出来。音量合适时，声音自然、清晰、圆润、柔和、丰满。音量过大时，声音丰满而不柔和，有力而生硬。因此通常音质主观评价时采用的声压级为80～85dB(A)。
4.2.5音质主观评价专用节目源
1996年国家技术监督局（原国家标准局）为满足电声器件和音响系统音质评价的需要，首次出版发行了代号为GSBM61001