爱 惜 资 源

赵其昌

（南京大学 声学研究所，江苏 南京 210093）

1 引言

2009年PALM展会期间，笔者陪同原国家检测中心的一位高级工程师参观时，了解到有的公司会议系统的频率响应做到了20 Hz ～ 20 kHz。我们认为会议系统主要拾取语言信号，频响没有必要做得那么宽，会议系统的指标超出实际需要，给检测设备的系统提出了难题，要求系统作不必要的升级；同时，检测设备需要计量，又涉及计量部门的升级，这实际上是一种资源浪费。会议系统有没有必要做到20 Hz ～ 20 kHz，这里不准备作进一步的评说。本文提供一些原始资料和标准，请读者自行参考、判断。

2 汉语标准频谱

我国国家标准GB7347《汉语标准频谱》给出了汉语普通话的标准频谱，简称汉语标准频谱。汉语标准功率谱密度级以长期平均总功率归一的数值列于表1，相应的曲线见图1。

汉语标准功率谱密度级曲线的函数形式为：

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 汉语标准功率谱密度级

式中：y为以长期平均总功率归一的功率谱密度级，dB；

x为相对于250 Hz的倍频程数；

f 为频率，Hz。

该标准由南京大学声学研究所包紫薇教授负责制定。在标准的起草过程中采集了大量的汉语样本，发音人自然状态发音，不限定发音人的声压级。根据样本分析得到了汉语的长期平均功率谱密度的统计值，由此得出汉语的标准谱（功率谱密度系指单位带宽内功率按频率的分布）。该标准是语言的产生、传输、接收及语言信号处理（含语言节目录音）等语言通信系统、电声器件和测试设备的设计依据。

3 人耳的听觉特性

3.1 等响曲线

ISO226:2003《Acoustics——Normal equal-loudness-level contours》中给出了最新的自由场测听条件下纯音标准等响级线，见图2。

图中给出了在自由场条件下测得的18岁～25岁的耳科正常人平均判断的等响级线，频率范围20 Hz ～ 12 500 Hz（并没有给出直到20 kHz的数据）。因为缺少20 phon和听阈之间的实验数据，10 phon等响级线用点线表示。同时，100 phon的等响级线也用点线表示，这是因为只有一个研究所提供了100 phon等响级线的数据。

本标准给出的感觉上响度相等的一组纯音的频率和其声压级的关系曲线，以表示人的听觉系统的基本特性，这在心理声学领域有重要意义。

3.2 自由场与扩散场测听的基准听阈

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》（声学 校准测听设备的基准零级 第7部分：自由场与扩散场测听的基准听阈）中给出了双耳测听时自由场（前向入射）纯音和扩散场1/3倍频程频带噪声的基准听阈，见图3。

本标准规定的测试条件是：

（1）听者不在场时的声场：自由场平面行波场（自由场）或扩散场；

（2）声信号：自由场为纯音信号，扩散场为1/3倍频程频带噪声；

（3）声压级的测量应在受试者不在场时，在其头的中心位置进行；

（4）受试者两耳收听，在自由场中应面对声源。

测试频率范围为20 Hz ～ 16 kHz，1/3倍频程的中心频率和直至18 kHz的某些中间测听频率。采用的数据来自15篇参考文献（详见ISO389附录A）。

3.3 语言信号在人类听闻区域的位置

图4给出了人类听闻范围中语言信号所占的位置。其中，Audible range：听闻范围；Music：音乐；Speech：语言；Threshold of feeling：痛阈；Threshold of hearing：听阈。

4 对传声器频率响应的要求

GB/T14198《传声器通用条件》中规定了传声器的频率响应的要求。传声器的频率响应曲线不应超出图5中实线所示的容差范围。图中实线范围为50 Hz ～ 10 kHz，在实线范围以外不作规定，可以按图中虚线延伸。图5a为全向传声器的频响的容差范围；图5b为指向性传声器的频响的容差范围；图5c为全向内接式驻极体传声器频响的容差范围。

对于高保真传声器按GB9402规定，频率响应要求为50 Hz ～ 12 500 Hz。对于单个传声器频响曲线允许偏差为：

50 Hz ～ 250 Hz：±3 dB

250 Hz ～ 8 000 Hz：±2.5 dB

8 000 Hz ～ 12 500 Hz：±3 dB

对于频率范围超出50 Hz ～ 12 500 Hz的传声器，则50 Hz和12 500 Hz的允差可外延。

5 外界干扰

在拾取语言信号时不可能不受到外界的干扰，这里给出两个实测的例子。图6是空调装置的噪声（1/3 oct频带分析），图7是交通噪声（1/3 oct频带分析），资料摘自J.R.Hassall and K.Zaveri，Acaoustic Noise Measurement。

6 结束语

随着数字技术的发展，音频设备的技术更新有了很大的空间，动态范围扩展了，信噪比提高了，频率响应展宽了，音质提高了……以前想做而做不到的，现在有实现的可能了，这是一个很好的机遇，如何用好这些技术是值得我们思考的。“好钢要用在刀刃上”，而不是盲目跟进。

会议系统拾取的声信号是语言信号，语言在人类听觉范围内仅占很小的一部分，然而，干扰拾取语言信号的噪声却覆盖整个听觉范围。一般说，低频段受到振动和机械噪声的干扰，中高频段受到电气和环境噪声的干扰。传声器标准规定的特性是针对整个音频范围内拾取信号用的传声器制定的，所以，用来拾取语言信号时，常常会把不需要的噪声拾取进来。在语言频段内的噪声无法用简单的方法来去除，而在语言频段以外的噪声可以用滤波器等简单的手段排除在外，不予拾取。这也是为什么选用合适的频带较窄的传声器拾取的语言信号反而比频带宽的传声器更清晰的缘故。

作为一个音频工作者，都希望经过自己手出来的声音好听、悦耳、饱满，对于拾取的语言信号如何做到呢？笔者为此咨询了资深的节目制作人，“主要是在语言的有效频率范围内作处理，例如，3 kHz ～ 6 kHz范围作适当的提升”，“在语言的有效频率范围外主要是减少干扰”。显然，在拾取的语言信号的频率范围以外来处理语言信号只会“画蛇添足”。

因此，笔者认为：参加高端会议的群体对社会有更大的责任，对气候环境的恶劣变化更为关注，自然环境固然有其自身变化的规律，但是人类资源的不爱惜无疑加剧了环境的恶化。爱惜资源，节约能源，应该从每一个人做起。细细分析我们电声行业还真有不少问题值得思考：演出场所利用抬高声音的响度来调动所谓观众的情绪；扩声系统的最大声压级不管使用场合以高为好；有些年轻人不顾听力损伤整天戴着耳机听MP3、Mp4的节目还引以为“时尚”；电影院里震耳欲聋的效果声，天天在伤害年轻一代的听力……欧洲议会首先通过决议要求音响系统的最大音量限制在85 dB（A）以内，这是对资源爱惜、对社会负责的体现。

笔者无意干预厂家产品的生产和推广，仅想借此机会呼吁一下，爱惜资源，保护环境。