基于DIRAC的声场无线测试系统应用与对比

万宇鹏，谢荣基，桂 桂

（中国测试技术研究院声学研究所，四川 成都 610021）

基于DIRAC的声场无线测试系统应用与对比

万宇鹏，谢荣基，桂 桂

（中国测试技术研究院声学研究所，四川 成都 610021）

室内声学脉冲反向积分法能够快捷全面地测量部分声学参数，但传统测试受限于系统中各种设备的有线连接方式。为更加科学高效地进行各种规格的厅堂声学测试，该文基于脉冲反向积分法针对丹麦B&K4942和德国Sennheiser MKH800 P48两种传声器在有线模式和无线模式的3种情况下进行包括早期衰减时间EDT、混响时间T20、混响时间T30、音乐明晰度C80、语言清晰度D50等客观音质参数的测量。测量结果显示在100～8000Hz中高频频段范围内测试数据与传统测试方法相比有较高的复合度，可以在各类厅堂场馆的现场工程测试中使用。通过不同测试模式的对比初步验证无线测试系统在厅堂声学测量中的可行性与可靠性。

声学；无线测试系统；DIRAC；客观音质参数

0 引 言

近15年是我国演艺建筑的发展黄金时期，期间新建了超过200项大型或超大型演艺建筑，建设集群总投资近千亿元[1]。这种背景下，近年陆续竣工的新建演艺建筑和运营时间超过10年的待维护演艺建筑的数量也逐渐庞大起来，如何科学、高效地进行建筑声学指标的测试与评估就成了声学工作者需要解决的问题。按照传统的测试方法，测试系统在测试信号采集前端主要采用测试电容传声器连接测量前置放大器再连通到声卡等设备上来进行声音信号的采集，其主要问题在当面对体量较大的场馆厅堂时测试布线不方便，也不安全。在传统的测试方法上也多采用中断声源法来进行信号的激励与处理，其重复性和稳定性存在一定问题。国际标准化组织ISO自2007年起陆续对例如ISO 3382-1、ISO 3382-2等标准进行了修订，国内相关部门如住建部与国家质检总局等也对混响时间测量规范进行了修订，从而为建筑声学指标的测试与评估提供了标准支持[2-5]。因为演艺建筑的规模体量有大有小，为了更科学、更高效地进行建筑声学的测试与音质评价，本文采用3种传声器声音信号采集模式进行对比实验，尝试找到一种快捷且精确的测量系统来解决大型厅堂的客观声学参数测量问题。

1 测试方法与特点

基于脉冲反向积分法来测量混响时间[6]：

式中：S（t）——稳态噪声的声压衰减函数，尖括号表示群体平均；

r（x）——被测房间的脉冲声响应；

N——谱密度。

在混响时间测量的国际标准ISO 3382中，脉冲反向积分法和声源切断法都是被承认的标准测量方法[5]。

采用脉冲反向积分法进行测量时，首先用脉冲声对房间进行激励，记录下房间的脉冲响应，对这个脉冲响应的平方进行反向积分就可以得到房间声能的衰减曲线。由于对脉冲响应进行了积分，得到的声能衰减曲线比较平滑、波动起伏小且单调下降。反向积分使小信号先进滤波器，滤波器的稳定时间较短。在没有背景噪声的理想条件下，积分区间从声压为零开始到脉冲接收初始点结束，衰减曲线的方程为

式中p为脉冲响应声压。

计算得到衰减曲线后，根据声能降低的斜率计算出混响时间[7]。

采用脉冲反向积分法测量有以下优点：

1）重复性好，普遍认为1次脉冲反向积分法的测量精度与10次声源切断法的平均值相当。

2）测量时记录脉冲响应，还可以同时得到早期衰减时间EDT等其他辅助声学参数。

2 测试平台的搭建

本次对比实验基于丹麦B&K的DIRAC测试系统进行，测试和输出端采用DELL笔记本电脑、2734B功率放大器、正十二面体标准声源、0948音频接口、4231声校准器、1704 CCLD信号放大器等作为实验平台硬件基础。系统简要结构框图如图1所示。

图1 系统简要结构框图

在声音信号采集前端，传声器的有线连接模式是现有声场测试现场最常用的测试方式，这种模式普遍应用于厅堂场馆的声学测试中，其优点是：1）标准传声器性能优异；2）有线连接方式数据传输安全可靠；3）经过长期的工程测试验证，原始记录准确。

其缺点是有线连接模式只能应用于中小体量的建筑场馆内，如果遇到大型体育场馆或音乐厅，传声器的布点范围受限于连接线的长度，而且连线方式影响了布点的效率，如需要进行满场状态下测试，这种方式可能会给测试现场带来大麻烦（一次测量可能耗时2h以上），甚至不能完成正常的测试流程。

所以针对不同规模室内声场空间的现场测试考虑，本次实验采用了4942传声器有线连接模式、4942传声器无线连接模式和MKH800 P48传声器无线连接模式3种不同的声音信号采集方式来进行对比，如图2～图4所示。此处之所以将消声箱中校准过的MKH800 P48传声器也作为测量用传声器来使用，是因为丹麦B&K的所有传声器都是全指向性传声器，不能进行8字型拾音模式的调制，在现场情况下无法满足对侧向声能LF/LFC的测试。

3 实验参数与测试数据

本次实验选用测试院的标准视听室作为测试现场。其声学装修主要包括吸声和扩散处理，在天花板中填充吸声材料，使频率特性保持平直与均衡。在房间低频的简正频率处适当加强吸声，防止驻波的影响。其次，在四面墙面铺设扩散板，使声场扩散均匀。标准视听室中，除了音响系统外，还有视频系统及照明系统，各部分电路系统应相互独立，防止引入电噪声。视听室的装修后的几何尺寸按1∶1.4∶1.9的比例设计，尺寸为7.6 m×5.5 m×4 m；体积为167 m3；设计混响时间为0.3s[9]。

本次实验依据参考ISO 3382-1和ISO 3382-2标准进行，主要针对早期衰减时间EDT、混响时间T20、混响时间T30、音乐明晰度C80、语言清晰度D50这5个指标[8]进行对比和评估。3种不同传声器连接模式下测得的声学参数原始记录如表1～表3所示。

图2 B&K 4942传声器频响曲线图

图3 MKH800 P48频响曲线图（全指向模式）

图4 全指向性极坐标图［8］

表1 B&K 4942传声器有线连接模式下测试数据

表2 B&K 4942传声器无线连接模式下测试数据

表3 MKH800 P48传声器无线连接模式下测试数据

4 结果分析与对比

实验通过对3种不同传声器连接模式得到的测试数据的整理和统计，针对上述的早期衰减时间EDT、混响时间T20/T30/RT等指标进行了测试原始数据的对比，得到各个客观参数指标的数据对比图如图5～图10所示。可以看出在倍频带下，除了31.5Hz和63Hz的测试结果有较大偏差外，其他中高频段数据相差很小，完全满足厅堂现场工程测试的需要。

图5 早期衰减时间EDT数据对比图

图6 混响时间T20数据对比图

图7 混响时间T30数据对比图

图8 混响时间RT数据对比图

以最传统4942传声器有线连接模式测得得数据值作为参考值来计算各种方法的相对误差，结果如表4所示。

表4 以4942传声器有线连接模式为参考的各参数相对误差

5 结束语

从上述测试结果及分析可以得出以下结论：

1）基于DIRAC的4942、ZE0948、2734B、1704等设备组成的测试系统得到的数据与过往基于PULSE系统的测试值相比，其复现性和重复性都很好，数据真实可靠。

图9 明晰度C80数据对比图

图10 清晰度D50数据对比图

2）整个测量中，其在100Hz以下低频段数据与传统测试方法相比有较大出入，某些典型频率点相对误差在10%以上。

3）整个测量中，其在100 Hz以上频段数据与传统测试方法相比复合程度较高，采用4942传声器的无线系统误差范围除去个别测点普遍在3%以内。

4）整个测量中，其在100Hz以上频段数据与传统测试方法相比复合程度较高，采用MKH800传声器的无线系统误差范围除去各别测点普遍在2%以内。

5）基于DIRAC的无线系统在大型场馆中应用方便，其低频范围内数据有所偏差，但中高频段数据可靠性很高，可以尝试在大型厅堂场馆的现场工程测试中使用。

6）MKH无线系统与B&K传声器对比，数据误差范围稳定性稍差，可以通过多次测量来解决该部分问题，其相对误差相较传统方法更低，又因为B&K麦克风没有8字型指向性话筒，在一些声场测试局限性，MKH800无线系统可以取代B&K麦克风用于大型工程的测试[10]。

本次实验尚存在一些不足之处，如本次实验因为时间的限制，没有进行LF/LFC/IACC的系统对比测试；本次实验因为条件的限制，没有进行大型体育场馆的对比测试等。

[1]章奎生，宋拥民.我国近20年新建剧院及音乐厅的音质检测与评价研究[R].南京：2014年全国声学设计与演艺建筑工程学术会议报告，2014.

[2]室内混响时间测量规范：GB/T 50076—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]厅堂扩声特新测量方法：GB/T 4959—2011[S].北京：中国标准出版社，2011.

[4]Acoustics-Measurement of room acoustic parameters-Part 1：Performance spaces：ISO 3382-1：2009[S].2009.

[5]Acoustics-Measurement of room acoustic parameters-Part 2：Reverberation time in ordinary rooms：ISO 3382-2：2008[S].2008.

[6]SCHROEDER M R.New method of measuring reverberat ion time[J].Acoust Soc Am，1965（37）：409-412.

[7]燕翔，李晋奎，徐学军，等.脉冲反向积分法混响时间测量[C]∥绿色建筑与建筑物理——第九届全国建筑物理学术会议论文集（一）.南京，2004：410-413.

[8]张宁.AWA14423、AWA14425型电容传声器应用静电激励器法测试自由场频响的修正[J].声学技术，2016，35（4）：512-514.

[9]吴硕贤，张三明，葛坚.建筑声学设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000：52-54.

[10]万宇鹏，谢荣基，桂桂.无线测试系统在多声场下的验证与对比[J].声学技术，2016，35（4）：422-425.

（编辑：刘杨）

Application and comparison of sound filed wireless test system based on DIRAC

WAN Yupeng，XIE Rongji，GUI Gui
（Institute of Acoustics,National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

The interior acoustic pulse reverse integration method can be used to measure the partial acoustic parameters quickly and comprehensively.But the traditional test is restrained by the wire connection of equipment in the system.In order to do the acoustic test more scientifically and efficiently forvarious specifications，this paperdid measurements of objective sound quality parameters such as EDT，T20，T30，C80，D50 in three cases of both wired mode and wireless modebyB&K 4942microphoneofDenmarkandSennheiserMKH800P48microphoneof Germany based on pulse reverse integration.The measurement results show that in the frequency range of 100 Hz to 8 000 Hz，the test data has good repeatability compared to traditional test method.This method can be used in the engineering test of some venues.By comparing the different test modes，this paper verifies the feasibility and reliability of wireless testing system in acoustic measurement.

acoustics；wireless test system；DIRAC；objective sound quality parameters

A

：1674-5124（2016）12-0077-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.12.016

2016-06-28；

：2016-08-03

万宇鹏（1985-），男，四川成都市人，工程师，主要从事声学检测与建筑声学相关工作。