国内外数字影厅声学测量方法差异性研究

陈登科

中影巴可（北京）电子有限公司，北京 100032

1 引言

近年来，随着数字电影高新技术格式的发展与应用，观众更加关注数字电影放映品质，观众在追求高帧率（HFR）、高动态范围（HDR）、高分辨率（HR）、巨幕（GS）的同时，更加关注影厅还音效果。为了给观众呈现出逼真的还音效果，提升数字电影声学放映质量，国内影院对影厅的声音质量尤为重视，近年来不少影院获得相关的国外影院声学技术认证。该认证业务在国内影厅的认证，为提升我国数字电影声学检测评估技术提供了很好的借鉴依据。

本文首先对影响数字电影声学放映质量的几个关键指标：B 环电声响应、混响时间（RT60）和背景噪声的国内外检测方法进行总结，并针对技术标准中对声音的测量，对比分析二者的差异，结合现场测试遇到的相关问题，对国内现有的技术规范提出改进意见，为下一步国内相关影院声音技术标准的修制定提供一些参考意见，便于国内数字电影声音技术的良性健康发展。

2 测量传声器的分类

测量传声器按照使用环境分为自由场传声器、压力场传声器、随机入射传声器：

（1）自由场传声器采集的声压对传声器自声场的影响进行了修正，它测量的声压为真实环境声压，具有较为平直的频率响应特性。该类型扬声器通常用于消声室等自由场环境下的测试，其测量的数据可以比较真实地反映自声场声压。

（2）压力场传声器用于测量实际声压级，即来自传声器振膜所接收到的声压，该声压包含传声器引起声场变化所带来的声压变化。该类型的传声器主要用于测量封闭耦合腔体内的声压级变化，特别是边界和壁面上的声压级变化，例如可使用驻波管法测量材料隔声和吸声性能。

自由场传声器可以将自身对声场的影响进行补偿，补偿后的频率响应特性近似于放置传声器前的状态；压力场传声器具有与实际传递到振膜处的压力水平一致的频率响应特性，因此在使用压力场测量传声器在近似自由场状态下测量时，压力场测量传声器的放置状态应与声音传播方向保持90°夹角。

（3）随机入射式传声器接收来自不同方向的声波时，可以获得较为一致的频率响应特性，当用于自由场测量时，为了确保与自由场测量传声器获得较为一致的频率响应特性，随机入射式传声器放置状态应与声音传播方向保持70°～90°夹角放置。

测量传声器的指向方向应该根据设计要求进行调节。由于影厅测量点的声场环境是直达声为主，测量B 环电声响应时，国内通常使用的是自由场型全指向性测量传声器，由于强烈的直达声到达后很长时间才出现反射声，为了兼顾反射声的影响，建议传声器垂直地面向上摆放。

3 B 环电声响应测量方法

B 环指的是音频信号经过IMB 媒体播放服务器后的还音系统，音频信号经过音频处理器的解码、音量控制、延时、均衡调节后，经过D/A 信号转换，通过模拟声频功率放大器对信号进行放大处理，最后通过扬声器系统将音频信号转化成声信号，在影厅内还原出影片中的声音信息，系统流程如图1所示。

图1 B环电声响应系统流程示意图

3.1 国外影院认证B 环电声响应测量方法

国外影院认证B 环电声响应测量通常在影厅观众区内选择四个测量点，以距离银幕约2/3 处的点为基点，其他三个测量点同时要求满足每个测量点能够覆盖三行座椅和每个测量点到墙面的距离不小于1.5m；使用四个自由场传声器设在选定的位置，传声器的架设高度约为1.10m～1.20m，传声器垂直向上放置，通过音频信号传输线连接到1/3 音频频谱分析仪上；依次向各路扬声器系统发出粉红噪声测量信号；使用1/3 音频频谱分析仪依次测量各路扬声器系统的1/3倍频程声级和各路扬声器系统的声压级。

3.2 国内B 环电声响应测量方法

国内相关技术规范的B 环电声响应测量方法一般仅对影厅观众区中心点进行测量，将测量传声器放置在观众厅距离银幕约2/3 长度的座位区，通常偏离影厅纵向中心点的1-2 个座位，测量传声器在所测排架设的高度约为1.10m，且测量传声器距离座椅靠背上缘0.15m 以上，垂直指向银幕方向，且上仰45°，通过测量传声器延长线将传声器连接到1/3 倍频程频谱分析仪；依次向各路扬声器系统发出粉红噪声测量信号；使用1/3 音频频谱分析仪依次测量各路扬声器系统的1/3 倍频程声级和各路扬声器系统的声压级。

3.3 差异性分析

国外和国内B 环电声频率响应测量方法不同点主要在于测量点数和传声器的摆放方式，详见表1。

表1 B 环电声频率响应测量方法对比

国外影院认证B 环电声响应测量在观众区内选择四个测量点并覆盖大部分观众区域，能够更好地反映影厅的实际音响效果。为了使测量结果能够代表整个听音区的电声频率响应特性，建议采用国际B环电声响应测量点的选择方法，B 环电声频率响应结果采用空间四个测量点的测量结果求平均，为了工程上计算方便，如果不同测量点同一时段和频段测量的声压级差不大于4 dB,声压级的平均值可以用简单的算术平均进行计算；如果声压级差大于4 dB,声压级的平均值计算方法如式（1）所示：

式（1）中：

Lp:几个测量点所测声压级的平均值，dB;

n:测量点数；

Li:在i个测量点该频段上测得的声压级，dB。

4 混响时间（RT60）测量方法

影厅混响时间（RT60）是指影厅内声音的声压级达到稳定状态后，声源停止发声，平均声能密度自原始值衰变到其百万分之一（即衰减60dB）所需要的时间，记为T60，单位为秒(s)。

测量时，使用影厅声压级稳定后停止声源发声，当声压级衰减5dB～25dB 后所需的时间乘以3，即为推算的衰减60dB 所需要的时间，记为T20; 当声压级衰减5dB～35dB 后所需的时间乘以2，即为推算的衰减60dB 所需要的时间，记为T30。混响时间是反映数字电影影厅建筑声学环境的一个重要客观技术指标，影响影厅混响时间长短的主要因素是装修材料的吸声和反射性能，影厅建设完成后很难再做改变，因此，影厅在建设之初应对影厅的建筑声学环境进行设计，合理使用吸声和反射材料，确保影厅内混响时间符合相关技术要求。

4.1 国外影院认证各个频段混响时间（RT60）测量方法

观众厅混响时间（RT60）测量方法为：在观众区内选择4 个测量点，以距离银幕约2/3 处的测量点为基点，其他3 个测量点要求按照每个测量点能够覆盖3行座椅和每个测试点到墙面的距离不小于1.5m。将4 个测量传声器架设在选定的位置，架设高度约为1.10m～1.20m，垂直向上摆放，通过传声器延长线与混响时间测量仪相连接。打开所有的功率放大器，通过还音系统同时向各路扬声器发出粉红噪声；打开混响时间测量仪,使用63Hz～8kHz 倍频段，按1/1倍频程方式进行测量。每个测量点应不小于3 次的测量，最后求取所有测量数据的算术平均值。

4.2 国内混响时间测量方法

根据国内数字电影混响时间测量相关标准的规定，数字电影影厅混响时间测量方法总结为：

（1）根据影厅的容积选取3～7个测量点，一般情况下，将测量传声器放置在观众厅前、中和后排各取1 个测量点，各测量点之间的距离应大于等于1.50m，距离墙壁的距离应大于等于1.50m，测量点在纵向中心附近时，通常偏离影厅纵向中心点的1-2个座位；

（2）测量传声器在所测排架设的高度约为1.10m，且测量传声器距离座椅靠背上缘0.15m 以上，垂直指向银幕方向，且上仰45°；

（3）声源选择左、中、右任意一路主声道扬声器系统进行发声，应避免同时使用两路或多路；

（4）使用混响时间测量仪，将测量频率范围设置到63Hz～8kHz，按1/1 倍频程方式进行测量，每个测量点应不小于3次的测量，最后求取所有测量数据的算术平均值；

（5）频率（f）在500Hz 处测得的混响时间（T50060）为该影厅的混响时间，其它频率段的混响时间与频率在500Hz 处的混响时间的比值为该影厅的混响时间频率特性。

4.3 差异性分析

国外和国内关于混响时间测量方法不同点主要是声源和传声器的摆放方式，详见表2。

表2 混响时间测量方法对比

国外混响时间测量将还音系统所有的扬声器系统同时发声作为声源，其优点是能够让影厅每个位置获得足够的直达声能，能够反映出扬声器系统全部工作时的混响时间特性。由于各通道扬声器系统到达测试点的距离不一样、延时调节不一样，影厅内的扬声器系统如果全部打开，延时调节不当，将导致该影厅的混响时间测量结果与实际情况相比偏长或偏短，从而不能够真实反应该影厅的混响时间状态。

国内标准混响时间测量是用声源截断法，即声源发声待室内声场达到稳态后，突然切断声源停止发声，直接记录室内某点声压级衰变曲线。在实际操作中，当测试信号结束时，由于各个扬声器系统的延时效应不同，如果扬声器单元延时过长会对测量结果带来较大误差；采用左、中、右三路中任一路作为声源虽然很好地解决了扬声器系统的延时，但是此种方法不能反映环路扩声系统对混响时间的影响，建议选择3 个声源位置进行测量，第一个位置选择左、中、右三路中的任一路；第二个位置选择左、右环绕的任一路；第三个位置选择左、右后环绕的任一路。

测量传声器的指向方向应该根据设计要求进行调节。由于影厅测量点的声场环境以直达声为主，测量混响时间时，行业内通常使用的是自由场型全指向性测量传声器，由于强烈的直达声到达后很长时间才出现反射声，为了兼顾反射声的影响，建议传声器垂直地面并向上摆放。

5 背景噪声测量方法

影院背景噪声，亦称为影院本底噪声，是指自身或外来干扰而形成的固有噪声。一般分为静态本底噪声和动态本底噪声，其中当影院关闭所有设备时测得的噪声为静态本底噪声，打开放映机、场灯、还原设备（不送信号）、空调、风机等所有设备时测得的噪声为动态本底噪声。影院背景噪声涉及到影厅的建筑声学设计、电声设计以及施工质量，提出背景噪声的高低及处理方式对影厅的还音质量有着重大影响。

5.1 国外影院认证背景噪声测量方法

进行静态本底噪声测量时，需先关闭放映机、场灯、还原设备（不送信号）、空调、风机等设备，在影厅的观众区域选择4 个测量点，距离银幕约2/3 处的点为必测点，其他每个测量点应能够至少覆盖3 行座椅，测量点距离墙面的距离应大于等于1.5m。将4个测量传声器放置在选定的符合要求的位置，测量传声器距离测量排的地面高度约为1.10m～1.20m，应垂直向上摆放，通过音频信号延长线将测量传声器与噪声测量分析仪相连接。确保影厅内不应产生人为噪声干扰。开启声音测量设备的1/1 倍频程频谱分析功能进行测量，待1/1 倍频程频谱达到稳定状态时记录测量结果。

动态本底噪声测量时，需打开放映机、场灯、还原设备（不送信号）、空调、风机等设备，测量方法同静态本底噪声。

5.2 国内背景噪声测量方法

动态本底噪声测量方法如下：首先开启空调排风系统、放映机及电声系统放映设备。测量点至少选取影厅观众座位区中轴线的前、中、后3点，可根据影厅的大小适当增加测量点。测量传声器距离测量点的地面高度为1.10m，且距离座椅靠背高度大于0.15m。测量传声器应垂直指向放映银幕方向，角度上仰45°。噪声测试频谱分析仪放置在影厅的外部，并使用音频信号线将测量传声器与噪声测试频谱分析仪连接。影厅内应确保没有人为噪声干扰。开启噪声测试频谱分析仪，将频率范围设置在63Hz～8kHz，使用倍频程进行测量，当频率响应稳定后记录测量结果，求取所有测量点的本底噪声的平均值；将测量结果绘制成噪声谱频率特性曲线与标准的NC噪声评价曲线进行比较，获得影厅的噪声等级。如果被测影厅有相邻影厅，除上述测试外，还应增加相邻影厅的噪声干扰程度测量，被测影厅开启空调排风系统、放映机及电声系统放映设备后，相邻影厅的扬声器系统发出总声级为95dB（C）的粉红噪声信号，测试被测影厅的动态本底噪声水平。

5.3 差异性分析

国外和国内背景噪声测量方法不同点主要在于测试项目和传声器的摆放方式，详见表3。

表3 背景噪声测量方法对比

国外影院认证背景噪声测量对静态本底噪声和动态本底噪声进行测量。这样测量可以根据检测结果分析是外部环境对本底噪声的影响大，还是内部设备对本底噪声的影响大。检测结果便于指导影院对本底噪声的控制。建议背景噪声检测过程中增加静态本底噪声的测量。

测量传声器的指向方向应依据设计要求进行调节。由于影厅测量点的声场环境以直达声为主，测量本底噪声时，国内行业一般使用的是自由场型全指向性测量传声器，由于强烈的直达声到达后很长时间才出现反射声，为了兼顾反射声的影响，建议传声器垂直地面向上摆放。

6 总结

能够准确、真实反映影厅声学现状的检测评估方法是保障我国数字影厅声学观影环境的基础，本文通过对国内外通常使用的影厅声学关键指标的检测评估方法对比，希望为进一步提高我国数字电影B环电声响应、混响时间和背景噪声检测评估的测量精度及相关技术标准修订提供有益参考。近期，全国电影标准化技术委员会的成立，将会不断推动我国电影产业高质量发展。通过创新开展电影标准制修订工作，加快推进中国电影标准国际化进程，为电影行业高质量发展贡献技术智慧和标准支撑。