江阴广播电台直播室建筑声学仿真与测试

江阴广播电台直播室建筑声学仿真与测试
丁雷
【摘要】指明了江阴广播电台直播室建筑声学工程进行模拟仿真的意义,并给出了仿真数据.对施工完毕的直播室进行了声学测试,将测试数据与设计方案进行对比分析,指出工程施工中的不足并进行改进,同时阐述了测试数据与仿真数据之间产生偏差的原因,对同类工程项目具有指导意义.
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2017(041)006
【总页数】12页(P1-11,23)
【关键词】直播室;仿真;声学测试;隔声;混响时间;底噪;语言清晰度
【作者】丁雷
【作者单位】江阴职业技术学院,江苏江阴214405
【正文语种】中文
【中图分类】TB54
在《江阴广播电台直播室隔声与减振工程》及《江阴广播电台直播室声学装修》等文中已详细介绍了江阴广播电台直播室的建筑声学设计与施工过程，建设完毕的直播室声学环境究竟如何，与设计时进行的模拟仿真是否吻合，能否达到使用要求，这就需要对这些直播室进行声学测试，通过数据与图表的分析来判断其工程施工质量，这也是工程验收的重要参考资料之一。

长时间以来,厅堂的建筑声学设计主要是依靠人工计算及一些施工经验,而音频扩声
系统设计一般都是在厅堂建声工程竣工后进行,由于对前期设计预定值与实际效果
的差距预判不足，这就导致一些厅堂在扩声设备安装完成后，才发现无法弥补的声学缺陷，达不到预期的使用效果。

而计算机辅助设计技术可以借助计算机建模来完成定量的设计计算，模拟厅堂中声场的声学特性, 以获得较为准确可靠的设计数据, 并可直观看到设计效果, 对实际声频工程的设计与调整具有良好的指导作用。

对厅堂声场进行计算机辅助设计具有重要意义,它可使设计者与用户在设计阶段就
能预知判断工程对象的音质参量所能达到的大概水平,可以提供一定混响时间条件
下的多种吸声材料布置方案，并可为扩声系统提供扬声器布局方案及施工安装数据参考。

在江阴电台直播室的声学设计中采用了EASE软件，EASE是由其英文全称Enhanced Acoustic Simulator for Engineers的第一个字母组合而成，翻译成中文为“高性能的声学工程模拟软件”。

根据建筑设计单位所提供的电台直播室建筑平面图与装修图，如图1所示，结合GYT5086—2012《广播电视录(播)音室演播室声学设计规范》，利用EASE计算机辅助软件对直播室进行声场建模，提供吸(扩)声材料布置，并进行音质参量模拟和预测，修改和调整直播室内声学设计方案，最终形成基于EASE软件的各主要频点的混响时间，语言辅音清晰度损失，语言快速传输指数等参考数据。

电台的直播室，室内并无扩声设备，考虑到其声学要求，主要考虑的是语音清晰度与可懂度，因此在做EASE仿真时，重点对混响时间T60和语言传递指数STI进行了模拟[1]。

1.1 混响时间模拟
混响时间是直播室室内声场非常重要的参数，混响时间过长或过短都会影响直播室的音质效果。

混响时间过长，会使语言清晰度降低，混响时间过短，则播音员会感觉发音吃力，声音干涩，而合适的混响时间听起来感觉语言清晰、明亮。

直播室内，对不同频率的声音，会产生不同的混响时间，这就是混响时间的另一个物理量——频率特性。

这是由于不同的吸声材料(结构)对不同频率的声音吸声系数不相同而造成的，对音质也有较大的影响，声源在室内将会被频率特性所调制，如果频响曲线起伏较大，声音就会失真。

依据GYT5086—2012《广播电视录(播)音室演播室声学设计规范》及实际使用要求，将这几个电台直播室的混响时间设计在0.4±0.1s，频率特性在125～4 000 Hz内允许偏差±15%，中低频段趋于平直，高频段略高一些[2]。

在《江阴广播电台直播室声学装修》一文中对直播室内的吸(扩)声材料与结构已做了详细描述，这样的建声设计能否满足直播室内混响时间的要求哪？通过EASE软件仿真，得到的参数如图2～4所示。

从仿真结果来看，各直播室的混响时间符合设计要求，直播室1由于面积较大，所以混响时间稍长于其他直播室，各直播室的频率特性也较为平直，没有出现明显的峰谷，这也说明这几个直播室建声材料与结构的选择应用是合理的，可以满足直播室的设计使用要求。

1.2 语言清晰度
在电台直播室这类专业用房的声学参数中，语言清晰度是非常重要的，直接关系到播音质量。

语言清晰度包括语言传输指数与语言可懂度，是用来衡量人声发音，语音可理解程度的物理量，常见的STI/RASTI/STIPA 是采用了不同测量方法的语言清晰度表示结果，一般常用语言传输指数STI(speech transmission index)来表述语言清晰度的优劣。

连续的语言信号可以认为是由一系列被称为“音位”的语言碎片组合而成，也可以认为是由一个窄带噪声被发声器官的低频运动所调制而成，其在时域上就是一个以某窄带噪声为载波的调幅波，因此，每一个音位都有自身的包络，语言所传递的信息就包含在该调幅波的包络之中。

STI 法的测量信号采用人工合成，其信号模拟人
声的“音位”，包含7 个窄带噪声载波，其中心频率为125，250，500，1 000，2 000，4 000，8 000 Hz，每一个载波又分别采用14个极低频的简谐信号调制，频率从0.63 Hz至12.5 Hz，相隔 1/3 倍频程，一共有98个测量信号的分量。

但这种测量方法非常复杂，实际工程测量中极少使用。

而由STI 法衍生出三种简缩版测量方法：
1)STITEL，适用于长途通信。

2)RASTI，适用于不用电声设备的、仅由房间声学特性决定的可懂度测量。

3)STIPA，适用于评价包括扩声系统和房间声学特性的语言传输质量。

其中，STIPA测量方法应用的比较广泛，是在多项科学研究下得到的标准化的结果，已有多家国际测试仪器制造商采用了STIPA的方法并提供了解决方案，该方
法把测量信号矩阵进行了简化，每个载波只有2个调制频率，共选用12个调制频率。

因此，STI测量法中的98个测量信号便缩减为14个，如表1所示，大大提
高了工程测量的可行性。

STIPA测试法对所测场所的语言清晰度进行了14个等级的划分，每个等级STI相差0.04，如表2所示。

从表2中可看出，对电台直播室等专业用房来说，语言清晰度的要求还是非常高的，江阴电台这几个直播室的建声设计能否达到高标准的语音清晰度要求？通过EASE软件仿真，得到的参数如图5～7所示(中心频率500 Hz)。

从图中可看出，这几个直播室的语言清晰度均大于0.8，达到了非常好的标准，2，3，4号直播室的面积比1号直播室的小，混响时间也稍短，因此语言清晰度相比
也要更高一点，这些都是符合设计要求的[3]。

电台直播室施工完毕，基础设备设施全部进场后，该广电中心主管部门邀请了上海声学学会对其直播室的声学环境进行了系统测试，看能否满足设计与使用要求，对发现的问题要进行及时整改。

测试依据GY/T 5087—2012《广播电视中心声学装
修工程施工及验收规范》、GY5022—2007《广播电视播音(演播)室混响时间测量规范》、GBT19889.4—2005《声学建筑和建筑构件隔声测量》、GY J42—89《广播电视中心技术用房的允许噪声标准》及GB/T 4959—2011《厅堂扩声特性测量方法》中的规范及要求来进行。

测试在空场环境下进行，空调与照明等设备设施全部正常使用。

测试设备包括丹麦B&K4292型十二面体无指向性声源，B&K2270b型双通道精密声学分析仪，
B&K 2734测试功率放大器、德国Sennheiser MKH800可调指向性无线测试传
声器，Sennheiser SKP500 无线接收系统，NTi Audio手持便携式STIPA声学分析仪，笔记本电脑及B&K 7841声学软件等，主要测试了隔声特性、混响时间、
本底噪声及语言清晰度等参数[4]。

2.1 隔声特性
在GY/T 5087—2012《广播电视中心声学装修工程施工及验收规范》中规定，直播室与直播室之间的墙体隔声量要大于50 dB，直播室隔墙与隔声窗的空气综合隔声量要求达55 dB以上，带声闸的隔声门空气隔声性能大于40 dB，由于这些直
播室靠走廊侧采用了导控室兼声闸的结构，如图1所示，因此在实际测试时，直
播室与导控室之间的隔声性能要求可适当降低，参照了GBT19889.4—2005《声
学建筑和建筑构件隔声测量》标准。

测试现场如图8所示，中心频率为1/3倍频程从100～3 150 Hz的16个频率点，每个测试点测3次，测其声压差，分别做频谱分析和等效A计权声级换算，取其
平均值[5]。

表3为直播室2与直播室3之间的墙体隔声参数(声源在直播室2内)，图9为它
们之间的隔声特性参考曲线。

表4为直播室3与直播室4之间的墙体隔声参数(声源在直播室3内)，图10为它们之间的隔声特性参考曲线。

表5为直播室1与导控室之间的墙体隔声参数(声源在导控室内)，图11为它们之间的隔声特性参考曲线。

表6为直播室1与走廊侧的墙体隔声参数(声源在走廊内)，图12为它们之间的隔声特性参考曲线。

表7为直播室1与走廊侧的门体隔声参数(声源在走廊内)，图13为它们之间的隔声特性参考曲线。

表8为直播室2与导控室之间的墙体隔声参数(声源在导控室内)，图14为它们之间的隔声特性参考曲线。

表9为直播室2与导控室之间的门体隔声参数(声源在导控室内)，图15为它们之间的隔声特性参考曲线。

表10为直播室3与导控室之间的墙体隔声参数(声源在导控室内)，图16为它们之间的隔声特性参考曲线。

表11为直播室3与导控室之间的门体隔声参数(声源在导控室内)，图17为它们之间的隔声特性参考曲线。

表12为直播室4与导控室之间的墙体隔声参数(声源在导控室内)，图18为它们之间的隔声特性参考曲线。

表13为直播室4与导控室之间的门体隔声参数(声源在导控室内)，图19为它们之间的隔声特性参考曲线。

从上述的测试数据及图表可看出，电台直播室的隔声性能测试结果与设计值之间有部分数据可满足现场使用，而有部分达不到设计要求。

1)直播室之间的墙体采用了页岩砖等高密度建筑材料，直播室自身又采用了浮筑结构，平均隔声性能达60dB以上，高于相关标准中的要求。

而直播室与导控室之间的墙体由于采用的是轻质隔墙，因此平均隔声量在35～40 dB之间，但再加上导控室的隔声，是能满足设计标准中大于55 dB的要求的。

从同一房间不同材质结
构的墙体隔声性能来看，材料的密度是起着决定性因素的。

2)从测试结果来看，几个直播室的隔声门隔声性能一般，使整个直播室的隔声性能出现下降。

由于采用的是成品隔声门，测试后会同生产厂家进行检测，发现是门的密封条存在问题，后将所有门的密封条全部进行了更换，并将门体与门框处做了更为细致的密封处理，整改完毕后，门的隔声量得到显著提高。

3)直播室2，3，4的建筑结构是相同的，但从测试数据来看，他们之间并不完全
相同，这也充分说明，施工质量与工艺在建筑声学中是非常重要的，相同的材料与结构由于施工的差别，在最终的测试中所表现出的差异性还是存在的。

2.2 混响时间
混响时间是直播室众多声学参数中最为重要的，它直接关系到声音的质量。

测试现场如图20所示。

测试依据GY5022—2007《广播电视播音(演播)室混响时间测量规范》的要求来
进行，采用相关测量法，通过测试直播室内各测试点的脉冲响应，如图21～22所示，得到相应测试点的混响时间。

工作人员在测试现场使用B&K2270手持测量仪内部自带的信号发生器，发出噪声信号传给B&K 2734功率放大器并驱动
B&K4292十二面体扬声器，使声音在直播室内向四周均匀扩散、反射、传播，在各测试点用Sennheiser MKH800无指向传声器将混响衰减过程传回B&K 2270，原理如图23所示，并同时进行数据计算、分析与存储。

测试时无指向性声源距地面高度1.5 m，传声器距观众席地面高度1.2 m，根据直播室房间结构对称原则在距声源4.0 m以上选取测试4个点，每个测试点测3组数据，并将测量数据导入PULSE Reflex软件进行数据交换，测试数据如表14所示，混响时间频率特性如
图24～27所示[6]。

从测试的数据来看，这几个直播室的混响时间均达到了设计要求，直播室1由于
面积较大，因此混响时间比其他几个直播室稍长。

所测数据与EASE仿真也较为接
近，这说明EASE仿真是真实可靠的，可以在设计阶段作一个较好的参考，但实测下来的混响时间频率特性曲线没有仿真的平滑，这也说明仿真更趋于理想化，而现场实际的材料与结构应用对声学参数影响较大。

直播室2，3，4的建声结构是相
同的，测试数据较接近，但也存在不同的差别，这说明现场施工的工艺与结构也是造成室内声场改变的重要原因。

2.3 底噪
直播室的底噪主要是由空调及灯光引起的，底噪对直播室的室内声学环境影响较大，一定要在规定的范围内，否则会干扰直播室的正常使用。

测试依据GY J42《广播
电视中心技术用房的允许噪声标准》进行，测试时将空调、照明等可产生噪声的设备全部打开，测试点位与混响时间测试相同，在直播室内各测试点测量噪声声压级的平均值，数据如表15所示，再将所测得的数据与NR曲线进行评价，如图
28～31所示。

从上述数据可看出，直播室1的底噪超出了相关标准中的要求，直播室2，3，4
的底噪均符合要求，测试完后对直播室1顶部风管内的微穿孔消声器进行了加长
处理，重新测试后，其底噪得到明显的改善。

而且现在的专业传声器指向性及降噪做的都较好，直播室内的底噪不会对播音产生影响。

2.4 语言清晰度
直播室内对语言清晰度的要求非常高，这几个直播室在EASE模型中的语言传输指数(STI)仿真达到了优秀的水平，那现场实测情况会怎样哪？STI是很难进行现场系统测试的，因此对该直播室进行了扩声系统语言传输指数(STIPA)的测试。

测试时播放NTi Audio测试信号CD中STIPA V1.1标准信号，平均声压级保持在80 dB左右，这是因为当声压超过80 dB时，由于掩蔽效应反而会使人耳敏感度
降低，STIPA值会下降，同时80 dB也保证了测试时有足够的信噪比。

STIPA测量点位及测试仪麦克风高度与混响测量相同，在每个测量点使用NTi
Audio XL2分析仪采集15s的信号，同一测量点连续测量三次取平均值作为最终
的结果。

测试完毕后将XL2的测量数据导入到STIPA报告生成工具中，得出该演
播室的STIPA平均值为0.84，如图32～35所示，远高于设计标准中0.5的要求，按照NTi XL2音频分析仪的定义及IEG标准，该值为优秀(A+级)，完全符合直播
室的使用要求，达到了高质量的语言清晰度水准[7]。

从测试结果来看，与EASE仿真数据基本吻合，这也说明在设计阶段做的前期仿真可以对后期的施工做到很好的参考作用。

经过两年多的设计、施工与测试，江阴广播电台的几个直播室现都已经投入使用，如图36所示。

从主持人及嘉宾的使用反馈情况来看，对这几个电台的室内声学使用环境均给出了较高的评价，认为室内安静，语言表达自然、干净、清晰、丰满，不吃力，有很好的语言清晰度。

从该项目的实施中可看出，前期依据国家与相关部门的标准，对电台直播室的室内声学环境做出科学合理的设计是非常必要的，在设计阶段，可充分利用电脑仿真软件对设计对象的建声材料与结构做出优化选择，并可对建声结果做一个预判与参考。

当然最重要的环节还是施工阶段，只有不折不扣的保证工程质量，才能得到满意的声学效果[8]。

该系列论文对江阴新广电中心电台直播室的建筑声学设计、施工与测试作了详细介绍，希望能得到行业内专家的批评指正。

在此特别感谢厚石建筑设计(上海)有限公司，上海市声学学会，江苏崇德电子有限公司、江阴莱恩音响有限公司对本文提供的资料与数据支持。

【相关文献】
[1] 丁雷.江阴广电中心大型演播室声频工程EASE设计仿真[J].电声技术，2016，40(5)：5-11．
[2] 国家广播电影电视总局. GYT5086-2012 广播电视录(播)音室演播室声学设计规范 [S].
[3] 丁雷.江阴广电中心大型演播室建筑声学设计与施工[J].电声技术，2015，39(10)：6-11.
[4] 国家广播电影电视总局. GYT5087-2012广播电视中心声学装修工程施工及验收规范 [S].
[5] 国家广播电影电视总局. GYJ 24-1986 广播电视录音(播音演播)室空气声隔声测量规范 [S].
[6] 国家广播电影电视总局. GY5022-2007 广播电视播音(演播)室混响时间测量规范 [S].
[7] 丁雷．江阴广电中心演播室声频工程测试与听音评价[J]．电声技术，2016，40(6)：1-7，17.
[8] 潘婉榕，李大为.海峡之声广播电台广播大楼的声学设计[J].电声技术，2013，37(1)：8-12.。