《公共广播系统工程技术规范》中最大声压级的定义和测量方法的讨论

2020/5/8 14:59:27

《公共广播系统工程技术规范》

中最大声压级的定义和测量方法的讨论

孟子厚

[摘  要] 针对目前相关标准和实际操作过程中对最大声压级的定义、测量方法、以及具体标准限值的确定等问题上存在的模糊性和不规范性，进行了分析。从标准文档的科学、严谨、逻辑性等要求出发，对在公共广播工程技术规范的制订中如何来定义最大声压级、如何来测定最大声压级等问题进行了讨论，建议最大声压级的定义应该考虑到系统的实际应用背景，以系统在特定输入和稳定工况下所能达到的最大A计权等效声级来定义最大声压级。最大声压级的测量应该考虑到实际所使用的标准设备。

[关键词] 最大声压级 maximum sound pressure level, 等效声压级 equivalent sound pressure level，峰值声压级 peak sound pressure level，声级计 sound level meter，计权声级 weighted sound level

1、《公共广播系统工程技术规范》草案中有关最大声压级条款的分析

评价公共广播系统效能的主要参数是广播的语言清晰度，而语言清晰度的主要决定因素是公共广播系统正常工作时接收者所能感受到的响度。公共广播系统所能达到的最高响度在工程当中一般用最大声压级来表示，最大声压级的定义和测量方法的规定，可以说是在技术规范的制订和实施中最重要的环节。

作为一个面向全行业的国家级的技术标准来讲，在定义一个标准中特指的有具体概念内涵的专用术语或名词时，必须考虑几个因素：

l         概念的严谨性、科学性、专业性；

l         概念在行业领域内的认知程度；

l         概念的逻辑上应该是自洽的；

l         概念的应用背景是明确的；

在概念所涉及的具体物理参数或测量方法的规定上，应该考虑以下几个因素：

l         实际的可操作性；

l         与其他标准的衔接和引用；

l         根据规定测量方法所得到结果的唯一性和一致性；

l         测试设备和测试过程的成本；

正在草拟的《公共广播系统工程技术规范》中有关最大声压级的条款汇总引述如下：

2.0.15 最大声压级  Maximum Sound Pressure Level

公共广播服务区内可以听到的最大稳态峰值声压级。

5.2.2 最大声压级的测量方法

在被测公共广播系统中播放粉红噪声，把系统增益置于最高可用增益（当系统不会啸叫时，则置于系统最大增益-6dB处），在选定的测点上测出稳态峰值声压级，以各测点的平均值为该系统的最大声压级。

编制说明中关于最大声压级指标确定的说明：

“通常人声鼎沸、交通繁忙地区的背景噪声约为75dB,为保证15dB的信噪比，有用信号应达到90dB。本规范规定‘最大声压级’是在系统最大增益-6dB条件下测量，所以‘最大声压级’在84dB以上即可以应付恶劣的环境。”

这些条款包括三个部分的内容：最大声压级的定义；最大声压级的测量方法；以及确定系统最大声压级指标的依据。

最大声压级的定义为“公共广播服务区内可以听到的最大稳态峰值声压级”。这个定义形式上看起来很简明，但是存在着几个关键的问题，可能在实际运用规范时引起模糊性和不确定性。这些问题包括：

l         “最大”的含义如何理解？是对系统增益的限定还是对其它因素的限定，这里不明确；

l         “最大”、“稳态”、“峰值”三个概念是完全不同的，有相互排斥和矛盾之处，如果表述不当会出现逻辑问题，以致实际操作时无所适从；

l         就测量技术来讲，最大声压级、稳态声压级、峰值声压级的测量和具体数值是完全不同的概念，最大稳态峰值声压级的概念很难理解，令人迷惑；

l         “可以听到”的声音指的是人所实际感觉到的声音的大小，这是和响度成比例关系的，所以对人所听到的声音的大小应该用计权声级来表示，这在定义中并不明确；

l         最大声级和输入信号是密切相关的，虽然在测量方法中限定了实际的输入信号，但是在定义中也应该明确最大声级是在特定输入下的最大声级。由于这个特定的信号实际是稳态信号，“稳态”的限定就没有必要了。

在测量方法的规定中，对最大声压级的具体获得做了说明，对此条款的理解如下：

l         最大声压级的测量是在特定输入信号条件下进行的，输入信号为粉红噪声，但是对粉红噪声的峰值因数没有加以限定；

l         最大声压级中的“最大”应该理解为测量时系统的增益最大（或最大可用增益的-6dB）,但是系统的最大可用增益实际上可能与输入信号的大小以及环境因素有关，而这里对输入信号的大小并没有界定。系统所能达到的最大声级与输入信号的电平以及系统增益的组合是否有关，缺乏足够的论证；另外系统标称的最大增益与系统实际调试出的最大增益可能是不一致的，到底以什么为基准，需要明确说明；

l         由于对输入信号的峰值因数没有限定，对采用间接方法测量峰值声压级就存在不确定性；

l         “最高可用增益”严格来讲并不等于“最大增益-6dB”。

在规范的草案中，对最大声压级的限定值用dB给出，按字面理解是线性声级（无频率计权）。最大声压级限定值的依据是背景噪声的水平，这里提到通常人声鼎沸、交通繁忙地区的背景噪声是75dB。对于公共场所背景噪声水平的验证调查将另外报告，这里指出：对噪声的评价应该用计权声级，交通噪声和一般的社会噪声（不涉及飞机噪声）一般用A-计权声级或噪声评价曲线等（NR、NC、PNC），用线性声级并不能反映噪声实际造成的主观响度。对粉红噪声和白噪声等理想频谱特性的声音来说，其线性声级与A计权声级之间的差别是确定的，如果用粉红噪声作为输入信号来检测系统所能达到的最大响度输出是可行的，但是从标准的严谨性上来看是有缺陷的。另一个必须考虑的问题是，实际听到的声级大小与安装公共广播系统的环境声学条件有关，环境因素也许会影响实际听到的声音的频谱特性，给系统的输入端馈入粉红噪声，在声场中实际测得的并不一定是粉红噪声，对这样的声音其线性声级和计权声级之间并不存在确定的关系。对系统所能达到的最大声级的评定应该考虑到系统所使用的环境的声学条件可能带来的影响。

2、其他相关标准中有关最大声压级的条款分析

《公共广播系统工程技术规范》草案中与最大声压级有关的这些问题实际上也反映出目前在相关标准的制订中以及实际工程实践中对最大声压级定义和测量方法的模糊或困惑。以下摘录几个相关标准中对最大声压级的定义：

《厅堂扩声系统设计规范》GB50371-2006中有关最大声压级的条款

2.0.4 最大声压级 maximum sound pressure level

扩声系统完成调试后，在厅堂内各测点可能的最大峰值声压级的平均值L(—)_M。以峰值因数（1.8—2.2）限制的额定通带粉红噪声为信号源，其最大峰值声压级为RMS声压级的长期平均值L(—)_RMS加上峰值因数的以10为底的对数再乘以20，单位：dB。

L(—)_M=L(—)_RMS+20lg(1.8～2.2)

《厅堂体育场馆扩声设计规范》（草案）中有关最大声压级的条款

3.5最大声压级maximum sound pressure level

系统完成调试后，扩声系统在各测量点可能重放的最大峰值声压级的平均值L(—)_M。以峰值因数(1.8-2.2)限制的额定通带粉红噪声为信号源，最大声压级为RMS声压级的长期平均值L(—)_RMS加上峰值因数的以10为底的对数再乘以20，单位：dB。

L(—)_M=L(—)_RMS+20lg(1.8～2.2)

《厅堂扩声特性测量方法》GB/T4959-1995（修改稿草案）中有关最大声压级测量的条款

3.0.4最大声压级maximum sound pressure level

扩声系统完成调试后，在厅堂内各测量点可能产生的稳态最大有效值总声压级的平均值。最大声压级也可以用峰值声压级或准峰值声压级表示。

最大有效值总声压级等于额定通带内各1/3倍频程（或1/1倍频程）频带声压的均方根和的以10为底的对数再乘以20。单位：dB。

以峰值因数（2±10％）限制的额定通带粉红噪声为信号源，其最大峰值总声压级为RMS总声压级的长期平均值L_RMS加上峰值因数的以10为底的对数再乘以20。单位：dB。

L_M = L_RMS +20lg (2±10％）

将最大峰值总声压级的平均值减去3 dB，即得最高稳态准峰值总声压级。

L_qmax = L_M -3 dB

或       L_qmax =  L_RMS+20 lg F_cf -3 dB