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数字影厅B环电声响应测量方法探讨
2016-07-08 | 访问次数: | 新闻来源:《现代电影技术》

国家新闻出版广电总局电影技术质量检测所 张辉

  【摘要】本文首先对影响数字影厅B环电声响应的因素进行分析,然后对各声道测量方法进行探讨,最后提出合理的B环电声响应测量方法。

  【关键词】B环电声响应 调试基准声压级 参考声压级 数字影厅

  一、引言

  随着数字技术的发展,我国电影院已基本实现数字化,目前我国B环电声响应测量仍然使用胶片时代标准GB/T15397-1994(参考ISO 2969-1987)规定的方法,严重滞后于技术发展的需要。随着标准ISO 2969:2015(E)的发布,因该文件与ISO 2969-1987相比变化较大,增加了环绕通道和次低通道的测量,细化了测量条件,完善了背景噪声的修正方法,提出了多点同时测量时的数据处理方法等。因此需要对标准ISO 2969:2015(E)进行分析研究,为制定符合我国现有技术水平的B环电声响应测量方法做参考,以指导我国影院的建设和管理。

  二、B环电声响应特性影响因素分析

  数字影院B环是电影放映还音系统的一部分,从输入源选择器到影厅观众听音区构成B环系统,B环系统框图如图1所示。声音信号从输入源选择器发出到被观众感知之前,声音质量将受各种因素的影响,如音频处理器的特性、功率放大器、扬声器系统特性、银幕特性和影院声学特性等。

图1 数字电影影片还音链路

  扬声器系统的频率特性、指向性、极性、失真特性、摆放位置,音频处理器的频率特性、分频特性和均衡特性,功率放大器的频率特性和失真等是影响B环电声响应特性的关键因素,是获得较为理想的B环电声响应的基础;影厅混响成分增强了直达声强度,使得B环电声响应相应频段的声压级有所提升,影厅的混响时间频率特性的好坏直接影响B环电声响应频率特性;空气中的高频衰减与信号路径长度成正比,对于含混响成分的声音路径长度,取综合路径长度的平均值,频率在2kHz以上,典型的混响时间特性随着频率的增加而减弱;银幕会引起主声道高频声音衰减,使用传统的影院用扬声器和正常穿孔率的银幕,声音频率为5kHz~8kHz时,扬声器轴线方向上的声压级衰减为3dB,高频声音声压级以每倍频程6dB进行衰减;相邻排之间的座位的高度不够会引起临界入射声场附近的频率响应凹陷,凹陷区域通常在频率80Hz~125Hz范围内;另外回声、银幕后方的反射声、背景噪声和外部噪声干扰也是影响B环电声响应特性的因素之一。

  为了能够获得较为理想的B环电声响应,应选择频率特性曲线较为平直、失真小和动态范围大的还音设备;应选择透声性能好、打孔均匀的银幕;由于空气中的高频衰减与信号路径长度成正比,较大影厅高频衰减严重,在对较大影厅进行评价时,应对频率在2kHz以上的高频部分评价曲线进行修正;影厅在建设初期应进行合理的建筑声学和还音系统设计,以保证影厅具有较为理想的混响时间和较为平直的混响时间频率特性,各声道具有较为均匀的声场分布;为了避免频率在80Hz~125Hz范围内的凹陷,观众厅的每排视线超高值应不小于0.12m;调试安装时,应核查主扬声器是否足够接近银幕,避免银幕后方产生回声;验证扬声器的极性是否正确;声场分布是否均匀。

  目前我国还没有专业影院用扬声器系统、功率放大器和音频处理器相应标准,建议尽早采纳ISO 2969:2015(E)B环电声响应技术标准,用于调试和检测我国的专业影院还音设备和系统。

  三、B环电声响应测量分析

  B环电声响应调试和测量时,应注意测量条件、测量点位置的选取、调试基准声压级、参考声压级的大小和背景噪声的干扰等。

  ◆测量条件

  B环电声响应调试时,应确保电声系统无重大的声学错误,需要对B环电声系统进行核查,核查内容主要有:验证主扬声器是否足够接近银幕,避免银幕后方产生回声;验证扬声器的极性,可使用扬声器组合(如左和中、左和右、中和右)播放宽带粉红噪声测试信号对扬声器极性一致性进行验证,正确的极性是保证最大低音响应的必要条件;验证声场的均匀性,可以通过扬声器系统播放宽带粉红噪声测试信号对各个测量点位置处的总声压级进行分析,建议各测量点之间的声压级差应小于3dB;因银幕的穿孔率对主声道高频特性影响较大,测量前需核查银幕是否有堵塞。

  ◆测量点位置选取

  为了能够保证观众区内获得较好的电声响应,测量点应能足够覆盖所有观众区,为了能够保证各测量点间的标准偏差小于3dB,推荐使用四个测量点测量,有楼座时需增加测量点;影厅测量时,一般选取测量点到银幕的距离为银幕到后墙距离的2/3处为必测点,如图2所示;选取对称影厅测量点时,应使测量点至少偏离影厅纵向和横向中心线1~2个座位;为了能够真实反映观众对来自各声道的声音信息的感受,建议测量点距地面的高度应以就坐后的观众耳朵高度为准,一般在1.0~1.2m之间,且应高于座椅背上缘15cm以上;为了防止侧向传声对声压级的影响,所有测量点与墙面的距离应不小于1.5m;为了降低主声道扬声器系统指向性的影响,所有测量点与主扬声器系统的距离不小于5m。

图2 测量点位置区域

  ◆传声器安装方式

  影厅测量用传声器主要受三个声场的影响,在测量过程中应考虑这些影响。这三个声场分别是扬声器发出的直达声场、早期反射声场和混响声场。使用大振膜或者振膜前方带空腔的传声器对直达声场和扩散声场的响应是不同的,会给测量结果带来巨大的误差。因此,校准的小直径传声器的测量准确度大大优于大直径的传声器。

  使用压力类型的测量传声器,自由场传声器是首选。自由场传声器通常用于直达声场的测量,如,消声室测量。因压力类型的测量传声器对扩散声场响应平坦度会有所调整,在轴线上有所提升。在临界距离处测量时,直达声和混响声对声压的贡献量几乎是相同的,因此,找出直达声与振膜之间角度为多少时能够使得频率响应更加平坦是重要的。振膜直径为12.5mm(0.49英寸)的压力型的测量传声器,与直达声之间的典型角度为90°,测量过程中应使用这个角度摆放传声器,另外,测量传声器的指向性应为全指向型。

  ◆调试基准声压级

  标准ISO 2969:2015(E)规定主声道调试基准声压级为85dB(C),目前我国影厅以5.1和7.1声道为主,至少具备两个环绕声道。为了能够保证环绕声道同时播放信号时,观众区总声压级不宜过大,以防掩蔽主声道声音细节信息,规定环绕声道的调试基准声压级为82 dB(C)。标准ISO 22234:2005(E)第4.8条规定,宽带主声道与次低声道相比通带内增益低10dB,如图3所示:

图3 次低声道调试基准声压级计算方法

  在调试过程中,次低声道调试基准声压级的确定,依据上述规定难以操作。为适应现场调试的需要,建议使用C计权总声压级进行规定。依据标准ISO 2969:2015(E)规定的主声道调试基准曲线,将频率在50Hz~2kHz内每1/3倍频程频带的声压级为72dB作为参考声压级;获得的C计权总声压级约85dB(C)。依据标准ISO 2969:2015(E)规定的次低声道调试基准曲线,使用频率在20Hz~125Hz内每1/3倍频程频带的声压级为82dB作为参考声压级,获得的C计权总声压级约90dB(C),建议B环电声响应次低声道调试基准声压级设置为90dB(C)。

  ◆参考声压级

  对影院B环电声响应性能做评价时,需要使用参考声压级,将测试结果转化为评价数据,标准ISO 22234:2005(E)未对此参考声压级做明确规定,因标准中规定主声道和环绕声道频率在50Hz~2kHz内每1/3倍频程参考曲线应平直,次低声道在25Hz~100Hz频段内每1/3倍频程参考曲线应平直,建议规定主声道和环绕声道以50Hz~2kHz频段内各个1/3倍频程所测得的声压级平均值(一般取算数平均值)为参考声压级,次低声道以25Hz~100Hz频段内各个1/3倍频程所测得的声压级平均值(一般取算数平均值)为参考声压级。

  ◆背景噪声

  我国数字影院一般建在商业区,附近声学环境复杂,尤其63Hz以下的低频噪声,部分频段能达到70多分贝。为了降低背景噪声对测量结果的影响,需要各测量点上的每一个1/3倍频程频带声级与相应频带背景噪声声级差至少低4 dB(最好低10dB以上)。如果声压级差小于10dB、而大于4dB,对测量结果的修正公式如下:

  

  式中:L:修正后的B环电声响应频率特性;

  Lsb:信号和背景噪声叠加的总声级,单位为分贝(dB);

  Lb:背景噪声级,单位为分贝(dB)。

  ◆平均声压级

  对各测量点分别进行测量时,为了提高扬声器系统的可靠性,降低特殊房间模型对低音的影响,减少扬声器高音输出时高频部分均匀度较差的影响,需要对各个测量点的测量结果进行空间平均,如果各个测量位置处的声压级之差小于4dB, 此时房间声学或扬声器布置问题可能是造成较大标准偏差的主要因素。可以简单的对各测量点声压级求算数平均值。

  空间平均声压级计算公式如下所示:

    

  其中,

  L:平均声压级;

  N:测量位置数;

  Lk:每一个测量位置处的声压级。

  对测量点同时进行测量时,播放宽带粉红噪声信号产生的声压级具有一定的波动性,为了获得高精度的测量结果,测量结果应采用不少于20s的时间平均声压级进行计算,计算公式如下所示:

        

  式中, T:某段时间的总量;

  L:瞬时声级,单位为分贝(dB)。

  四、B环电声响应测量方法

  使用宽带粉红噪声进行B环电声响应测量时,首先应将信号接入到输入源选择器,设备连接如图4所示。

图4 B环电声响应测量框图

  使用粉红噪声作为测量信号进行B环电声响应测量有两个优先选择的方法。这两种方法首先依次向主扬声器(左、中和右)和每一路环绕扬声器通道播放宽带粉红噪声。每种测量方法如下:

  ◆使用4只已校准的全指向测量传声器进行电声响应测量,首先将4只传声器连接到传声器多路复用器上,多路复用器的输出端连接到1/3倍频带音频分析仪上;然后将测量传声器放置到各个测量点处,将各测量点的平均声压级调节到调试基准声压级,对各测量点同时进行测量,求取测量时间不少于20s的时间平均声压级。

  ◆使用1只已校准的全指向测量传声器进行电声响应测量,首先将传声器连接到传声器多路复用器上,多路复用器的输出端连接到1/3倍频带音频分析仪上;将S测量点的声压级调节到调试基准声压级, 然后依次对各个测量点进行测量,计算各测量点的空间平均声压级。

  五、总结

  本文通过对标准ISO 2969:2015(E)的研究,分析了影响B环电声响应的关键因素,通过对B环还音设备、声环境、评价方法和数据处理等关键影响因素进行分析,总结出两种较为合理的B环电声响应测量方法。影响B环电声响应的因素还有影厅混响时间频率特性、扬声器辐射方向频率特性和两者在观众区引起的直混比等。为了能够获得更加均匀的感知响度和频谱,混响时间频率特性和扬声器辐射方向频率特性是下一步工作研究的重点,以顺应当代数字电影的发展需求。

  参考文献

  [1] ISO 22234:2005, Cinematography – Relative and absolute sound pressure levels for motion-picture multi-channel sound systems – Measurement methods and levels applicable to analog photographic film audio, digital photographic film audio and D-cinema audio;

  [2] GB/T15397-94 电影录音控制室、鉴定放映室及室内影院A环、B环电声频率响应特性测量方法;

  [3]  ISO 2969:2015(E), Cinematography – B-chain electro-acoustic response of motion-picture control rooms and indoor theatres-specifications and measurements.

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