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杂志精选 | 扩声系统总噪声级的精确测量
时间:2018-08-07 09:44:09   来源:中国演艺科技网   作者:赵其昌

随着中国文化事业的蓬勃发展,文化演出场所的建设如雨后春笋。在厅堂建设和设计规范中,规定了扩声系统的总噪声级和厅堂的总噪声级的指标。噪声是一个重要的指标,噪声对厅堂的音质影响很大,它是文艺演出的动态范围的下限,很难想象在嘈杂的环境中能有好的演出效果。扩声系统的总噪声级反映了扩声设备的品质、安装、布局和连接的水平,它是厅堂总噪声级中很重要的一部分。

GB/T 28049-2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》中“文艺演出类扩声系统声学特性指标”规定:系统总噪声级为NR-20;(厅堂)总噪声级为NR-30,其中NR是噪声评价数,是用来评价噪声烦恼和危害的参数,它与噪声的倍频带声压级的关系表示为一组曲线:纵坐标为声压级(dB),横坐标是倍频带的中心频率,63 Hz、125 Hz、250 Hz、500Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz,用在每一条曲线上频率为1 000 Hz倍频带的声压级来表示噪声评价数NR。例如1 000 Hz的倍频带声压级为30 dB,则所对应的曲线就称为NR-30,每一条曲线从63 Hz~8 000 Hz的每一倍频带的声压级可以查表,也可以理论计算得到。例如,表1给出了NR-20、NR-25、NR-30三条曲线对应的声压级。

这一组曲线的间隔一般为5 dB,所以没有NR-26、NR-27之说。求某一噪声的噪声评价数NR的方法如下:先测量该噪声的八个倍频带的噪声声压级,与标准的曲线(见表1所示数据)比较,其中最接近且高于该频谱线的一条NR曲线的数值就是该噪声的NR值。例如,某剧院噪声的实测值见表2,与表1中NR标准曲线相比,2 000 Hz、4 000 Hz、8 000 Hz均大于NR-20,而小于NR-25(只要8个数据中有1个超过标准值,即判断为大于),所以该噪声评价数为NR-20。

噪声评价数NR在1961年被定为ISO标准,从1971年起ISO标准也已规定用A声级〔dB(A)〕来评价噪声,现在一般倾向于用A声级来评价。噪声评价数NR与A声级LA的关系一般为:噪声评价数NR=LA-5 dB 。

GB/T 4959-2011《厅堂扩声特性测量方法》和GB/T28049-2011中都有定义:(扩声)系统总噪声级是指扩声系统达到最高可用增益,听众区各测量点由扩声系统所产生的各频带的噪声声压级(扣除环境背景噪声影响)平均值,以NR曲线评价;(厅堂)总噪声级是指扩声系统达到最高可用增益,无有用声信号输入时,听众区各测量点噪声声压级的平均值,以NR曲线评价。

GB/T 4959-2011《厅堂扩声特性测量方法》中给出了系统总噪声级的测量方法。6.1.6条中规定:测量时厅堂内的设备如通风、空调、调光等产生噪声的设备全关闭,扩声系统增益控制置于最高可用增益位置,系统传声器不接,以200 Ω等效电阻代替。在规定点测量扩声系统所产生的各频带的噪声声压级,以NR曲线评价。测量原理图见图1。

曾经碰到一件事,某声学工程的鉴定测试结果,其他指标都符合设计要求,唯独系统总噪声级超标,工程商求助笔者帮其分析。笔者需要工程商提供环境噪声的数据,但是测试单位并不能提供,只说是按标准测的,没问题。询问其如何扣除环境的背景噪声的影响,回答是不知道。该工程是某城市的标志性建筑,位于城市的繁华地段,环境比较嘈杂,门窗的隔声又不是很好,不能完全隔掉。标准中只讲关掉室内空调等引起的环境噪声,外面的噪声要扣除。如何测量?如何在扩声系统总噪声中扣除?并没有交待。实际上,外面传入的噪声是无法“关掉”的,测量单位如何处理的?不知道,给测量结果的准确性带来了疑问。

以下是笔者在南京大学电声英才计划(ATP)中涉及到该问题的讲课内容,在此与大家分享。在厅堂内测量的噪声包括两部分:一是厅堂的总噪声,它由厅堂内的设备如通风、空调、调光、扩声系统的设备噪声,以及室外环境交通和人等通过门窗传进来噪声组成。前者可控,可以将这些产生噪声的设备关掉,后者不可控。建筑建成后,一般不可能再去改动隔声条件。二是扩声系统的总噪声,它是由扩声系统产生的,是可控的。按照标准规定的方法在系统总噪声的测量中只能关掉空调等设备产生的影响,不能“关掉”外面传入的噪声,因此,测到的结果是扩声系统的噪声加上外面传入的噪声的总和。标准规定要扣除后者,但没有给出方法。

笔者提出,只要测量两次,标准中规定的两个指标就都出来了。一是测量厅堂总噪声级,室内所有产生噪声的设备均开启,测试结果是设备噪声加外界传入的噪声总和;二是关掉扩声系统,其他不变再测一次。扩声系统总噪声通过计算得到。计算方法(这里重申一下,声压是不能相加的,因为它有大小和相位,能量是可以相加的,因为它只有大小。在常温常压下,声压级等于声强级。因此,有下述计算。在中国西藏地区就不行,因为那里声压级不等于声强级)如下:设厅堂总噪声级为L总,空调等设备(除扩声系统)和外界传入的噪声声压级为L1,扩声系统的总声压级为L2。一般情况下,L总>L1,L1>L2。

综上所述,扩声系统总声压级的测量和计算步骤如下:

  • 测量厅堂内的总噪声声压级L总(所有的设备均开启,扩声系统处于标准规定的状态,测量结果包括室外传入的噪声);

  • 关闭扩声系统,其他都不变。在原来测量的位置再测一次噪声声压级L1;

  • 计算L总-L1=ΔL;

  • 根据ΔL查表2或用公式(5)计算(计算更准确),求出n;

  • 扩声系统总噪声级L2=L1-n。

举个例子:

  • 已测得厅堂总噪声声压级为L总=34 dB;

  • 关掉扩声系统测得L1=33.2 dB;

  • 计算ΔL=L总-L1=34-33.2=0.8 dB;

  • 查表或用公式(5)计算得到n=7;

  • 扩声系统的总噪声声压级为L2=L1-n=33.2-7=26.2 dB。

本文提出的方法解决了在测量扩声系统总噪声级时标准规定要扣除环境背景噪声影响,而不知道如何扣除的问题。本方法简单易行,只要在标准规定的点测量两次,两个指标都知道了第一次厅堂内所有产生噪声的源头,都开启,其中扩声系统应工作在最高可用增益状态,输入端接入200 Ω的等效电阻。在规定点测噪声声压级,第二次,关闭扩声系统在原来测点再测量一次噪声声压级即可。

本方法供大家参考使用。

节选自《演艺科技》2018年第7期赵其昌《扩声系统总噪声级的精确测量》,转载请标注:演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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