公共广播系统的音质评价

　　一、概述

　　公共广播国家标准——《公共广播系统工程技术规范》，已于2008年7月通过建设部和信产部联合审查，送批待颁布。该标准用三项指标规范公共广播系统的音质：

　　l 扩声系统语言传输指数STIPA——语言可懂度的一种客观评价指标;

　　l 系统设备信噪比;

　　l 传输频率特性。

　　具体指标见表1。

　　表1 公共广播系统工程音质评价指标

　　*仅属摘要，详见《公共广播系统工程技术规范》

　　本来，音质评价是一个十分复杂的问题。由人发出来的声音、由乐器发出来的声音、由电声设备重放出来的声音，都可以对其音质进行描述，但都很难作出是“好”或是“坏”的简单定评。事实上，对于同一个声音，不同的人听起来，其评价是不同的;即使是同一个人，在不同的时间、不同的场合、不同的心境下，其评价也会是不同的。但对于电声系统的重放声(不包括电子乐器的原发声)，如果把其音质的好坏对应于“保真度”的高低，则应能在一定程度上予以定评。另外，对电声工程系统的音质评价同对电声器件的音质评价是有差别的。本文针对前者，是指对作为一项扩声工程的电声系统的音质评价。

　　对于电声系统的音质评价，有两种评价方法：主观评价和客观评价。一般认为，它们各自都是不充分的，正确的评价需要主观评价和客观评价互补 ‚。

　　但是，到目前为止，各种主观音质评价方法都还不十分便于工程应用;而且主观评价的结果，可能会同客观指标有不同程度的矛盾。也许正是由于这个原因，现行的有关音响工程的国家标准和行业标准，都没有直接对系统的音质作出简明的规范。通常的做法是用一系列客观指标来映射系统的音质，这些指标包括“混响时间”、“声能比”、“传输频率特性”、“信噪比”、“非线性失真”、“声压级的动态范围(最大声压级)”......等等。

　　毫无疑问，“音质”是所有电声工程所追求的重要目标，因此最好用一种既易于工程操作又不容易产生歧义的办法予以规范。对于公共广播系统工程，音质评价问题可能比厅堂以及影剧院音响工程简单，因为前者主要是语言扩声而后者更重要的是音乐扩声，所以公共广播系统工程的音质评价，可以把重点放在对“语言可懂度”( 或“语言清晰度”)的评价上。为此《公共广播系统工程技术规范》首次引入了“语言可懂度”的客观指标，作为其音质评价的主干。

　　二、有关语言可懂度的评价标准

　　有关语言可懂度的评价，有现成的国家标准和行业标准，也有IEC标准。

　　例如，属于主观评价的有《声学 语言清晰度测试方法》GB/T 15508-1995和《通信设备汉语清晰度测试方法》SJ2467-84;属于客观评价的有《Objective rating of speech intelligibility by speech transmission index》IEC60268-16 (简称STI法)，以及前文述及的一些客观指标的集合。

　　用于主观评价的GB/T 15508-1995和SJ2467-84，其方法是相似的。首先在规定的音节表(或发音字表)中，按规定数随机选择若干组音节(或发音字)，由经过训练的发音人按规定的方式进行朗读，同时让若干经过训练的听音人，在现场听辨并作记录，然后对正确听辨数据进行统计，从而得出被测系统的语言清晰度。音节表(或发音字表)中的每组音节(或发音字)，大体上由几个声母不同而韵母相同的字组成，以便暴露被测系统的语言传输缺陷。显然，发音人和听音人(即测试队伍)的素质和训练程度，对测试结果会有重大影响。这是妨碍工程应用的主要原因。

　　用于客观评价的STI法，是一种先进的方法。该法通过测量语言在传输过程中调制度的变化，来考量系统的语言可懂度。STI法认为，连续的语言信号是由一系列被称为“音位phoneme”的语音碎片组成;而“音位”又可以认为是一个窄带噪声被发音器官的极低频运动所调制而形成(调制频率在0.2~12.5Hz之间)。因而，每一个音位都有自己的包络函数，语言所传递的信息就包含在该包络函数之中。语言在传输过程中，混响、失真、噪声等因素都会导致音位的包络函数发生变化，从而导致语言可懂度恶化。这种变化可用语言传输指数STI(speech transmission index)来界定，测出STI即可确定经过系统传输的语言的可懂度ƒ。

　　STI的取值由0.00~1.00，其值越大，表示语言可懂度越高，IEC推荐的评价尺度见表2。

　　STI法的测量信号是一个14×7矩阵，操作相当费时。为便于工程操作，由STI法派生出三种简缩版：STITEL(STI for telecommunication systems)—适用于长途通信; RASTI(room acoustics STI)—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;STIPA(STI for pubblic address systems)—适用于扩声系统。

　　至于“混响时间”、“声能比”、“传输频率特性”、“信噪比”、“非线性失真”、“声压级的动态范围”......等等客观指标，它们各自都不能独立地表征语言可懂度，但其集合可以在一定程度上为系统的语言可懂度提供参考。

　　三、《公共广播系统工程技术规范》的主张及其理由

　　《公共广播系统工程技术规范》编制组，曾经准备用主观评价和客观评价相结合的办法来考量系统的语言可懂度。但是，考虑到：

　　l 主观评价难于操作;

　　l 目前，还没有公认的、有权威的、市场化的主观评价机构。当发生争议时，甲方组织的测试队伍同乙方组织的测试队伍评价结果可能有所不同;

　　l 主观评价与客观评价的结果可能不同，极有可能产生两种评价的等级差异，从而引起歧义;

　　l 尽管客观评价不是完全“充分”的，但只要仪器和作为第三方的测试单位是有权威的，一旦予以界定，则不容易引起争议;

　　l 有现成的、先进的、有权威的、易于工程操作的客观评价方法可用。

　　因此，最后决定用STIPA法对公共广播系统的语言可懂度进行客观评价。

　　STIPA法在国内应用还不十分普遍。为此，《公共广播系统工程技术规范》编制组针对STIPA法进行了一系列实验，并同主观评价结果进行了对比，部分实验数据见表3。

　　表3 针对STIPA法的部分实验数据

　　由表3的数据可见，STIPA同主观评价以及一些重要的客观指标有很好的相关性。我们认为这是最重要的，这一点，坚定了编制组采用该法的决心。

　　表3还表明，对于我国公共广播系统来说，大体上STIPA值大于0.35 即可以接受;STIPA值大于0.45即可认为属中等水平;STIPA值大于0.55即属相当不错。这同IEC推荐的尺度略有差异，这或者是由单音节的汉语同多音节的拉丁语的差异做成的。考虑到荷兰交通部对用于隧道类空间的公共广播系统的语言清晰度的规定仅为STI大于0.35„，所以我们最后确定了表1的指标。表1还给出了信噪比和传输频率特性两项指标作为补充。因为系统设备引入的噪声太大时，即使语言勉强可懂，听众也会觉得讨厌;而众所周知，传输频率特性对背景音乐的意义不宜忽视。

　　国家标准属最低标准，表1给出的是起码应该达到的水平。

　　应该承认，关于STIPA，我们积累的数据还不够充分。但我们不能无限期地等待，我们总该有个开头，总需要迈出第一步。希望在今后的实践中，能为将来标准的修订提供更为符合实际的数据。