声音清晰度和可懂度优化技巧

舞台演出、放映电影、公众演讲、车站广播、火灾报警等都需要把清晰可懂的语言信息传递给听众。但是要把语言发音的音节100%传递给听众是有困难的，因为在传递过程由于种种原因都会造成发音清晰度的损失。实践证明，10%以内的辅音清晰度损失，听众仍可达到99%以上的可懂度，其原因是听众可从演讲人的上、下文意思，表情，语气和手势等辅助信息中增加理解度（即可懂度）。因此清晰度是可懂度的基础，但又不等同于可懂度。

1.影响系统可懂度的因素

（1）主要因素有：

1）音响工程的传输频率特性（简称系统频响特性）。

2）厅堂的容积、体形及场地面积。

3）厅堂的混响时间。

4）声聚焦和房间共振。

5）听众区的响度和信噪比。

6）扬声器的布局、听众与扬声器的距离。

7）直达声与混响声的声能比。

8）扬声器的指向特性。

9）演讲人讲话的速度。

10）听众的分辨能力。

（2）次要因素有：

1）讲话者的性别。

2）系统失真。

3）系统的均衡状态。

4）声场的均匀性。

5）声音到达听众的方向。

6）干扰声源的方向。

7）讲话者的传声器使用技术。

8）讲话信息的上、下文关系。

2.系统传输频率特性对可懂度的影响

人类讲话和演唱覆盖的全部频率范围为100Hz～8kHz，大部分能量集中在180Hz～4kHz，高于4kHz的声音能量迅速下降。其中元音音节的频谱能量出现在250Hz和500Hz倍频程频段，辅音音节的频谱能量出现在较高的频段。图2-10是各倍频程频段对语言清晰度的影响。从图2-10中可清楚地看到，以2kHz为中心频率的倍频程频段对语言清晰度的贡献约为30%，4kHz和1kHz倍频程频段的贡献分别为25%和20%。

图2-10 各倍频程频段对语言清晰度的贡献

图2-11表明增加系统传输频率带宽对可懂度有积累效应，当频带宽度达到6kHz时，可获得接近100%的可懂度（图2-11上面一根曲线所示）。

现代音响工程的频响特性都已能覆盖语言可懂度的全部频率范围，频宽的限制已不再是问题。但是这里也有例外，如廉价、低质量的传声器和不合理的系统设计或系统配置、建声条件缺陷和多个扬声器之间的声波干涉等都会影响系统频响特性的带宽。

图2-11 频带宽度对语言可懂度的积累效应

3.音响工程的响度和信号噪声比对可懂度的影响

音响工程应具有均匀覆盖全部观（听）众区的声场设计和提供可调整的适宜的声压级。如果声压级过低，会使老年人或听觉有轻微损伤的听众产生对某些语言的不理解。安静环境下的会议厅和剧场，一般要求有70～75dB（A）的声压级。在嘈杂的环境中，噪声会掩蔽声音信号，降低可懂度。图2-12是信号噪声比对语言可懂度的影响。

图2-12 信号噪声比对语言可懂度的影响(www.xing528.com)

图2-13是各种信号噪声比对可懂度影响的百分值。从图中可以看到，信噪比大于15dB（A）时，噪声对可懂度的影响较小。信噪比大于20dB（A）时，噪声对可懂度不会产生影响。

图2-14是声压级对语言可懂度的影响。在高噪声条件下，如歌舞厅、足球比赛场、音乐喷泉和地铁车站等公共场所，通常需要更高的声压级才能获得满意的语言可懂度。但过高的声压级（大于80dB（A））也会略微降低语言可懂度。

图2-13 信号噪声比对可懂度影响的百分值

图2-14 声压级对语言可懂度的影响

4.混响时间、直达声/混响声声能比（D/R）对可懂度的影响

噪声可掩蔽讲话声，过大的混响声也会呈现此类情况，然而不像信号噪声比那样简单。直达声与混响声比率（D/R）对语言可懂度的影响取决于观众区各个位置的D/R。

图2-15为“back”单词的简化时间包络。该词开始时发出较高电平的“ba”音，在大约300ms后，再发出较低电平的辅音“ck”。通常“ck”音（辅音）比“ba”音（元音）的电平小25～35dB。在良好建声条件的房间（如录音棚），一般具有0.6s的短混响时间，“ba”音可在“ck”音发生之前消失（“ba”音在300ms时衰减30dB），因此它不会掩盖“ck”音。然而当厅堂的混响时间增加到1s时，300ms时仅衰减18dB，导致掩盖“ck”音达8～13dB，丢失了重要的辅音成分，因此难以识别是“back”还是bat，bad，ban，bath或bass等相似的单词。如果联系上、下文内容，就能听懂为“back”了。

图2-16是信噪比、混响时间两个因素对辅音清晰度损失（百分率）的关系图。在混响时间较大的厅堂中（教堂的混响时间一般可超过2s，大型体育馆的混响时间也可达到1.8s以上），可采用高Q（强指向性）扬声器对准听众区来提高D/R，从而达到提高语言可懂度的目的。

1971年，Peutz在统计声学的基础上首先提出语言的辅音清晰度损失（ALcons%）与临界距离D_c、直达声与混响声之比（D/R）和混响时间RT₆₀的关系曲线，如图2-17所示。

在Peutz的算式中，辅音清晰度损失ALcons%与听众离扬声器的距离的二次方和混响时间的二次方成正比，与扬声器的指向性及房间的平均吸声系数成反比。

Peutz还发现可懂度的极限辅音清晰度损失为15%，即ALcons%超过15%时语言的可懂度就会变得很差。

5.演讲人的语言清晰度和讲话速度对可懂度的影响

演讲人的语言清晰度对听众感受的可懂度具有深远影响。Peutz发现，即使优秀的演讲人，也可能引起2%～3%的辅音清晰度的附加损失。

图2-15 混响时间的掩蔽作用

a）“back”单词的信号波形 b）信号波形的包络曲线 c）不同混响时间对语言信号的影响

在混响声较大的环境下，讲话的速度也是一个重要因素。较慢的讲话速度可明显改善可懂度。在较低可懂度的情况下，视觉感受可明显改善可懂度效果。

6.频率特性不均匀对可懂度的影响

系统传输频率特性的不均匀（不平坦）对语言可懂度和清晰度会产生不利影响。

影响房间传输频率特性不均匀的因素除扬声器本身的频率响应特性外，还有：

①扬声器周围界面声波反射引起的局部干扰，尤其是扬声器安装在靠近墙角处，强烈的低音反射会使低音特性明显地提高。低音特性的提升，会掩蔽高频辅音的声音，引起可懂度和清晰度的损失。

②扬声器之间声波的相互耦合产生的干扰。

③室内混响特性对声波传播的影响。

④扬声器覆盖范围的不适当重叠。

⑤室内建筑声学特性的缺陷（如共振、声聚焦等）。

图2-16 信噪比、混响时间对可懂度的影响

图2-17 辅音清晰度损失与混响时间、直达声/混响声声压级之比的关系

改进的方法是除改进扬声器的布局、安装位置和建声条件外，用均衡器均衡系统频率特性是最有效的方法。通过系统精确的调试可改善系统传输频率特性的不均匀性。

音响工程增加低音可使声音丰满悦耳，但不会改善语言的清晰度和可懂度。过多的低音会影响清晰度并使音乐“染色”。