聲學(xué)測量的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與防控

江小婳，王鑫然

（中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，北京 100045）

在任何領(lǐng)域，風(fēng)險(xiǎn)都是客觀存在的。在實(shí)驗(yàn)室工作中，同樣存在著各類風(fēng)險(xiǎn)，無論是出于主觀因素還是客觀原因，無論是否已經(jīng)造成影響，都應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別、分析，制定應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)置方案，加強(qiáng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制。

本文中涉及的聲學(xué)測量，包括室內(nèi)建筑聲學(xué)參量、廳堂及體育場館的電聲學(xué)測量等。其主要風(fēng)險(xiǎn)因素包括人員、設(shè)備、環(huán)境、方法、結(jié)果處理及公正性風(fēng)險(xiǎn)等；風(fēng)險(xiǎn)防控的措施主要包括風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、增加防護(hù)措施、減少和消除影響、人員培訓(xùn)、設(shè)備維護(hù)及校準(zhǔn)等。筆者結(jié)合過去幾年聲學(xué)測量實(shí)驗(yàn)室的工作經(jīng)驗(yàn)，分析在建筑聲學(xué)及電聲學(xué)現(xiàn)場測量及實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，并提出相應(yīng)的防控措施，為提高風(fēng)險(xiǎn)防控、完善體系建設(shè)提供參考。

1 人員風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與防控

1.1 人身安全

現(xiàn)場測量與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測量的區(qū)別之一就在于，對(duì)測試現(xiàn)場的可控性差，不確定因素多。特別是參與建設(shè)項(xiàng)目前期、中期測量時(shí)，往往現(xiàn)場仍處于施工狀態(tài)，測試所使用的供電也是臨時(shí)的。測試人員在測試時(shí)會(huì)暴露在噪聲環(huán)境中，如防護(hù)不當(dāng)，將對(duì)聽力造成一定損傷。因此，測試人員在開展測試活動(dòng)的同時(shí)，應(yīng)保證自身的人身安全。

為防控人身安全的風(fēng)險(xiǎn)，測試人員應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：做好安全教育，購置必要的防護(hù)用具，如頭盔、反光背心、隔聲耳罩等（見圖1）；測試人員進(jìn)入施工現(xiàn)場應(yīng)遵守現(xiàn)場安全規(guī)定，做好安全防護(hù)，由現(xiàn)場負(fù)責(zé)人陪同進(jìn)入測試現(xiàn)場，并了解現(xiàn)場的施工情況、注意事項(xiàng)等；由現(xiàn)場相關(guān)專業(yè)人員負(fù)責(zé)供電、機(jī)械裝置的操作等。測試時(shí)，根據(jù)測試內(nèi)容的情況佩戴隔聲耳罩。

圖1 現(xiàn)場測量時(shí)注意安全防護(hù)

1.2 人員誤操作

所有測試都必須遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，測試人員的經(jīng)驗(yàn)、測試方法的選擇以及儀器操作的熟練程度等也會(huì)對(duì)測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

為了做好人員誤操作方面的風(fēng)險(xiǎn)防控，可以從以下幾個(gè)方面入手：所有測試人員上崗前應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn)考核，培訓(xùn)記錄和考核結(jié)果由技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行復(fù)核；定期開展人員比對(duì)實(shí)驗(yàn)和質(zhì)量監(jiān)督；開展現(xiàn)場監(jiān)督；制定作業(yè)手冊(cè)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)未明確或選用特殊方法的操作，按相關(guān)程序進(jìn)行審批、論證；對(duì)檢測記錄和結(jié)果的計(jì)算進(jìn)行審核。

例如，筆者所在實(shí)驗(yàn)室制定的作業(yè)指導(dǎo)手冊(cè)包括：項(xiàng)目作業(yè)指導(dǎo)書、主要設(shè)備操作指導(dǎo)、測量報(bào)告編制和出版規(guī)定、測量文件存檔及管理規(guī)定、測量范圍及標(biāo)準(zhǔn)、原始記錄編號(hào)規(guī)定、外墻構(gòu)件和外墻空氣聲隔聲的現(xiàn)場測量、手持分析儀的期間核查方法、功率放大器與球型揚(yáng)聲器的期間核查方法。其中，《外墻構(gòu)件和外墻空氣聲隔聲的現(xiàn)場測量》在GB/T19889.5—2006的基礎(chǔ)上，規(guī)定了測量步驟如下。

測量被測房間尺寸、溫濕度及相關(guān)條件（如設(shè)備運(yùn)行情況）并記錄。

打開測量用聲級(jí)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。

根據(jù)GB/T19889.5—2006中的規(guī)定，確定聲源及傳聲器數(shù)量及位置，并手繪位置分布圖。其中，聲源應(yīng)置于建筑物待測試件外不小于5 m處；室外傳聲器應(yīng)設(shè)置在距離被測外墻2 m處的虛擬平面，并高于接收室地面1.5 m；接收室內(nèi)傳聲器間距不應(yīng)小于0.7 m，傳聲器距房間界面不應(yīng)小于0.5 m，傳聲器與被測外墻間距不應(yīng)小于1 m。

確認(rèn)聲源的聲功率能滿足接收室內(nèi)信噪比不小于10 dB的要求。

用聲級(jí)計(jì)在規(guī)定測點(diǎn)位置測量聲壓級(jí)，應(yīng)保證每次讀取的平均時(shí)間不少于6 s。

記錄并存儲(chǔ)各測點(diǎn)聲壓級(jí)。

根據(jù)GB/T19889.5—2006中的方法分析計(jì)算測量結(jié)果，并完成報(bào)告。報(bào)告中應(yīng)給出聲壓級(jí)差、表觀隔聲量及相應(yīng)的計(jì)權(quán)單值。

1.3 非測試人員對(duì)測試結(jié)果的影響

由于現(xiàn)場測試時(shí)，除了測試人員，還有項(xiàng)目相關(guān)的現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、操作員等，此外還有與測量無關(guān)的施工人員、其他作業(yè)面的工作人員等。聲學(xué)測試時(shí)，對(duì)測試現(xiàn)場的噪聲環(huán)境有一定的要求，其他非測試人員的活動(dòng)可能會(huì)對(duì)測試結(jié)果產(chǎn)生影響。為了有效避免此類問題的產(chǎn)生，首先要在測試前做好溝通，與項(xiàng)目方確定測試時(shí)間以及現(xiàn)場的環(huán)境要求，盡量不與其他相干工作進(jìn)行交叉作業(yè)；測試期間，做好對(duì)人為干擾的監(jiān)控。

2 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與防控

2.1 設(shè)備適用性：量程、精度、不確定度

實(shí)驗(yàn)室在采購設(shè)備之前，應(yīng)根據(jù)測試規(guī)范的要求確定所需設(shè)備的量程、精度、不確定度等相關(guān)指標(biāo)。選用本領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先、質(zhì)量可靠、市場成熟且有售后保障的產(chǎn)品。為了便于實(shí)驗(yàn)室開展內(nèi)部比對(duì)，在條件容許的情況下，實(shí)驗(yàn)室可考慮配置2套以上相同或性能差異較小的設(shè)備。

當(dāng)測量規(guī)范發(fā)生變化或變更時(shí)，除了要對(duì)方法進(jìn)行跟蹤，還應(yīng)對(duì)設(shè)備指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)以滿足新的規(guī)范要求。

同時(shí)在現(xiàn)場測量時(shí)，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)置。例如：測量擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)選擇合適的頻率范圍與正確的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)；測量建筑聲學(xué)混響時(shí)間使用脈沖積分法測量時(shí)，需根據(jù)空間大小與信噪比，選擇合適的測量次數(shù)。以最大長度序列MLS法為例，測量期間，背景噪聲是隨機(jī)的，因此多次同步平均可以降低噪聲能量分量，提高信噪比，平均次數(shù)每增加一倍能提高3 dB的信噪比。

圖2 信號(hào)衰減曲線

得到MLS法的信噪比

可以通過增加平均的次數(shù)M來提高信噪比

2.2 定期維護(hù)及校準(zhǔn)

設(shè)備在投入使用之前，應(yīng)進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)，并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果予以確認(rèn)。此外，設(shè)備在使用過程中也應(yīng)定期進(jìn)行自檢和送檢以保持其結(jié)果的可信度，建立報(bào)告結(jié)果的計(jì)量溯源性。

離開固定實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的現(xiàn)場測量，設(shè)備面臨經(jīng)常性運(yùn)輸?shù)膯栴}。所以在設(shè)備運(yùn)輸過程中，要加強(qiáng)保護(hù)。在設(shè)備出入庫的時(shí)候，要檢查設(shè)備的工作情況。

3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

3.1 測試對(duì)象的環(huán)境控制

現(xiàn)場測量的對(duì)象通常是一個(gè)場所或者某些功能區(qū)域，測量對(duì)象處于某個(gè)特定環(huán)境下。環(huán)境因素包括溫濕度、現(xiàn)場的裝修狀態(tài)、場所內(nèi)設(shè)備的使用情況。

這些綜合因素在某種意義上也帶來了測量結(jié)果的不可重復(fù)性。區(qū)別于固定實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境控制，現(xiàn)場測量一方面要記錄好這些環(huán)境影響因素，另一方面也需要通過數(shù)據(jù)的積累和分析，去引入環(huán)境影響因素對(duì)測試結(jié)果不確定度的貢獻(xiàn)。后續(xù)對(duì)此進(jìn)行展開。

3.2 非測試對(duì)象的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與防控

正如“非測試人員對(duì)測試結(jié)果的影響”一節(jié)中所提到的，“聲學(xué)測試時(shí)，對(duì)測試現(xiàn)場的噪聲環(huán)境有一定的要求”。外部環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)在城市交通、樓內(nèi)機(jī)組振動(dòng)、施工作業(yè)以及人員活動(dòng)的影響。在某些開放環(huán)境下，可能還會(huì)有空氣流動(dòng)、雨噪聲等帶來的影響。

測試前除了做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，還要收集好相應(yīng)的資料，選擇合適的測試時(shí)間和方法，減少外部環(huán)境的影響。

4 測量方法的風(fēng)險(xiǎn)與防控

4.1 非標(biāo)準(zhǔn)方法的應(yīng)用

測量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是一般方法，適用于大部分的測量對(duì)象。但是，在實(shí)際工作中，特別是現(xiàn)場測量的過程中，可能會(huì)遇到一些特殊情況，需要采取靈活的處理，或者根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)采用非標(biāo)準(zhǔn)方法。

這些方法在得到有效驗(yàn)證之前，存在一定風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)測量結(jié)果也會(huì)帶來一定影響。因此，使用非標(biāo)準(zhǔn)方法應(yīng)特別謹(jǐn)慎，首先應(yīng)征得客戶的同意，形成文字性方法并進(jìn)行驗(yàn)證，由技術(shù)負(fù)責(zé)人及行業(yè)專家進(jìn)行方法評(píng)審。必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行方法比對(duì)和復(fù)測。

例如，在測量擴(kuò)聲系統(tǒng)最大聲壓級(jí)時(shí)，根據(jù)測量規(guī)范GB/T4959—2011《廳堂擴(kuò)聲特性測量方法》，需使用峰值因數(shù)大于等于2的粉紅噪聲信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的粉紅噪聲信號(hào)峰值因數(shù)可進(jìn)行查詢，并且具有較高的平坦度。但在測量過程中若無標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，臨時(shí)使用未知峰值因數(shù)的粉紅噪聲信號(hào)時(shí)，將在后續(xù)計(jì)算中無法對(duì)聲壓級(jí)有效值（RMS值）、最大峰值聲壓級(jí)和最大準(zhǔn)峰值聲壓級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致無法計(jì)算出擴(kuò)聲系統(tǒng)真實(shí)最大聲壓級(jí)。

4.2 應(yīng)用新技術(shù)的測量方法

隨著技術(shù)發(fā)展，對(duì)聲學(xué)測量的方法也提出了新的挑戰(zhàn)。比如對(duì)于采用電子聲學(xué)增強(qiáng)系統(tǒng)（也稱電子可變混響系統(tǒng)或電子聲學(xué)優(yōu)化系統(tǒng)等）的測試對(duì)象，使用傳統(tǒng)的建筑聲學(xué)測量方法所測得的聲學(xué)參量是否具有參考性。

在工程實(shí)踐中，筆者進(jìn)行了一些嘗試，使用脈沖響應(yīng)積分法分別測量某案例在開啟和關(guān)閉電子聲學(xué)增強(qiáng)系統(tǒng)下的混響時(shí)間、早期衰變時(shí)間EDT、明晰度C80、強(qiáng)度因子G、清晰度D50、重心時(shí)間Ts、早期側(cè)向聲能比等參量。結(jié)果顯示，電子聲學(xué)增強(qiáng)系統(tǒng)給一些參量帶來了變化，而也有一部分參量沒有實(shí)質(zhì)性改變。那么是系統(tǒng)的工作原理本身沒有帶來對(duì)這些參量的影響，還是限于現(xiàn)有的測量方法？這些新的不確定因素需要進(jìn)一步的研究和方法驗(yàn)證，也需要有更多的案例數(shù)據(jù)積累。

5 測試結(jié)果的準(zhǔn)確性

5.1 數(shù)據(jù)可追溯

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄方式包括紙質(zhì)和電子介質(zhì)兩種方式，兩者在應(yīng)用上都應(yīng)有明確的規(guī)定。在得到最終的測量報(bào)告之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的計(jì)算、圖形化。為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，原始記錄和原始數(shù)據(jù)的保存也相當(dāng)重要。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)制定相應(yīng)的程序文件來規(guī)范對(duì)原始記錄的保存和使用。

5.2 測量數(shù)據(jù)的有效性判斷

在現(xiàn)場測量的過程中，因?yàn)閮x器故障、環(huán)境影響或操作失誤等問題，造成數(shù)據(jù)的偏差，測量人員根據(jù)現(xiàn)場的主觀評(píng)價(jià)，對(duì)數(shù)據(jù)存疑時(shí)，應(yīng)及時(shí)向技術(shù)負(fù)責(zé)人反映，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核或復(fù)測。

例如，在一次測量項(xiàng)目中，測試人員選用了中斷聲源法進(jìn)行混響時(shí)間測量，測量數(shù)據(jù)并無異常。但測量人員判斷房間存在明顯的顫動(dòng)回聲，改用脈沖響應(yīng)積分法，在脈沖響應(yīng)曲線上體現(xiàn)出顫動(dòng)回聲的存在。

5.3 不確定度

正如前文所述，現(xiàn)場測量存在一些來自自身和外界的不確定因素，引入不確定因素分析是對(duì)測量結(jié)果準(zhǔn)確性的一種有效措施。

不確定度的評(píng)定分為A類和B類。A類是對(duì)觀測列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以評(píng)定不確定度的方法，主要來源是對(duì)同一測量對(duì)象選取多個(gè)不同測點(diǎn)。B類是非統(tǒng)計(jì)分析方法，主要與測試條件、測試環(huán)境、測試儀器、測試人員等有關(guān)。儀器誤差主要包括測量裝置分辨力、傳聲器靈敏度誤差。信息來源可以是儀器校準(zhǔn)、檢定證書、產(chǎn)品說明書、測量依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、引用手冊(cè)的參考數(shù)據(jù)、以往人員比對(duì)的數(shù)據(jù)等。

以混響時(shí)間測量為例，要得到測量不確定度。首先，要在測試區(qū)域內(nèi)選取多個(gè)測點(diǎn)，在同一測點(diǎn)計(jì)取至少3次采樣的平均值，求得最佳估計(jì)值（即平均值）：

利用貝塞爾公式求平均值得到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

然后，根據(jù)測試儀器靈敏度、分辨力系數(shù)以及環(huán)境、人員的影響確定不確定度分量。在校準(zhǔn)證書給出了擴(kuò)展不確定度u(xi)和包含因子k，則xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（xi）引起的對(duì)y的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ui（y），需根據(jù)數(shù)學(xué)模型或?qū)嶒?yàn)測量得到靈敏系數(shù)（反映了對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)的靈敏程度）。

此時(shí)，即可根據(jù)A類和B類分量得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（y）：

擴(kuò)展不確定度u=kuc（y），在不確定度分量較多且大小比較接近時(shí)，可估計(jì)為正態(tài)分布，包含因子可取k=2。

6 公正性風(fēng)險(xiǎn)

公正性風(fēng)險(xiǎn)主要來源于客戶的要求、測量工作與設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試等工作的交叉。尤其是一些測量項(xiàng)目往往在項(xiàng)目竣工時(shí)，需要出具第三方測量報(bào)告以滿足竣工驗(yàn)收的需求。

實(shí)驗(yàn)室出具測量數(shù)據(jù)及結(jié)果必須是準(zhǔn)確、客觀、真實(shí)的。所有人員應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn)并簽署公正性聲明。原始記錄和測量數(shù)據(jù)應(yīng)設(shè)置備份，并由專人進(jìn)行復(fù)核。參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的人員進(jìn)行測量，僅可作為參考和調(diào)整依據(jù)，不得作為驗(yàn)收依據(jù)。

對(duì)于來自客戶的要求，應(yīng)在合同簽訂前做好充分的溝通，并在合同評(píng)審中引起重視。對(duì)于影響公正性的要求，應(yīng)予以否決。

開展測量前，訂立有效的測量合同，明確委托測量的內(nèi)容、依據(jù)、測量計(jì)劃、取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)以及雙方的責(zé)任等內(nèi)容。測量業(yè)務(wù)的收費(fèi)不與測量結(jié)果相關(guān)。

7 結(jié)語

風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)不是應(yīng)對(duì)問題，而是預(yù)防問題，實(shí) 驗(yàn)室管理人員與測試人員均應(yīng)重視風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與防控，聲學(xué)現(xiàn)場測量實(shí)驗(yàn)室也不例外。限于工作經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室開展監(jiān)測項(xiàng)目和對(duì)象的限制，筆者所列舉和分析的風(fēng)險(xiǎn)因素與防控措施存在一定的局限性，若有謬誤和不足之處，敬請(qǐng)指正。相信通過同行的共同努力，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與防控體系會(huì)不斷完善，應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力會(huì)不斷增強(qiáng)。