IEC 62777：指向性扬声器阵列系统声场质量评价方法

一、指向性扬声器阵列概述

指向性扬声器阵列系统代表了个性化音频领域的范式转变。与传统扬声器广泛向各个方向辐射声音不同，这些系统利用波束成形技术——控制多个换能器的相位和幅度——创建可以定向到特定听众的聚焦声束。这使得用户无需佩戴耳机或耳塞即可享受音频内容，同时不会打扰附近的其他人。

IEC 62777于2016年2月发布，建立了首个用于评估指向性扬声器阵列系统声场质量的国际标准化方法。它定义了个人声学区域（PAZ）的概念，并引入了定量度量——个人声学区域指数（PAZI）系列——以客观衡量系统为个体听众聚焦声音的效果。

PAZ概念是IEC 62777的核心创新。它定义了听众头部周围的三维声学”气泡”——指向性系统应将声音传递到该区域内，并将该区域外的声音最小化。

PAZ被定义为一个人所占用的声学空间——实质上是围绕听众头部的体积，指向性扬声器系统旨在将声音传递到该区域。IEC 62777规定了精确的测量几何结构，在听众周围耳朵高度处定义了一系列表面位置，使不同系统和测试环境之间能够进行可重复的评估。

为了量化聚焦性能，IEC 62777定义了几种指数度量。这些比率将目标PAZ内的声压级与其他聆听位置的水平进行比较，为指向性性能提供了清晰的品质因数。

PAZI值的范围为0到1。接近1的值表示系统几乎完全将声音传递给目标听众。在实践中，设计良好的指向性阵列在消声条件下可实现0.7以上的PAZI值。

IEC 62777规定了一套详细的测量框架以确保可重复性。关键测试条件包括：

测试环境：测量在消声室或半消声室内进行，以最大程度减少会干扰指向性声场表征的反射。标准还为无法移入实验室的系统提供了现场测量的指导。

传声器阵列：在多个位置测量声压级，这些位置布置在以听众头部位置为中心的球面上。标准规定了测量传声器的精确角度坐标，测量点数由所需的空间分辨率决定。

个人距离：一个关键参数是”个人距离”——用户与指向性扬声器阵列之间的预期聆听距离。标准要求在多个距离进行测量，以表征声场随听众相对于阵列移动的变化。

PAZI测量中的一个常见陷阱是传声器定位不当。即使2-3度的小角度偏差也可能导致PAZI-y和PAZI-z指标的显著误差，尤其是在指向性波束最窄的高频段。

IEC 62777中定义的PAZI指标为音频系统设计人员提供了清晰、可量化的阵列优化目标。一个关键的设计权衡是：增加阵列元件数量可以改善波束指向性（更高的PAZI），但会增加系统成本、功耗和物理尺寸。该标准提供了找到每种应用最佳平衡所需的客观工具。

指向性扬声器阵列在消费电子产品（智能手机、平板电脑、笔记本电脑和游戏设备）、数字标牌（博物馆展品和零售展示）、汽车音响（为每位乘客提供独立的收听区域）和公共信息系统（售票柜台和信息亭）中获得了越来越多的应用。IEC 62777使制造商能够在一个共同的、国际认可的尺度上规定和比较这些不同实现的性能。

对于汽车应用，IEC 62777尤其相关。汽车座舱是具有强烈反射（来自车窗和内饰）的声学挑战性环境。PAZI测量可以帮助工程师评估指向性系统在这些挑战性条件下维持个人收听区域的效果。

问1：IEC 62777是否适用于所有类型的指向性扬声器阵列？

是的，该标准是技术中立的。它适用于任何指向性扬声器阵列系统，无论底层波束成形技术如何——延迟求和、相控阵、参量阵列（基于超声波）或声学超材料方法。测量方法完全基于最终的声场。

问2：PAZI测量与主观听感有何关系？

虽然PAZI是客观的物理测量，但较高的PAZI值通常与更好的主观隐私性相关——这意味着目标区域外的听众更难以理解音频内容。然而，标准承认主观评估可能需要超出PAZI指标范围的其他心理声学测试。

问3：能否在普通房间而非消声室中测量PAZI？

IEC 62777提供了现场测量的指导，但非消声环境中的结果将包含房间反射的伪影。为获得可比较和可重复的规格，建议进行消声室测量。现场测量最适合用于特定应用验证，而非绝对性能声明。

问4：建议的最少测量位置数量是多少？

标准建议基本表征至少6个PAZ周围的测量位置，更高空间分辨率需要更多位置（12-24个），特别是在评估PAZI-xyz进行全三维限束分析时。