淺談播出系統(tǒng)中的響度控制

張志潔

【摘要】 隨著廣播電視數(shù)字高清時(shí)代的來臨，高清視頻帶給廣大觀眾的是一場新的視覺體驗(yàn)，可是，當(dāng)我們?cè)谛蕾p內(nèi)容豐富、色彩鮮艷、畫面清晰的電視節(jié)目時(shí)，卻不得不頻繁使用遙控器來調(diào)整音量，這就是電視節(jié)目的聲音響度問題。本文從電視伴音存在問題到弄清響度的概念和原理，然后挖掘出響度不一致的原因并探討如何實(shí)現(xiàn)響度控制。

【關(guān)鍵詞】 響度 響度控制 元數(shù)據(jù)技術(shù) 杜比

一、電視音頻播出中的響度問題

從目前電視觀眾收看的電視節(jié)目來看，大家經(jīng)常被這樣一個(gè)問題所困擾，就是響度的不一致。主要是以下三個(gè)原因：同一個(gè)節(jié)目的聲音起伏，同一個(gè)頻道不同節(jié)目的音量差異，不同頻道的節(jié)目音量大小不一。這些問題使得觀眾在收看節(jié)目和切換頻道時(shí)要不停地調(diào)整音量的大小以適應(yīng)人耳的聽覺。

二、與響度相關(guān)聯(lián)的幾個(gè)基本概念

1、聲音（Voice），能被人耳所感知的稱聲音，它由空氣振動(dòng)形成，會(huì)沿著一定方向進(jìn)行擴(kuò)散、折射或反射。

2、音頻信號(hào)（Audio），用話筒一類的聲能轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)化而來的聲音信號(hào)。

3、噪聲（Noise），對(duì)我們來說能聽到聲音就是信息，其他聲音可以認(rèn)為是噪聲，這就是環(huán)境噪聲或本底噪聲的概念。不同的環(huán)境噪聲，將對(duì)有用信息產(chǎn)生選擇性，有些有用的信息可能會(huì)被環(huán)境噪聲淹沒。

4、響度（Loudness），電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲波振動(dòng)時(shí)度量聲音能量的一個(gè)指標(biāo)，我們說的音量其實(shí)就代表了響度。用單位（sone）來表示，它和聲壓級(jí)、頻率有密切關(guān)系，響度代表聲音的平均能量以及響度的舒適度與聲音的聲壓級(jí)有關(guān)。

5、動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range），人耳可感知的聲音在20Hz～20kHz范圍，但是動(dòng)態(tài)范圍卻非常大，自然界從可感知的最微弱的聲音到耳膜無法承受的聲音，動(dòng)態(tài)超過145dB，如此寬的動(dòng)態(tài)范圍，在轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，很難被忠實(shí)記錄及還原。當(dāng)然，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這一局限已經(jīng)越來越小，我們可以通過調(diào)音師手動(dòng)控制或壓限器之類的電子設(shè)備，對(duì)信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍加以合適的壓縮，保證在采集、存儲(chǔ)和傳輸過程中不出現(xiàn)失真，在此基礎(chǔ)上盡可能保持原有的動(dòng)態(tài)范圍。

三、電視播出系統(tǒng)中音頻技術(shù)的特殊要求

與Hi-Fi領(lǐng)域不同，電視播出面向各種接收環(huán)境尤其是家庭和公共場所，這類接收環(huán)境，通常缺少良好的聲學(xué)條件，環(huán)境噪音差別較大。根據(jù)信號(hào)理論，信號(hào)只有在大于噪聲時(shí)才能被提取出來，因此，還原大動(dòng)態(tài)音頻信號(hào)時(shí)，其中小于環(huán)境噪聲的部分將被淹沒掉，有可能帶來播放、傳輸、還原鏈路中某一個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)中電子設(shè)備的幅頻特性失真。另一方面，各類節(jié)目源響度差異過大和頻道間聲音響度差異過大，將會(huì)使得廣大聽眾感到不舒服，統(tǒng)一響度和提供合適的動(dòng)態(tài)范圍，是電視及廣播播出系統(tǒng)中需要解決的重要問題之一。

數(shù)字化播出后，信號(hào)記錄的載體變?yōu)閿?shù)字磁帶或硬盤服務(wù)器，對(duì)音頻信號(hào)而言，由于從前期采集到后期制作都在數(shù)字域內(nèi)完成，系統(tǒng)鏈路設(shè)備可承載的音頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍有很大改觀，從模擬分量錄像機(jī)的60dB到數(shù)字錄像機(jī)的90dB動(dòng)態(tài)，發(fā)射系統(tǒng)及有線電視傳輸系統(tǒng)數(shù)字化后也是這樣，動(dòng)態(tài)范圍明顯改善。播出傳輸系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍相繼統(tǒng)一，那么接收情況如何呢？

數(shù)字衛(wèi)星、數(shù)字無線及數(shù)字機(jī)頂盒接收方式具備解調(diào)大動(dòng)態(tài)范圍音頻信號(hào)的條件，根據(jù)發(fā)送端編碼設(shè)備使用的壓縮編碼方式不同，接收端可以還原的動(dòng)態(tài)范圍也有些差異，但相比較無線模擬開路接收和低碼流的新媒體接收方式而言，更加符合專業(yè)音頻的要求。

HI-FI家庭影院系統(tǒng)當(dāng)然可以獲得很棒的信號(hào)還原效果，問題是絕大多數(shù)電視接收觀眾是直接用電視機(jī)喇叭來還原聲音的，優(yōu)質(zhì)喇叭系統(tǒng)可能還原的動(dòng)態(tài)也許能達(dá)到較為理想的效果，而劣質(zhì)喇叭系統(tǒng)就很難說，這一點(diǎn)相信每個(gè)聽力正常的人都會(huì)有切身體驗(yàn)。其他還有一部分受眾使用多媒體音箱、手機(jī)喇叭或耳機(jī)還原節(jié)目聲音的，聲音還原條件可謂千差萬別。

接收條件和聲音還原條件的差別，給廣播電視節(jié)目制作、播出和傳輸帶來相應(yīng)的困難，顯然，照顧絕大多數(shù)，盡可能讓觀眾感到滿意是我們應(yīng)該做的。 對(duì)于同一接收條件而言，節(jié)目響度一致性問題需要得到高度重視，觀眾對(duì)聲音感到不滿意甚至厭煩，多是因?yàn)槁曇繇懚炔灰恢?，包括頻道間和節(jié)目間的聲音響度差別巨大。

面向特殊接收環(huán)境和還音條件千差萬別的電視播出系統(tǒng)，在最后一個(gè)環(huán)節(jié)必須對(duì)聲音的響度和動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行必要的控制，這樣才能保證接收信號(hào)還原時(shí)具有合適的舒適度、可懂度。

四、可供選擇的響度及動(dòng)態(tài)控制技術(shù)

今天，我們有幾種主流的響度控制技術(shù)分別得到不同電視播出機(jī)構(gòu)的認(rèn)同，包括JUNGER公司的LEVE MAGIC R、杜比實(shí)驗(yàn)室的元數(shù)據(jù)技術(shù)以及TC公司的響度控制技術(shù)，甚至有芯片廠商參與其中，提供各種響度處理的大規(guī)模芯片，使得聲音的響度處理變得更加容易。

1、T.C.Electronics

T.C.Electronics是一家傳統(tǒng)的音頻處理設(shè)備生產(chǎn)商，可支持AES/EBU及SDI嵌入音頻實(shí)時(shí)響度及動(dòng)態(tài)范圍處理的設(shè)備DB-4和DB-8，TC處理響度的獨(dú)特之處在于它將響度和動(dòng)態(tài)范圍結(jié)合在一起處理，用戶可以調(diào)用很多國外電視臺(tái)在響度和動(dòng)態(tài)范圍處理方面的參考數(shù)據(jù)，然后根據(jù)自己素材的特點(diǎn)修改這些參數(shù)獲得適合的播出效果。

2、Level Magic R

盡管響度和電平是兩個(gè)不同的概念，但是二者具有一定的聯(lián)系，當(dāng)我們用信號(hào)的準(zhǔn)平均值來表示信號(hào)電平大小時(shí)，這時(shí)電平和信號(hào)還原出來的響度就具有較好的一致性，因此，通過高速檢測信號(hào)的平均值電平，根據(jù)壓縮擴(kuò)展規(guī)則進(jìn)行高速處理，可以比較理想地控制信號(hào)還原的響度，這就是Level magic的基本原理。

Level Magic是德國JUNGER公司的專利技術(shù)，基于Level magic的設(shè)備支持大多數(shù)音頻接口，包括模擬、AES/EBU、SDI嵌入音頻，支持?jǐn)嚯娕酝?，適合播出線使用。

3、杜比實(shí)驗(yàn)室

杜比實(shí)驗(yàn)室在聲音響度控制方面有長期的研究和經(jīng)驗(yàn)積累，他們推出的基于Leq（A）特性的LM100響度測試儀，并陸續(xù)提出了幾種響度控制解決方案。

a、元數(shù)據(jù)技術(shù)控制還原：它的技術(shù)原理是，借助于在杜比數(shù)字（AC-3）或杜比E（DOLBY-E）數(shù)字音頻流中加入標(biāo)識(shí)音頻信號(hào)響度的元數(shù)據(jù)，含元數(shù)據(jù)的音頻信號(hào)到達(dá)接收端后，由接收端的設(shè)備根據(jù)元數(shù)據(jù)決定信號(hào)還原時(shí)的音頻增益大小，得到聲音還原時(shí)合適的響度，而動(dòng)態(tài)范圍并不壓縮。它的特點(diǎn)是不對(duì)信號(hào)進(jìn)行任何處理，只是分析信號(hào)響度大小，響度值就是元數(shù)據(jù)的內(nèi)容，接收設(shè)備讀取元數(shù)據(jù)并做出正確的響度還原。元數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的前提是用戶接收的音頻數(shù)據(jù)流中必須包含準(zhǔn)確測量的響度數(shù)據(jù)（元數(shù)據(jù)）、音頻數(shù)據(jù)流必須是杜比數(shù)字或杜比-E編碼格式。

b、基于文件處理的DP600：DP600從視頻服務(wù)器讀取素材，從中抽出音頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行響度分析，把它調(diào)整到預(yù)先設(shè)定的響度水平，處理后的音頻流重新打包回去成為可以正確播放的文件。盡管對(duì)原文件進(jìn)行了響度處理，但依然不破壞原文件的動(dòng)態(tài)范圍。如果所有播放的素材都是經(jīng)過響度處理，這樣大家的響度就一致了。

c、接收端直接處理（Dolby Volume）：和前兩種處理不同，Dolby Volume直接面向消費(fèi)類電子設(shè)備，對(duì)響度的控制完全獨(dú)立于節(jié)目提供商和節(jié)目類型。杜比推出Dolby Volume技術(shù)，很快得到了芯片廠商的積極響應(yīng)，Cirrus Logic已發(fā)布支持Dolby Volume技術(shù)的CS48DV2/6系列DSP處理芯片。

我們面臨的任務(wù)具有緊迫性，不管采取什么方法，首先我們需要對(duì)當(dāng)前播出響度的狀況有準(zhǔn)確的測量，需要準(zhǔn)確了解各類型節(jié)目的平均響度，然后控制節(jié)目播出的響度，給觀眾帶去更美好的聽覺審美感受。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 婁煒. 環(huán)繞聲電視劇的制作與重放. 《家庭影院技術(shù)》

[2] Steve Somers. 神奇的響度控制.《傳播與制作》

[3] 周斌. 電視播出系統(tǒng)中的響度控制. 《廣播與電視技術(shù)》endprint