金庸群侠传x金针:实现响度控制，提升广播电视音频品质 - 专业技术 - 中国音响网

实现响度控制，提升广播电视音频品质
随着电视数字高清化的来临，1920×1080高分辨率视频及其终端带给广大电视观众的是一场视觉盛宴，然而，当我们欣赏内容丰富色彩鲜艳画面清晰的电视节目时，却不得不频繁使用遥控器来调整音量，这就是电视节目的声音响度问题。本文从存在问题到弄清响度的概念和原理，然后挖掘出响度不一致的原因并探讨如何实现响度控制，还给观众收看电视节目带来的视听快感。 【关键词】 声音 声音电平 响度 响度控制 元数据技术 杜比
一. 电视音频播出存在的响度问题
从目前播出的电视节目声音来说，大家一定发现了一个问题，那就是响度的不一致。主要体现在以下三个方面：（1）同一个节目的声音起伏；（2）同一个频道不同节目的音量差异；（3）不同频道的节目音量大小不一。这些问题的存在使得观众在收看节目和切换频道时要不停地调整音量的大小以适应人耳的听觉。比如新闻节目的音量刚调好，出现了音量很大的广告，观众赶快要把音量调小，否则就会觉得很吵；而广告之后可能是电视剧，观众又要把音量调大，否则会听不见台词。从图1可以看出，电视音量差异给观众带来的痛苦。
图1 欧洲卫星数字电视频道之间声音响度差异太大引起观众极大痛苦
广电总局监测中心对国内不同卫星链路接收下来的电视节目进行测量，发现伴音响度也相差确实较大，最大的相差有28dB，同一卫星链路接收的同一套节目不同时段节目响度也有较大差别，最大相差近6dB。所以，当我们展望数字高清化播出所带来更完美的视听感受时，作为电视节目播出机构，必须对声音播出的基本要求有一个重新审视，需要研究数字音频的播出将会对受众带来何种审美感受。
二. 响度的概念和原理
响度(Loudness)，电信号转换为声波振动时度量声音能量的一个指标，代表声音的平均能量以及响度的舒适度，我们经常说的音量其实就代表了响度。响度是一个复杂的声学仿真概念，更多的是代表听众的一种主观感觉，用一个不太熟悉的单位“宋”(sone)来标示大小，和声压级、频率有密切关系，定义1000Hz、40dB纯音时响度为1sone。
通常，人们容易将声音电平和响度两个概念混淆，错误地理解为控制电平就是控制了响度。实际上，用客观指标度量音频电平本身有多种方法，如VU表、PPM表、dBFS表等，最接近人耳听觉特性的是VU表，VU表指针或条状图的摆动特性可以大致描述信号还原为声音时音量的变化，也就是人耳最终感觉到的响度变化，但也只是大致，并非特别准确，如果用PPM或dBFS数字表，则可能偏差更大，原因在于表头的响应特性，只有VU表响应于音频信号的准平均值，接近于听觉特性，其余都是响应于音频信号的峰值或准峰值，这类表头通常只对控制信号的峰值有用。而响度的测量，过去一直被我们所忽视，直至现在也未能普及，从而造成目前电视节目响度严重不一致。
其实这跟响度本身特性是有关系的，音频的响度是一项主观测量指标，就其本质而言，它具有与音频信号的实际强度相关联的心理感受特性。不同的人对信号感知的响度也有所不同。如图2所示，这是Extron公司将描述人类听力范围特性的研究结果绘成了一张听觉反应范围图。最小可听度曲线的形状向我们表明在低声压级时人耳的频响情况。较之中音频率，在最低听力边界，感知低频和高频需要大的声压级提升。
对高频和低频而言，人的听觉响应在低声强始终不足。但是人耳对300-6000Hz左右的频段特别敏感。这恰巧是包含大部分人讲话模式的声音以及婴儿啼哭的音调的频率范围。对于平均背景声压级，低声压下的滚降响应让我们在存在低频或高频噪声时更容易听清并理解人们讲话。
三. 声音响度不一致的基本原因
究其根本原因，还是在于广电总局对于音频响度方面标准的模糊，主要表现在：模拟基准电平不统一（存在着0dBu、+4dBu、+6dBu、+8dBu等各种模拟工作电平）；数字基准电平不统一（一种-20dBFS的SMPTE标准设备，另一种-18dBFS的EBU标准设备）；峰值储备使用不一致（峰值储备越高的设备制作或播出的节目信号响度就越低）；还有就是对混合系统的模拟和数字电平校准关系不准确（如采用满度电平对齐，会使数字播出系统中原录为模拟的节目声音比原录为数字的节目响6dB）。

图2 人类听觉响应频率
其次，各制作播出机构在节目音频的制作、传输和播出过程中，使用电平监测仪表配置不当，使用音频压缩限幅设备进行动态处理不当，还有在数字播出系统中加自动电平控制器，这些都会影响到节目最终还原的响度。
四. 响度控制的实现
事实上，对音频响度控制的两个最重要环节就是制作与播出。首先讨论播出环节，作为播出系统首先要保证送出去的信号是标准的，因此一直以来播出系统对音频信号基本不做处理，一般不轻易手动调整。但是现代广播电视技术的发展要求我们在确保安全播出的前提下做到优质播出，所以在播出系统中增加数字音频信号自动响度控制设备势在必行，自动响度控制设备可以控制播出节目的整体平均响度及峰值电平，通过设备的参数调整使各频道有一个统一的响度，而且各频道中不同类型的节目响度也会相应均衡，这样在观众收看节目时，不会觉得节目音量的跳跃性太高，产生烦躁感。近年来，一些著名的音频厂商加强了对响度测量及控制的重视，他们用DSP处理的方法，直接分析音频信号，给出信号还原时标准的响度值并用传统的电平表示(响度电平)。目前适用于播出线的主要有T．C．Electronics公司的DB-4、DB-8以及德国JUNGER公司基于Level magic的设备。
最重要的其实是制作环节，节目声音响度不一致的问题主要靠规范电视节目制作才能得到有效根本的解决。当前节目制作采用的测量技术主要是依赖“PPM”表以及“VU”表来估算节目素材的响度，但是这两种方法都无法反映出观众在家里听到这些节目时感觉的响度到底是多大。观众的感知是基于一些诸如人耳的频率响应，以及信号的平均电平等因素，而不是信号的峰值。在响度控制方面，杜比实验室进行了长期的研究工作并积累了大量的经验，先后推出了基于Leq(A)特性并且荣获艾米奖的LM100响度测试仪和基于文件处理的响度控制器DP600。
杜比LM100广播响度测试仪能够测量节目的主观响度，且结果的显示是简单易懂的数字形式。为了再现家庭观众的习惯，引入了“对白智能化”的概念，这种功能可以让响度测量设备根据对白，自己控制测量，以得到更精确，更可靠的结果。其基本原理是元数据技术控制还原，所谓元数据指的主要是AC-3、杜比E、杜比数字和杜比数字+等，杜比元数据技术的特点是它不对信号进行任何处理，只是分析出节目信号的响度大小，响度值就是元数据的内容，然后在接收终端比如机顶盒中读取元数据并做出正确的响度还原。这样就要求每个用户都具备支持元数据的机顶盒或解码器，这对刚刚完成数字化转换的国情来说是一个不小的难题，不过展望数字高清化的将来，杜比E音频的应用将能很好的采用元数据技术。
那么在数字标清的今天，有没有更好的技术能够在现有终端技术的情况下更好解决节目响度问题呢？现在杜比提供了一个解决方案，其中关键是杜比DP600节目优化工具。DP600是专门针对文件处理的工具，可以重新处理、定位、应用音频文件的工具，特别是在多介质、多功能的网络平台上，能够实现转码和自动校正功能。它不仅可以处理杜比格式，而且能够处理线性的PCM文件、MPEG-1 L2等多种音频格式，支持许多BWF文件。不同格式的文件一进入制播网即可采用DP600进行预处理，转码为统一的格式，经过非线性编辑、媒资交换最后再转码打包进行播出。
五. 结语
电视节目是一种文化商品，质量同样应该得到保证。大家所看到的电视节目是通过支付收视费和接受广告换来的，但大家也都感受到了电视台节目的声音有大有小，观众需要不停地调整音量，这说明电视节目的声音质量是不合格的。作为电视技术人员，我们要意识到解决响度问题提高质量这个任务的紧迫性，并且有步骤的实施，第一步我们需要对当前播出响度的状况有准确的测量，需要准确了解各类型节目的平均响度，第二步借助一定的设备，在制作阶段控制好节目的平均响度并且标准化，尤其是人物对白的响度；最后控制节目播出的响度，给观众带去更美好的视听感受。B&P
参考文献：
[1]娄炜,环绕声电视剧的制作与重放.《家庭影院技术》, 2007(5):50-51
[2]Steve Somers,神奇的响度控制.《传播与制作》, 2006(12)
[3]周斌,电视播出系统中的响度控制.《广播与电视技术》, 2008(6)
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