冰上運動的隨動錄音與監(jiān)測

許乾坤 喬瓊 孟子厚

【摘要】為了探究在滑冰運動比賽中的錄音與監(jiān)測方法，選取兩種傳感器對冰刀與冰面接觸時產(chǎn)生的聲音進行隨動錄音。使用對偶比較法進行了不同傳聲器錄制信號的真實感和表現(xiàn)力之間的對比以及混縮處理后的效果實驗。

【關(guān)鍵詞】滑冰；傳聲器；對偶比較法；混縮

滑冰運動發(fā)聲部位主要來源于足蹬冰刀，在冰面上進行滑行競速或做出動作?；\動聲源的錄制，對比賽中的電視轉(zhuǎn)播的影響較大?，F(xiàn)場錄制時受空氣中的環(huán)境聲干擾較大，最佳的拾音方式是拾取冰刀發(fā)聲部位的聲音。

森田晃等人研制出一種特殊的“冰區(qū)傳聲器”[1]，可以清楚地拾取溜冰的聲音，而不受外界噪聲（如觀眾的歡呼聲）的影響；而對于一些新型的壓電傳感器材[2][3]盧曉光等解決了壓電薄膜傳感器接收um級振動的性能測試[4]，孟仁俊等人則進行了壓電傳感器的頻晌分析、前置電路的設(shè)計以及應(yīng)用在實際的運動姿勢監(jiān)測[5]。目前，專門針對體育運動的較為專業(yè)的傳聲器主要是電容傳聲器，在比賽錄制中也比較成熟。

本文選取壓電和電容麗種傳聲器，分別對花樣滑冰的五種動作進行錄制，比較兩種傳感器的錄音特色，并將不同的聲音信號進行混縮后，實驗探究混縮后的效果是否有所提升。

1 隨動錄音的裝置

滑冰運動是在冰面上進行的，其聲源主要來自于冰刀在冰面上劃過時其內(nèi)部引發(fā)的振動。這種振動通過固體介質(zhì)——冰面、冰刀，形成橫波、縱波和表面波；在空氣中主要是由冰面充當(dāng)巨大的輻射板，通過縱波形式輻射到空氣中[6]。

由于滑冰運動所產(chǎn)生的聲源主要是通過固體介質(zhì)傳播[7]，因此，傳統(tǒng)的錄音方法拾取到的由空氣介質(zhì)傳播的聲波，并不能夠很好地體現(xiàn)滑冰運動聲音的本質(zhì)。針對性的錄音方法是通過拾取固體介質(zhì)和空氣介質(zhì)中的聲波，完善滑冰運動的錄音方法。表1是目前常見的錄音方式和錄音技術(shù)。

對于滑冰運動而言，拾取空氣聲只是聲源傳播過程中的一部分，不能代表滑冰運動整體的自然聲源。對于一項運動的聲源，森田晃等將傳感器置于冰下的做法不能保證拾取到穩(wěn)定的聲音信號，當(dāng)冰刀在傳感器附近劃過時，傳感器拾取到的信號能量很強，而隨著運動員遠離傳感器位置，拾取到的信號就會很小。

隨動錄音結(jié)合了動態(tài)錄音方式和直接拾音技術(shù)，將壓電傳聲器安裝在冰刀上不影響比賽的位置，同時加入基于近距離拾音技術(shù)的心形電容傳聲器，來拾取冰下的振動聲與冰面反射的空氣聲。

針對錄音中抬腳時出現(xiàn)的靜音以及左右冰刀上不同的振動能量和頻率[8]，最主要的是可以觀察兩只腳上的區(qū)別和特點，將一對壓電傳聲器分別安裝在左右兩個冰刀的前立柱上，將一對電容傳聲器安裝在兩個冰刀的后立柱上，具體位置見圖1。

對滑冰運動進行錄音，將傳聲器按照圖1的方式安裝在冰刀上，連接上表2中的錄音設(shè)備后使用。

2 滑冰運動的分類

滑冰運動，即運動員腳穿冰鞋通過冰刀接觸冰面，兩腳一前一后在冰面上滑行?；\動大體可以分為速度滑冰和花樣滑冰，前者是追求滑行速度，后者是挑戰(zhàn)各種冰上技術(shù)。筆者所指的滑冰動作以花樣滑冰為參考?；踊浜弦魳坊龈鞣N圖案，做出各種跳躍、旋轉(zhuǎn)和造型動作[9]。

表3中的各類滑冰動作是滑冰比賽中運動員所進行的各個分式動作。其表演動作的難度更高，也更加具有觀賞性，所以，此類聲音信號錄制用來提高花樣滑冰運動的聲效。

3 錄音效果與音質(zhì)評價

用安裝好的錄音系統(tǒng)對表3中的滑冰動作進行錄制后，得到一個滑冰運動音頻庫。對表3中的五類表演動作進行試聽，在真實感和表現(xiàn)力兩點上挑選出合適的聲音素材[10]。

本實驗的被試共12名，均為在讀學(xué)生，經(jīng)測試，所有被試均達到了正常的聽能水平。為確保測量數(shù)據(jù)的準確性，兩只監(jiān)聽揚聲器事先都進行過校準處理，實驗在低噪聲的錄音間進行。

實驗采取對偶比較法，分為兩部分進行，第一部分的素材為表3中五種滑冰動作聲音，讓被試判斷真實感和表現(xiàn)力，得到麗個主觀指標(biāo)下的心理順序量表。第二部分的素材為表3的素材，按照電容：壓電的一定比例（ 0：1，1：3，1：2，1：1，2：1，3：1，1：0）進行混縮后合成滑冰運動聲，讓被試判斷真實感和表現(xiàn)力，分別得到七種比例素材在兩個主觀指標(biāo)下的心理順序量表。

將實驗數(shù)據(jù)按照分組對偶比較法的統(tǒng)計數(shù)學(xué)原理進行心理尺度的計算。其中第一部分實驗結(jié)果如圖2滑冰動作的評價結(jié)果。

由圖2可以看出，真實感的尺度分布除電容傳感器錄制的燕式步外，壓電傳聲器錄制的動作真實感尺度較大；表現(xiàn)力的尺度分布，以電容傳聲器錄制的動作表現(xiàn)力尺度較大。

第二部分將兩種信號進行混縮后的比較實驗，其對比結(jié)果如圖3～圖7。

由圖中可知，真實感的100分尺度值均分布在只有壓電傳聲器信號（1：0）處，且隨著壓電傳聲器信號分量越高，真實感越強；表現(xiàn)力則沒有分布在電容傳感器信號（0：1）處，而是在（1：2）或（1：1）處，且（1：O）處的心理尺度均為較小。

4 滑冰運動的狀態(tài)監(jiān)測

用壓電傳聲器和電容傳聲器對同一段冰刀劃過冰面發(fā)出的聲音進行拾取后得到一段時間的頻譜圖8和圖9，圖8是用壓電傳聲器錄制的信號計算得到的頻譜；圖9是用電容傳聲器錄制的同一個信號計算得到的頻譜。通過對錄制到的信號進行頻譜分析，可以發(fā)現(xiàn)兩種傳聲器的電聲特性，壓電傳聲器的諧振頻率大約為5 kHz，使得頻譜上的高頻能量豐富；電容傳聲器則在4 kHz以下中低頻細節(jié)上體現(xiàn)較多。前面的主觀實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滑冰聲的真實感與信號的高頻成分關(guān)聯(lián)較大，而表現(xiàn)力則與信號的中低頻成分有關(guān)。

5 小結(jié)

本文給出了滑冰運動錄音的一個可行性方案，比較了兩種錄制傳聲器的主觀感受。通過實驗發(fā)現(xiàn)，壓電傳聲器錄音的真實感與電容傳聲器相比較為強烈，而表現(xiàn)力的心理尺度卻低于電容傳聲器。借助兩種信號混縮的方式發(fā)現(xiàn)，真實感心理尺度仍然是隨壓電傳聲器信號分量上升而增大，而混縮比為1：2或1：1的信號表現(xiàn)力明顯強于混縮前信號。因此，可以使用壓電傳聲器錄制真實感強烈的滑冰聲，而通過兩種信號混縮的方式則可以進一步提升滑冰聲音的表現(xiàn)力。觀察兩種傳聲器的頻譜發(fā)現(xiàn)，滑冰聲信號在各頻帶上能量分布的不同會影響滑冰聲的音質(zhì)。

參考文獻：

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[10]鄭之風(fēng)，孟子厚，國產(chǎn)錄音傳聲器的音質(zhì)評價實驗[C].2010年聲頻工程學(xué)術(shù)交流年會，2010.