廣播音頻信號(hào)的質(zhì)量分析與測(cè)量

李良勇

（南昌廣播電視臺(tái)，江西 南昌 330000）

0 引言

文化事業(yè)是滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的美好生活需要的重要載體，是建設(shè)中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)不可缺少的組成部分。廣播電臺(tái)作為文化傳播的主要途徑，能夠向大眾提供聽覺(jué)上的藝術(shù)享受。聲音是廣播電臺(tái)的主要表現(xiàn)形式。一個(gè)品質(zhì)良好的廣播節(jié)目除了與其節(jié)目?jī)?nèi)容與表現(xiàn)手法有著密切聯(lián)系外，其音質(zhì)的好壞也發(fā)揮著重要作用。

如今，大眾的審美水平普遍提高，如何在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的文化傳媒領(lǐng)域提升廣播的影響力與權(quán)威性，是廣播電臺(tái)急需解決的問(wèn)題。電臺(tái)除了需要在節(jié)目?jī)?nèi)容上貼切大眾、在傳播時(shí)效上更為快速以及表現(xiàn)形式要更加多樣外，還應(yīng)該提升聲音的質(zhì)量。目前，對(duì)聲音質(zhì)量的評(píng)價(jià)主要分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。下面依次介紹這兩種評(píng)價(jià)，并簡(jiǎn)單說(shuō)明它們?cè)趶V播電臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用情況。

1 聲音的主觀評(píng)價(jià)

聲音的主觀評(píng)價(jià)是依賴人耳的聽覺(jué)特性，依據(jù)人為的主觀感受而制定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在此評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，人是最大的影響因素。以人為本的評(píng)價(jià)更符合人的心理感受。因此，聲音的主觀評(píng)價(jià)在對(duì)廣播節(jié)目?jī)?nèi)容的質(zhì)量分析中應(yīng)用廣泛。它主要評(píng)價(jià)一段音頻內(nèi)容是否能給評(píng)價(jià)者帶來(lái)藝術(shù)美學(xué)上的享受，并形成音質(zhì)印象上的主觀屬性，再結(jié)合聲學(xué)術(shù)語(yǔ)對(duì)該音頻內(nèi)容的質(zhì)量進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)［1］。

1.1 主觀評(píng)價(jià)用語(yǔ)

依據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《廣播節(jié)目聲音質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法和技術(shù)指標(biāo)要求》（GB/T 16463—1996），在實(shí)際工作中主要采用以下8 個(gè)聲學(xué)主觀評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)。

1.1.1 清晰度

清晰度指聲音的層次分明，對(duì)語(yǔ)言的可懂度要求較高。在廣播電臺(tái)中，注重語(yǔ)言類和時(shí)效性的新聞節(jié)目往往對(duì)清晰度的要求較高，應(yīng)當(dāng)把握好音頻的混響時(shí)間。因?yàn)檩^長(zhǎng)的混響時(shí)間會(huì)使聲音變得渾濁，影響聽音者的理解程度。同時(shí)，男聲因?yàn)楹硪糨^重，可適當(dāng)降低低頻成分，提升高頻成分，增加聲音的明亮感。

1.1.2 豐滿度

豐滿度指聲音溫暖，層次豐富。如果是語(yǔ)言類音頻，聽音效果極具親切性；如果是音樂(lè)類音頻，會(huì)使人聽音愉悅，產(chǎn)生感染力。在音頻頻譜結(jié)構(gòu)上，豐滿度好的聲音的低頻與中頻成分較多，高頻適中?；祉憰r(shí)間也較為恰當(dāng)，且包含豐富的頻率段。

1.1.3 豐滿度

圓潤(rùn)度指聲音飽滿，圓潤(rùn)甜美，主要是音頻中頻和中高頻成分充足。

1.1.4 明亮度

明亮度指聲音清澈自然，輪廓分明，具有臨場(chǎng)感，主觀感覺(jué)較為突出。這類音質(zhì)主要是高頻成分豐富，因此是適宜語(yǔ)言類節(jié)目音質(zhì)的特點(diǎn)之一。

1.1.5 柔和度

柔和度指音質(zhì)溫柔不生硬、不尖噪，聽覺(jué)舒適。低頻的提升與中頻的衰減，有助于帶來(lái)這樣的效果。

1.1.6 真實(shí)度

真實(shí)度保留了原有音質(zhì)的特點(diǎn)，比較適合還原度高的監(jiān)聽效果。

1.1.7 平衡度

平衡度指音頻包含各個(gè)頻率的聲音的綜合產(chǎn)物。如果該音頻中的低頻、中頻與高頻成分搭配得當(dāng)，三者差別不會(huì)過(guò)大，音質(zhì)和諧自然，具有良好的平衡度。

1.1.8 立體聲效果

聲音是從各個(gè)方向傳播而來(lái)的，具有方位感和空間感。因此，聲音的立體效果表現(xiàn)在方位還原、聲像定位與臨場(chǎng)空間的再現(xiàn)［2］。

1.2 主觀評(píng)價(jià)的不足

采用以人為主的主觀評(píng)價(jià)方式分析節(jié)目?jī)?nèi)容信號(hào)質(zhì)量，并對(duì)最后的總體音質(zhì)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，力求最真實(shí)地反映一段音頻內(nèi)容給人帶來(lái)的聽覺(jué)效果。但是，這樣的評(píng)價(jià)建立在人的主觀意志上，會(huì)牽涉評(píng)價(jià)人的生理因素、文化素養(yǎng)以及心理環(huán)境等諸多因素，存在較大的浮動(dòng)范圍。該評(píng)價(jià)體系缺乏客觀公正的科學(xué)數(shù)據(jù)支持，會(huì)對(duì)最終音質(zhì)評(píng)價(jià)產(chǎn)生一定的影響。因此，可以通過(guò)測(cè)量客觀的技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量節(jié)目?jī)?nèi)容質(zhì)量的好壞［3］。

2 聲音客觀的技術(shù)指標(biāo)

節(jié)目?jī)?nèi)容信號(hào)質(zhì)量可以通過(guò)測(cè)量與分析其特定的客觀技術(shù)指標(biāo)，監(jiān)測(cè)音頻的相關(guān)特性是否達(dá)標(biāo)。該方法利用儀器數(shù)據(jù)測(cè)量方法，通過(guò)數(shù)據(jù)匯總與分析，使用具體的標(biāo)準(zhǔn)分析判定音質(zhì)，具有較好的穩(wěn)定性。聲音客觀的技術(shù)指標(biāo)著重于分析聲音自身質(zhì)量，關(guān)注經(jīng)過(guò)制作、播出與傳輸后，因引入中間設(shè)備的環(huán)節(jié)而對(duì)聲音質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

2.1 聲音自身質(zhì)量的分析

聲音自身的質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析通常作為判斷音頻信號(hào)源是否出現(xiàn)異常、是否影響到聲音自有質(zhì)量的依據(jù)。根據(jù)我國(guó)廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電臺(tái)節(jié)目制播質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GY/T 275—2013），該類別下的音頻信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)如下。

2.1.1 左右聲道反相

當(dāng)左右聲道的相位差達(dá)到180°時(shí)，稱為反相。反相有時(shí)候會(huì)使聲音在聲場(chǎng)中出現(xiàn)聲短路現(xiàn)象，導(dǎo)致聲音還原效果差，造成一定的聽音損失。目前，大多數(shù)的音頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尤其是在播出源設(shè)備（如調(diào)音臺(tái)），都安裝有反映立體聲相位關(guān)系的相位表。相位表可利用左右聲道的序列進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算。當(dāng)相位表度數(shù)在-1 時(shí)，表明兩聲道之間完全反相。為了提升監(jiān)測(cè)的預(yù)判能力，實(shí)際監(jiān)測(cè)中規(guī)定相關(guān)系數(shù)的閾值為-0.75。若相關(guān)系統(tǒng)的閾值超出規(guī)定的持續(xù)時(shí)間達(dá)到1 min 以上，且其60%以上的取樣數(shù)處于該種狀態(tài)，可以判定該聲音在持續(xù)時(shí)間內(nèi)處于反相狀態(tài)。

2.1.2 低電平

低電平是產(chǎn)生停播事故的最直接原因。對(duì)于數(shù)字音頻信號(hào)而言，當(dāng)信號(hào)處于-48 dBFS 之下，持續(xù)時(shí)間達(dá)到8 s 且比例閾值達(dá)到90%時(shí)，音頻信號(hào)為低電平。

2.1.3 聲道缺失

目前，立體聲信號(hào)在廣播電臺(tái)的應(yīng)用十分廣泛。左右兩個(gè)聲道的立體聲信號(hào)可能存在聲道缺失情況。當(dāng)聲音信號(hào)的任一聲道電平處于-48 dBFS 之下，持續(xù)時(shí)間超過(guò)8 s 且比例閾值為90%時(shí)，該狀態(tài)即為立體聲聲道缺失。

2.1.4 最大允許電平

0 dBFS 是滿刻度數(shù)字音頻參考電平，即“數(shù)字滿刻度電平”。該信號(hào)與模擬信號(hào)不同，一旦數(shù)字信號(hào)超過(guò)最大值0 dBFS，輸出信號(hào)立刻會(huì)被削平，造成不可逆的失真。為了使信號(hào)在音頻系統(tǒng)中不產(chǎn)生失真性的聽音危害，規(guī)定在正常工作電平與最大不失真電平之間預(yù)留一定的余量，稱為峰值儲(chǔ)備，以滿足節(jié)目中電平較大的音頻信號(hào)能夠安全通過(guò)。因此，要求最大允許電平為-9 dBFS，持續(xù)時(shí)間為2 min，狀態(tài)參考比例為80%。

此外，音頻信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)還包括部分輔助性的音頻信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析項(xiàng)目，如電平均衡和左右聲道電平差等［4］。目前，大多數(shù)廣播電臺(tái)現(xiàn)有的技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)結(jié)合了以上關(guān)鍵項(xiàng)目與技術(shù)指標(biāo)，全程化監(jiān)控音頻信號(hào)的制作、播出與傳輸，從而確保節(jié)目信號(hào)的高質(zhì)量與不間斷。

2.2 音頻設(shè)備的特性指標(biāo)與測(cè)量

廣播節(jié)目從最原始的聲音狀態(tài)到最終人們聽到的成品音頻，需要經(jīng)過(guò)制作、播出、傳輸與覆蓋等多道環(huán)節(jié)，期間中會(huì)應(yīng)用到大量的音頻設(shè)備。音頻信號(hào)不斷在這些設(shè)備之間輸入、輸出、再生、放大、轉(zhuǎn)換格式以及制作成特殊效果等，如果設(shè)備內(nèi)部的信道環(huán)境惡劣，那么將會(huì)干擾音頻，影響到音頻的質(zhì)量。因此，音頻設(shè)備的性能對(duì)廣播節(jié)目的質(zhì)量具有重要作用，需通過(guò)測(cè)量的方式，結(jié)合測(cè)量結(jié)果，評(píng)估音頻設(shè)備的特性是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

幅頻特性主要測(cè)量一恒定電平輸入至音頻設(shè)備后，在不同頻率下其輸出電壓的變化關(guān)系，主要考察音頻設(shè)備是否存在較大的線性失真。實(shí)際測(cè)量采用我國(guó)廣播系統(tǒng)中的音頻校準(zhǔn)電平+4 dBu 作為參考電平［5］，并依據(jù)1/3 倍頻程從低頻到中頻再到高頻選擇測(cè)量頻率，觀察參考電平隨頻率的變化關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且線性失真在合理范圍內(nèi)的音頻設(shè)備的幅頻特性曲線越平坦越好。

相頻特性類似于幅頻特性，也是考察音頻設(shè)備是否存在線性失真的技術(shù)指標(biāo)。它主要反映相位隨不同頻率的變化關(guān)系。它的存在會(huì)破壞原有音頻的聲像定位。

總諧波失真加噪聲。諧波失真屬于非線性失真，是由于音頻信號(hào)在經(jīng)過(guò)非線性元器件時(shí)。產(chǎn)生了以基波為基礎(chǔ)能讓原信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的額外的諧波成分。由于產(chǎn)生了新的頻率，會(huì)使音頻信號(hào)失真，導(dǎo)致音質(zhì)往往出現(xiàn)發(fā)沙和渾濁的效果。此外，音頻設(shè)備中往往會(huì)存在噪聲干擾，因此一般會(huì)采用總諧波失真加噪聲（THD+N）來(lái)表示其音頻特性。實(shí)際測(cè)量中，數(shù)字設(shè)備以997 Hz、-20 dBFS的正弦信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還要加入人耳可聽頻帶20 Hz～20 kHz 的帶寬濾波器，防止高頻噪聲干擾真實(shí)結(jié)果。用測(cè)試設(shè)備測(cè)量的幅頻特性與總諧波失真加噪聲的曲線圖，分別如圖1 和圖2 所示。

信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）是表征信號(hào)的電平與噪聲之間關(guān)系的單位量，實(shí)際上是輸出信號(hào)電壓與相同狀態(tài)下輸出的噪聲電壓的比值：

噪聲的測(cè)量通過(guò)不輸入數(shù)字信號(hào)空載通道的方式獲得噪聲電平。該測(cè)量需要添加帶寬濾波器，以避免噪聲產(chǎn)生的干擾。一般來(lái)說(shuō)，噪聲電平越大，表明該音頻設(shè)備受到噪聲的干擾越小。

大多數(shù)設(shè)備不止一個(gè)通道，因此多通道間的設(shè)備可能存在通道之間信號(hào)相互泄露且影響的現(xiàn)象［6］。通道間串音是描述這種情況的物理量，被定義為沒(méi)有加載信號(hào)通道的輸出電壓與加載了信號(hào)通道的輸出電壓之間的比值。實(shí)際測(cè)量中會(huì)發(fā)現(xiàn)，低頻或者高頻噪聲會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此會(huì)在未加載信號(hào)的通道輸出端加入以輸入信號(hào)為中心頻率的1/3 倍頻程帶通濾波器，以濾除干擾成分。

幅頻特性差的設(shè)備輸出音頻信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)忽大忽小的現(xiàn)象。如果總諧波失真加噪聲的指標(biāo)不合格，那么會(huì)使聲音聽起來(lái)發(fā)沙和渾濁。信噪比過(guò)低，說(shuō)明噪聲會(huì)給聲音帶來(lái)特別大的干擾。通道間串音太大，也會(huì)影響收聽效果。

通過(guò)測(cè)量以上音頻特性的指標(biāo)，可以了解該音頻設(shè)備是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否會(huì)對(duì)其所處理的音頻信號(hào)帶來(lái)質(zhì)量影響。通過(guò)選擇高質(zhì)量的音頻產(chǎn)品，能很好地避免設(shè)備給音頻信號(hào)帶來(lái)失真問(wèn)題。

3 提升節(jié)目信號(hào)質(zhì)量的建議

良好的廣播節(jié)目信號(hào)質(zhì)量能帶給受眾們極佳的聽覺(jué)效果。在制作節(jié)目音頻時(shí)，采編工作者要注重音源本身的質(zhì)量，要善于并合理運(yùn)用音響的表現(xiàn)手法。技術(shù)工作者們可以通過(guò)音頻處理器來(lái)加工與潤(rùn)色聲音。

如今，音頻處理器已廣泛應(yīng)用于廣播播控系統(tǒng)，可以通過(guò)它根據(jù)各頻率的定位，為聲音節(jié)目選擇合適的和特殊的效果模式。例如，注重話語(yǔ)清晰度的語(yǔ)言類的頻率，可以選擇“語(yǔ)言模式”，主要目的在于較高程度地還原聲源的音色特點(diǎn)，不加入過(guò)多的混響。對(duì)于鼻音較重的男主播來(lái)說(shuō)，可以適當(dāng)衰減其低音部分，避免渾濁的音質(zhì)。對(duì)于文藝類的頻率，可以選擇較為溫暖和柔和的聲音模式烘托其聲音效果，從而讓人聽起來(lái)舒服親切。音樂(lè)中可以適當(dāng)加入諧波，使音色更豐富，音域更加寬廣動(dòng)聽。

此外，音頻處理器中的自動(dòng)增益控制器AGC，具有隨輸入信號(hào)幅度的變化而進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)大時(shí)，利用內(nèi)部的負(fù)反饋電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，可降低過(guò)大的信號(hào)增益，有效避免失真，同時(shí)保護(hù)下級(jí)設(shè)備免受過(guò)大信號(hào)的沖擊。對(duì)于小信號(hào)，為了使輸出端有令人滿意的信噪比，可補(bǔ)償該信號(hào)，使輸出端的信號(hào)具有較好的信噪比。

等響度控制器也是音頻處理器的重要部分。根據(jù)等響度曲線，在同一響度下，低頻與高頻段所需要的聲壓比中頻段大。因此，對(duì)于響度小的聲音來(lái)說(shuō)，人耳不易察覺(jué)出其所包含的低頻成分和高頻成分，導(dǎo)致聲音聽起來(lái)枯燥單調(diào)，缺乏表現(xiàn)力。為了補(bǔ)償這種缺陷，可使用等響度控制電路根據(jù)等響度曲線對(duì)上述兩個(gè)頻段進(jìn)行提升，使人們對(duì)各種頻率的聲音處于同一敏感度。

聲音的主觀評(píng)價(jià)與客觀技術(shù)指標(biāo)存在一定的關(guān)系，主要聯(lián)系在評(píng)價(jià)用語(yǔ)和頻譜分析之間。技術(shù)人員不僅可以利用二者對(duì)聲音進(jìn)行評(píng)價(jià)，更可以利用它們的關(guān)系改進(jìn)音質(zhì)。如果一段聲音豐滿度不夠，說(shuō)明其頻譜較窄，低頻與中頻不足；如果清晰度不夠，應(yīng)考慮頻譜內(nèi)是否低頻成分過(guò)多，混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；如果明亮度欠缺，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其中頻段與高頻段的補(bǔ)償；如果立體聲效果差，聲像不明確，應(yīng)該重點(diǎn)分析其相頻特性；如果聲效失衡明顯，應(yīng)該檢測(cè)其頻率特性是否達(dá)標(biāo)，同時(shí)檢查是否啟用等響度控制器等。

4 結(jié)語(yǔ)

聲音，是廣播電臺(tái)的主要表現(xiàn)形式，因此廣播節(jié)目?jī)?nèi)容質(zhì)量的好壞對(duì)廣播具有重要影響。如今，對(duì)聲音的評(píng)價(jià)分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)主要采取人為聽審的方式，對(duì)一段音頻內(nèi)容用評(píng)價(jià)用語(yǔ)進(jìn)行評(píng)定?？陀^評(píng)價(jià)主要依靠技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)測(cè)量的方式獲取參數(shù)值，并根據(jù)數(shù)值判斷其是否符合標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際工作中，主觀評(píng)價(jià)比較受文藝工作者的喜愛(ài)，更喜歡用藝術(shù)性的詞語(yǔ)描述與評(píng)價(jià)一段音頻節(jié)目。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，他們比較適合運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)指標(biāo)評(píng)判音頻的質(zhì)量。對(duì)于既具有藝術(shù)涵養(yǎng)又具有邏輯性思維的錄音師來(lái)說(shuō)，他們傾向于將二者結(jié)合。對(duì)于以聲音為主的廣播電臺(tái)從業(yè)者來(lái)說(shuō)，應(yīng)該注重廣播節(jié)目信號(hào)的質(zhì)量，科學(xué)化、規(guī)范化、合理化地采集、制作、播出與傳輸廣播節(jié)目，以推動(dòng)中國(guó)特色社會(huì)主義文化事業(yè)不斷發(fā)展。