淺談播出系統中的響度控制

張志潔

【摘要】 隨著廣播電視數字高清時代的來臨，高清視頻帶給廣大觀眾的是一場新的視覺體驗，可是，當我們在欣賞內容豐富、色彩鮮艷、畫面清晰的電視節目時，卻不得不頻繁使用遙控器來調整音量，這就是電視節目的聲音響度問題。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現響度控制。

【關鍵詞】 響度 響度控制 元數據技術 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目來看，大家經常被這樣一個問題所困擾，就是響度的不一致。主要是以下三個原因：同一個節目的聲音起伏，同一個頻道不同節目的音量差異，不同頻道的節目音量大小不一。這些問題使得觀眾在收看節目和切換頻道時要不停地調整音量的大小以適應人耳的聽覺。

二、與響度相關聯的幾個基本概念

1、聲音（Voice），能被人耳所感知的稱聲音，它由空氣振動形成，會沿著一定方向進行擴散、折射或反射。

2、音頻信號（Audio），用話筒一類的聲能轉換器，轉化而來的聲音信號。

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

4、響度（Loudness），電信號轉換為聲波振動時度量聲音能量的一個指標，我們說的音量其實就代表了響度。用單位（sone）來表示，它和聲壓級、頻率有密切關系，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有關。

5、動態范圍（Dynamic Range），人耳可感知的聲音在20Hz～20kHz范圍，但是動態范圍卻非常大，自然界從可感知的最微弱的聲音到耳膜無法承受的聲音，動態超過145dB，如此寬的動態范圍，在轉換為電信號時，很難被忠實記錄及還原。當然，隨著電子技術的發展，這一局限已經越來越小，我們可以通過調音師手動控制或壓限器之類的電子設備，對信號動態范圍加以合適的壓縮，保證在采集、存儲和傳輸過程中不出現失真，在此基礎上盡可能保持原有的動態范圍。

三、電視播出系統中音頻技術的特殊要求

與Hi-Fi領域不同，電視播出面向各種接收環境尤其是家庭和公共場所，這類接收環境，通常缺少良好的聲學條件，環境噪音差別較大。根據信號理論，信號只有在大于噪聲時才能被提取出來，因此，還原大動態音頻信號時，其中小于環境噪聲的部分將被淹沒掉，有可能帶來播放、傳輸、還原鏈路中某一個或多個環節中電子設備的幅頻特性失真。另一方面，各類節目源響度差異過大和頻道間聲音響度差異過大，將會使得廣大聽眾感到不舒服，統一響度和提供合適的動態范圍，是電視及廣播播出系統中需要解決的重要問題之一。

數字化播出后，信號記錄的載體變為數字磁帶或硬盤服務器，對音頻信號而言，由于從前期采集到后期制作都在數字域內完成，系統鏈路設備可承載的音頻信號動態范圍有很大改觀，從模擬分量錄像機的60dB到數字錄像機的90dB動態，發射系統及有線電視傳輸系統數字化后也是這樣，動態范圍明顯改善。播出傳輸系統設備的動態范圍相繼統一，那么接收情況如何呢？

數字衛星、數字無線及數字機頂盒接收方式具備解調大動態范圍音頻信號的條件，根據發送端編碼設備使用的壓縮編碼方式不同，接收端可以還原的動態范圍也有些差異，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，更加符合專業音頻的要求。

HI-FI家庭影院系統當然可以獲得很棒的信號還原效果，問題是絕大多數電視接收觀眾是直接用電視機喇叭來還原聲音的，優質喇叭系統可能還原的動態也許能達到較為理想的效果，而劣質喇叭系統就很難說，這一點相信每個聽力正常的人都會有切身體驗。其他還有一部分受眾使用多媒體音箱、手機喇叭或耳機還原節目聲音的，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，給廣播電視節目制作、播出和傳輸帶來相應的困難，顯然，照顧絕大多數，盡可能讓觀眾感到滿意是我們應該做的。 對于同一接收條件而言，節目響度一致性問題需要得到高度重視，觀眾對聲音感到不滿意甚至厭煩，多是因為聲音響度不一致，包括頻道間和節目間的聲音響度差別巨大。

面向特殊接收環境和還音條件千差萬別的電視播出系統，在最后一個環節必須對聲音的響度和動態范圍進行必要的控制，這樣才能保證接收信號還原時具有合適的舒適度、可懂度。

四、可供選擇的響度及動態控制技術

今天，我們有幾種主流的響度控制技術分別得到不同電視播出機構的認同，包括JUNGER公司的LEVE MAGIC R、杜比實驗室的元數據技術以及TC公司的響度控制技術，甚至有芯片廠商參與其中，提供各種響度處理的大規模芯片，使得聲音的響度處理變得更加容易。

1、T.C.Electronics

T.C.Electronics是一家傳統的音頻處理設備生產商，可支持AES/EBU及SDI嵌入音頻實時響度及動態范圍處理的設備DB-4和DB-8，TC處理響度的獨特之處在于它將響度和動態范圍結合在一起處理，用戶可以調用很多國外電視臺在響度和動態范圍處理方面的參考數據，然后根據自己素材的特點修改這些參數獲得適合的播出效果。

2、Level Magic R

盡管響度和電平是兩個不同的概念，但是二者具有一定的聯系，當我們用信號的準平均值來表示信號電平大小時，這時電平和信號還原出來的響度就具有較好的一致性，因此，通過高速檢測信號的平均值電平，根據壓縮擴展規則進行高速處理，可以比較理想地控制信號還原的響度，這就是Level magic的基本原理。

Level Magic是德國JUNGER公司的專利技術，基于Level magic的設備支持大多數音頻接口，包括模擬、AES/EBU、SDI嵌入音頻，支持斷電旁通，適合播出線使用。

3、杜比實驗室

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

a、元數據技術控制還原：它的技術原理是，借助于在杜比數字（AC-3）或杜比E（DOLBY-E）數字音頻流中加入標識音頻信號響度的元數據，含元數據的音頻信號到達接收端后，由接收端的設備根據元數據決定信號還原時的音頻增益大小，得到聲音還原時合適的響度，而動態范圍并不壓縮。它的特點是不對信號進行任何處理，只是分析信號響度大小，響度值就是元數據的內容，接收設備讀取元數據并做出正確的響度還原。元數據技術應用的前提是用戶接收的音頻數據流中必須包含準確測量的響度數據（元數據）、音頻數據流必須是杜比數字或杜比-E編碼格式。

b、基于文件處理的DP600：DP600從視頻服務器讀取素材，從中抽出音頻數據流進行響度分析，把它調整到預先設定的響度水平，處理后的音頻流重新打包回去成為可以正確播放的文件。盡管對原文件進行了響度處理，但依然不破壞原文件的動態范圍。如果所有播放的素材都是經過響度處理，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直接面向消費類電子設備，對響度的控制完全獨立于節目提供商和節目類型。杜比推出Dolby Volume技術，很快得到了芯片廠商的積極響應，Cirrus Logic已發布支持Dolby Volume技術的CS48DV2/6系列DSP處理芯片。

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

參 考 文 獻

[1] 婁煒. 環繞聲電視劇的制作與重放. 《家庭影院技術》

[2] Steve Somers. 神奇的響度控制.《傳播與制作》

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