動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)處理在影視后期制作中的應(yīng)用

摘" 要：當(dāng)下的音頻發(fā)展，已經(jīng)從點(diǎn)音源發(fā)展到場(chǎng)音源，單聲道的聲音已經(jīng)無法滿足聽眾的欣賞要求，也可以理解為高清4K及以上的畫面世界的清晰度越來越高，所展現(xiàn)的視頻信息越來越龐大，而導(dǎo)致聲音元素以及變化形式越來越復(fù)雜，也就是豐富的畫面帶來豐富的聲音，音畫同步的震撼效果已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越單聲道所能夠呈現(xiàn)的范圍。該文闡述的就是影視劇后期制作當(dāng)中，如何將動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)或者說是動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)變換真正地體現(xiàn)出來。

關(guān)鍵詞：音頻;動(dòng)態(tài)聲場(chǎng);影視后期制作;自適應(yīng)濾波器;層疊效應(yīng);遮掩效應(yīng)

中圖分類號(hào)：J93 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）25-0186-04

Abstract： The current audio development has developed from a point sound source to an on-site sound source. Mono sound can no longer meet the appreciation requirements of the audience， and it can also be understood that the definition of the picture world with high definition 4K and above is getting higher and higher. The video information shown is getting larger and larger， which leads to more and more complex sound elements and changing forms， that is， rich pictures bring rich sounds. The shock effect of sound-picture synchronization has gone far beyond the scope that mono can present. The purpose of this paper is to explain is how to transform the dynamic sound field or dynamic sound field in the post-production of film and TV series.

Keywords： audio; dynamic sound field; film and television post-production; adaptive filter; cascading effect; masking effect

當(dāng)我們閉上眼睛，傾聽周圍的環(huán)境時(shí)，你就會(huì)聽到各種聲源，如果用更先進(jìn)的儀器甚至可以檢測(cè)到各種聲音獨(dú)特的性質(zhì)，如果你覺得這些還不夠，那么這些就是這個(gè)聲音的全部嗎？當(dāng)然不是，這只是其一部分，還有更大的一部分是其在空間中的擴(kuò)散，或者更精準(zhǔn)地說，是一種膨脹，然后消失。聲音從一個(gè)點(diǎn)開始擴(kuò)散，直到消失，這才是一個(gè)聲音的全部。而一個(gè)點(diǎn)音源，在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下所產(chǎn)生的聲音，在空間中所產(chǎn)生的聲壓級(jí)不隨時(shí)間變化而發(fā)生變化，就可以視為靜態(tài)聲場(chǎng)，這樣的聲音幾乎很少見。而大部分情況下聲音都是各種頻率相疊加，而且音源點(diǎn)也在各種空間之間不斷轉(zhuǎn)換，從而使研究越來越復(fù)雜，這樣的情況可以視為動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)，甚至可以叫做動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)變換。而本文闡述的就是影視劇后期制作當(dāng)中，如何將動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)或者說是動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)變換真正地體現(xiàn)出來。手法之多而且特別復(fù)雜，甚至不能用幾句話來簡(jiǎn)單說清楚，因?yàn)槁曇舯旧砜床灰?，只能通過聽覺來感受，而每一個(gè)人的聽覺都不盡相同，所以，聲音的后期制作是一個(gè)非常帶有主觀色彩的工作，也可以理解為是一種藝術(shù)創(chuàng)作。但并不是所有的聲音藝術(shù)形式都會(huì)被大眾接受，而是在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間、恰當(dāng)?shù)目臻g及恰當(dāng)?shù)漠嬅婀餐浜舷?，聲音的藝術(shù)創(chuàng)作，才會(huì)凸顯其獨(dú)特的魅力。如果只是單獨(dú)從音源的角度去欣賞，只能聽見其部分，而并不是全貌，甚至更無法想象它在還原一個(gè)什么樣的場(chǎng)景，聲音本身可以單獨(dú)作為一種存在，但是僅憑聲音就去理解這個(gè)世界，本身就是一種盲人摸象的行為。毫厘之間，變幻萬千。

層疊效應(yīng)（Stacking Effect①）指的是多個(gè)音頻信號(hào)混合在一起時(shí)，因相互干擾產(chǎn)生的疊加效應(yīng)。簡(jiǎn)單來說，當(dāng)多個(gè)信號(hào)疊加在一起時(shí)，其幅度將相加，因此，可能會(huì)發(fā)生削弱或增強(qiáng)的效應(yīng)。層疊效應(yīng)可能產(chǎn)生不同種類的影響，包括相位干涉、諧波失真、失真、動(dòng)態(tài)范圍壓縮和空間效果。例如，2個(gè)聲波相遇時(shí)，其波峰和波谷可能會(huì)相互抵消或相互加強(qiáng)，從而導(dǎo)致相互干涉的問題。另一個(gè)問題是，當(dāng)2個(gè)或多個(gè)信號(hào)同時(shí)共享一些頻率范圍時(shí)，它們可能會(huì)相互干擾，產(chǎn)生諧波失真或失真的聲音。在音頻混合中，了解層疊效應(yīng)可以幫助混音工程師了解處理音軌的最佳方式，以避免在混音時(shí)產(chǎn)生不必要的干擾和失真，并保持混合信號(hào)的清晰度和準(zhǔn)確性。

遮掩效應(yīng)（Masking Effect②），又稱掩蔽效應(yīng)，是當(dāng)一個(gè)音頻信號(hào)對(duì)另一個(gè)相鄰的音頻信號(hào)產(chǎn)生影響，使人們很難聽到后者的現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)音頻信號(hào)的聲音比另一個(gè)音頻信號(hào)更大，或者其頻率范圍與后者有所重疊，就可能發(fā)生遮掩效應(yīng)。層疊效應(yīng)和遮掩效應(yīng)是聲音信號(hào)處理中的2個(gè)不同概念，盡管它們?cè)谀承┣闆r下可能會(huì)發(fā)生并產(chǎn)生相似的結(jié)果。一個(gè)音頻信號(hào)可能包含多個(gè)頻率，其中一個(gè)頻率可能比其他頻率更強(qiáng)或更突出。在這種情況下，較弱的頻率可能會(huì)被掩蓋，從而其聲音幾乎不可察覺，無法被清晰聆聽到。這種情況稱為前向遮掩。同時(shí)，當(dāng)我們聽一個(gè)音頻信號(hào)時(shí)，較強(qiáng)的頻率也可能會(huì)被周圍較弱的頻率所遮掩，這稱為后向遮掩。了解遮掩效應(yīng)對(duì)音頻混合和后期制作非常重要，因?yàn)榛煲艄こ處熜枰私馊绾翁幚肀徽谘诘念l率，以確保音頻信號(hào)在不破壞其他部分的情況下保持完整性和明晰度。在混合和后期處理過程中，可以使用動(dòng)態(tài)范圍處理、均衡器、自適應(yīng)濾波器等技術(shù)調(diào)整頻率范圍，以解決由遮掩效應(yīng)引起的問題。

聲音的層疊效應(yīng)是由英國科學(xué)家霍華德·弗萊明（Howard Fleming）于1894年發(fā)現(xiàn)的。弗萊明通過將2個(gè)聲源放置在不同的位置，并測(cè)量其混合在一起時(shí)產(chǎn)生的總聲級(jí)，從而描述了聲音疊加效應(yīng)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)在后來的音頻技術(shù)和音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用。

聲音的遮掩效應(yīng)是由美國的物理學(xué)家Fletcher和Munson在1933年發(fā)現(xiàn)的。其研究了人類對(duì)于不同聲音頻率和強(qiáng)度的感知，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)統(tǒng)一的量化方法，后來被稱為“Fletcher-Munson曲線”，其描述了聲音遮掩效應(yīng)的規(guī)律。這項(xiàng)研究對(duì)于后來音頻技術(shù)和音響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了重要影響。

在影視后期音頻制作環(huán)節(jié)中，單聲道的混音過程中經(jīng)常會(huì)遇到以上2種效應(yīng)的干擾，而多聲道的混音就會(huì)好很多，但是工作量會(huì)隨著聲道的增加而成倍增加。雖然現(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了將單聲道轉(zhuǎn)換成多聲道的軟件，而真正的多聲道制作理念卻是千變?nèi)f化，不可能僅用幾個(gè)固定模板和算法將其全部涵蓋，而且多聲道制作本身就是帶有自主意識(shí)的創(chuàng)造，甚至可以理解為矩陣對(duì)矩陣的，或者是多層矩陣的最終運(yùn)算結(jié)果，而這也僅僅是一場(chǎng)聲音的制作，或者是幾個(gè)類似音源點(diǎn)的制作，當(dāng)畫面的轉(zhuǎn)換以及激烈程度不斷增加時(shí)，整個(gè)的矩陣就會(huì)從靜態(tài)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)、甚至?xí)谒矔r(shí)超越人耳所能承受的動(dòng)態(tài)范圍。海量數(shù)據(jù)處理和人工智能的介入有可能會(huì)提供更便捷的方法，但最終的聲音才是想要的結(jié)果，而不同的人對(duì)不同頻段的、不同空間感的聲音都會(huì)有不同的感受，所以，最終的效果還是要經(jīng)歷人耳的檢驗(yàn)。

那么在動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)制作中應(yīng)該注意哪些環(huán)節(jié)呢？動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)是相對(duì)于靜態(tài)聲場(chǎng)而提出的概念，靜態(tài)聲場(chǎng)的很多制作理念皆可以運(yùn)用到動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)的制作中，或者可以理解為多個(gè)靜態(tài)聲場(chǎng)的疊加，當(dāng)然這也僅是一部分，動(dòng)態(tài)聲場(chǎng)的變換才最具挑戰(zhàn)性。如果僅僅是單聲道的音頻，或許對(duì)空間、方向、時(shí)間的考慮還不是那么全面，但是到了多聲道制作就完全不是一回事了，甚至在一些單聲道中滾瓜爛熟的理念，進(jìn)入多聲道中幾乎到了推倒重來的境地。

在后期音頻制作環(huán)節(jié)中還應(yīng)該注意一下以下的要點(diǎn)。①音量平衡，確保所有音軌在混音時(shí)有一個(gè)合適的音量平衡。確保所有音軌在混合過程中層次分明，聽起來清晰。②頻譜均衡：通過使用均衡器調(diào)整頻率，確保每個(gè)音軌的聲音在混音時(shí)能夠互相補(bǔ)充，還要確保不會(huì)出現(xiàn)太多的頻率交叉。③空間感，使用混響等效器可以讓混音具有更好的空間感。可以通過調(diào)整混響的大小和時(shí)長(zhǎng)，來模擬不同的場(chǎng)所和空間。④母帶壓縮，在混音后，應(yīng)用母帶壓縮以增強(qiáng)整個(gè)混音的音量和動(dòng)態(tài)效果。壓縮應(yīng)該是輕柔的，不要過度壓縮。這些只是混音指導(dǎo)的一些建議要點(diǎn)，在混音過程中，需要以實(shí)際情況為基礎(chǔ)，并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的效果。在混音和后期處理過程中，可以使用動(dòng)態(tài)范圍處理、均衡器、自適應(yīng)濾波器等技術(shù)調(diào)整頻率范圍，以解決由遮掩和層疊效應(yīng)引起的問題。自適應(yīng)濾波器是一種能夠自動(dòng)調(diào)整濾波器系數(shù)以適應(yīng)不同輸入信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器。自適應(yīng)濾波器可以用于信號(hào)降噪、頻率響應(yīng)均衡、預(yù)測(cè)修復(fù)等應(yīng)用中。常見的自適應(yīng)濾波器有以下幾種。

1" 最小均方誤差（Least Mean Squares，LMS）算法自適應(yīng)濾波器

LMS算法根據(jù)所期望的輸出信號(hào)與實(shí)際輸出信號(hào)之間的差異來調(diào)整濾波器系數(shù)，并反饋到下一次迭代中。LMS算法計(jì)算變化快速、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用，但是收斂速度緩慢，容易受到非線性失真的影響。LMS算法：$w（n+1）=w（n）+mu e（n）x（n）$。其中，$w$表示濾波器系數(shù)向量，$x$表示輸入信號(hào)，$e$表示期望輸出與實(shí)際輸出之間的誤差，$n$表示當(dāng)前時(shí)刻，$mu$表示步長(zhǎng)系數(shù)。一些音頻插件使用了LMS自適應(yīng)濾波器算法。以下是幾個(gè)常見的插件。

1.1" Waves NS1 Noise Suppressor

該插件可以自適應(yīng)地學(xué)習(xí)并過濾掉背景噪聲，使用LMS算法來保留人聲的清晰度和自然感。

1.2" iZotope RX 8 Advanced

該插件是一款強(qiáng)大的音頻編輯軟件，使用了包括LMS在內(nèi)的多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以幫助用戶修復(fù)損壞的音頻信號(hào)，去除噪音、雜音、電流噪聲等。

1.3" Antares Auto-Tune Pro

該插件廣泛用于音樂錄制和制作中的聲線處理和修飾，使用LMS自適應(yīng)濾波器對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)化或壓制，幫助用戶達(dá)到想要的音樂效果。

2" 遞歸最小二乘（Recursive Least Squares，RLS）算法自適應(yīng)濾波器

RLS算法通過遞歸計(jì)算來盡可能減少方差的誤差，可以在精確性和收斂速度之間取得平衡，但是計(jì)算量大，需要較高的硬件要求。RLS算法：$w（n）=w（n-1）+K（n）e（n）$。其中，$K（n）$為濾波器增益向量，$e（n）$為實(shí)際輸出與期望輸出之間的誤差，$n$表示當(dāng)前時(shí)刻。RLS（遞歸最小二乘算法）是一種適應(yīng)性濾波算法，常常用于信號(hào)預(yù)測(cè)、反饋控制和濾波等音頻領(lǐng)域的應(yīng)用。下面是一些市場(chǎng)上使用了RLS 算法的音頻插件。

2.1" Waves C4 Multiband Compressor

Waves C4 Multiband Compressor是一款著名的多頻帶壓縮器，可以自適應(yīng)地學(xué)習(xí)音頻信號(hào)并濾除不必要的噪音。目前許多音頻專業(yè)人士在現(xiàn)場(chǎng)表演和錄音中廣泛使用C4，在音質(zhì)和性能方面得到了很高的評(píng)價(jià)。

2.2" iZotope Ozone 9

iZotope Ozone 9是一款功能強(qiáng)大的音頻母帶處理軟件，其使用包括 RLS 在內(nèi)的多項(xiàng)自適應(yīng)濾波技術(shù)?？梢杂糜诳刂埔纛l信號(hào)的飽和度、色調(diào)、動(dòng)態(tài)范圍和其他重要參數(shù)，以及去除噪音和失真。

2.3" McDSP 6030 Ultimate Compressor

這是一款綜合性多功能壓縮器插件，其中包括了 RLS 算法的實(shí)現(xiàn)，可用于處理聲音的多個(gè)方面，包括動(dòng)態(tài)、飽和度、控制等。

3" 歸一化最小均方（Normalized Least Mean Square，NLMS）算法自適應(yīng)濾波器

NLMS算法以均方誤差為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行濾波器參數(shù)的調(diào)整。相對(duì)于LMS算法，NLMS算法可以解決收斂速度慢的問題，并且不需要手動(dòng)進(jìn)行參數(shù)的歸一化，通常是較為成熟的自適應(yīng)濾波算法之一。但是在實(shí)際應(yīng)用中，NLMS算法在抑制噪聲的同時(shí)，也可能誤殺弱信號(hào)，因此需要進(jìn)行合適的參數(shù)選擇和針對(duì)特定場(chǎng)景的優(yōu)化。NLMS算法：$w（n+1）=w（n）+dfrac{mu e（n）x（n）}{||x（n）||^2+delta}$。其中，$||x（n）||^2$表示輸入信號(hào)向量$x（n）$的平方和，$delta$為正則化因子，通常設(shè)置為一個(gè)較小的值。NLMS算法在音頻處理中主要用于降噪和回聲消除等方面。市場(chǎng)上應(yīng)用NLMS算法的音頻插件有很多，以下是一些常見的插件。

3.1" iZotope RX

iZotope RX是一款高級(jí)音頻編輯和修復(fù)軟件，可以進(jìn)行噪聲消除、修復(fù)損壞的音頻和其他高級(jí)音頻處理。其中有很多功能采用了NLMS算法技術(shù)，比如噪聲消除和聲學(xué)回聲消除。

3.2" Waves WNS

WNS是另一款常用的高級(jí)噪聲消除插件，可以有效地降低各種類型的噪聲，包括電源嗡嗡聲、背景噪聲等。WNS使用了NLMS算法作為噪聲模型。

3.3" Accusonus ERA Noise Remover

ERA Noise Remover是一款高級(jí)噪聲消除插件，具有簡(jiǎn)單易用、高效和精準(zhǔn)的特點(diǎn)。該插件使用了NLMS算法技術(shù)，并且支持實(shí)時(shí)去噪。

3.4" Cedar Audio

Cedar是一家專業(yè)的音頻降噪軟硬件廠商，推出了許多基于NLMS算法的降噪軟件和硬件產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于電影、電視、廣播和錄音等領(lǐng)域。

4" 遞歸最大似然（Recursive Maximum Likelihood，RML）算法自適應(yīng)濾波器

RML算法是基于最大熵原理進(jìn)行估計(jì)，可以提高濾波器的降噪性能和估計(jì)精度。但是該算法計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，通常在非實(shí)時(shí)應(yīng)用中使用。遞歸最大似然算法是一種用于難以建模的有聲成分的高級(jí)語音降噪方法，在音頻處理中也有廣泛的應(yīng)用。以下是市場(chǎng)上一些應(yīng)用RML方法的音頻插件。

4.1" Cedar Audio

Cedar是一家專業(yè)的音頻降噪軟硬件廠商，推出了基于RML算法的降噪軟件和硬件產(chǎn)品。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于電影、電視、廣播和錄音等領(lǐng)域。

4.2" Waves W43

W43是一款能夠在錄音室或廣播環(huán)境中去除噪音的插件，采用RML算法提高噪音的估計(jì)精度，并且結(jié)合了專業(yè)聲學(xué)處理的先進(jìn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)噪聲消除。

4.3" iZotope RX

iZotope RX是一款高級(jí)音頻編輯和修復(fù)軟件，支持多種不同類型的噪聲消除算法，其中就包括基于RML算法的降噪算法。該插件支持自適應(yīng)噪聲估計(jì)，可以應(yīng)對(duì)多種不同類型的環(huán)境噪聲和語言數(shù)據(jù)。

4.4" Accusonus ERA

ERA系列是一系列音頻修復(fù)插件，其中一些插件采用了RML算法技術(shù)，提供了高效、精準(zhǔn)的降噪功能，可用于個(gè)人制作、自媒體等領(lǐng)域。

總體來看，自適應(yīng)濾波器可以根據(jù)不同的需求和場(chǎng)景選擇不同的算法，通過自動(dòng)調(diào)整濾波器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的降噪、濾波和預(yù)測(cè)修復(fù)等各種處理。

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