讓聲重放更逼真,中科院聲學所楊軍博導主講音效增強技術研究與實踐

2021-01-19 聲學樓電聲技術網絡交流平臺

2015年11月7-8日,中國電聲行業最大的開放式交流平臺——「聲學樓」在深圳科興科學園會議中心隆重舉辦了2015年年會暨聲學樓十周年慶典,共計1500餘位電聲行業專家、精英喜聚一堂,人氣爆棚,是聲學樓年會舉辦以來規模最大的一屆。7日上午,年會特邀嘉賓中科院聲學所楊軍博導為大家帶來了精彩的音效增強技術研究與實踐主題演講,乾貨滿滿,「影音新生活」這裡特與大家分享。




楊先生先給大家「當頭一棒」,指出現在消費電子產品聲重放存在以下幾個問題:1.超薄化造型設計使揚聲器體積受限,低音還原能力弱;2.低成本需求下的消費電子產品採用的揚聲器頻響平坦度較差;3.切換電視頻道或者音源變化時會出現音量突變,用戶要手動調節;4.環繞聲效果不夠震撼,聲音發悶,細節不夠清晰,聲場過窄;5.用戶佩戴耳機體驗立體聲時感覺聲源位於頭內,存在顱中效應。



中科院聲學所楊軍博導


怎麼解決這些問題呢?楊先生提應考慮音效處理。什麼是音效處理?簡要來說,包括以下幾點:一、利用先進的數位訊號處理技術和心理聲學原理,面向現有的揚聲器/耳機配置,對立體聲信號做預處理,以營造真實自然的空間聲重放場景,改善聆聽感受,豐富聽音體驗。二、針對消費電子揚聲器/耳機質量不佳和聲音品質差的現狀,開發音效增強核心算法並給出解決方案。三、補償性音效技術:補償電聲器件或重放環境的缺陷,使其聽音效果更接近音樂作品本身期望達到的效果,主要包括揚聲器和房間均衡、降噪、傳音抵消、相位校正等。四、修飾性音效技術:是一種人工製造或加強的效果,通過空間環繞、音場展寬、動態增強等處理,使其聽音效果更加豐富多彩,主要包括立體聲增強、人工混響、升調/降調、動態範圍壓縮、智能音量控制等。


先從音效增強開始闡述,楊先生為與會者耐心講解音效增強算法及其實現。如串音抵消,串音的存在使得雙耳聽到的是「汙染」的聲音,破壞了原始聲像的位置,導致定位模糊;串音抵消的是利用預補償濾波器消除串音,實現聲信號完美重放。並輔以圖形介紹串音抵消原理。同時,提醒大家注重串音抵消濾波器設計:可引進中置揚聲器增強串音抵消性能的穩健性;可採用關鍵技術:病態矩陣逆濾波器設計。



會議答疑環節,楊軍先生(左四)與大家互動


再從揚聲器/房間均衡方面進行分析:揚聲器製造工藝的不足或聽音環境差異使聽音位置的聲信號響應未必理想,不能取得最佳的聲重放性能。可運用數位訊號處理技術對揚聲器的頻率響應進行校正,改善揚聲器頻響平坦度並提高聲重放能力。既空間聲場均衡問題,家庭影院系統和逆濾波器設計要特別注意。


緊接著講解了虛擬低音增強:虛擬重低音技術依據心理聲學的基頻缺失原理,通過激發基頻的諧波成份重構虛擬低音,使人感知到揚聲器的低頻表現,實現小口徑揚聲器的低頻聲重放,擴展其低頻下潛。




當然還要處理好動態範圍壓縮一項,其作為音頻信號處理的最後一級來避免信號溢出;匹配揚聲器本身的動態範圍,避免音量過大導致的削波現象,同時可將小幅度的音頻信號適當提前。


楊先生還介紹了音頻圖示均衡器:音頻均衡器通過調節各頻段濾波器的增益,可以補償和修飾音源或營造特殊音效。表示中科院聲學所設計的音頻均衡器的各頻帶的過渡帶足夠寬,避免了各頻率段濾波器的串擾。




混響方面,主要講解了人工混響和卷積型混響。人工混響常被用於音樂和電影後期製作,立體聲增強、虛擬實境;不同的聲學環境(音樂廳、歌劇院、客廳、森林)具有不同的混響特性。卷積型混響:測試真實場景(劇院、音樂廳、普通房間)的脈衝響應,將輸入信號與脈衝響應直接卷積得到輸出。其具有效果真實的優點,但也存在需要測試脈衝響應、計算複雜度非常高、需受利用FFT和GPU技術實現快速運算的不足需要改善。


在音效處理中,人聲處理也很重要,需注意以下幾個方面:立體聲增強:1.對白增強:識別並加強立體聲中的人聲,使其更加清晰突出;2.聲場展寬:增強空間感,擴展聲場寬度,改善聲音發悶的現象;3.聲音外化:改善戴耳機時「顱中效應」,使聲像定位在頭外。




楊先生在對音效增強技術進行圖文並茂的講解後,還帶來了利好消息,中科院聲學所將注重對民用消費電聲領域進行更多研發,與業界展開更多合作,用中國的技術推動中國電聲產業長遠發展!


這裡是聲學樓

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