浅谈播出系统中的响度控制

张志洁

【摘要】 随着广播电视数字高清时代的来临，高清视频带给广大观众的是一场新的视觉体验，可是，当我们在欣赏内容丰富、色彩鲜艳、画面清晰的电视节目时，却不得不频繁使用遥控器来调整音量，这就是电视节目的声音响度问题。本文从电视伴音存在问题到弄清响度的概念和原理，然后挖掘出响度不一致的原因并探讨如何实现响度控制。

【关键词】 响度 响度控制 元数据技术 杜比

一、电视音频播出中的响度问题

从目前电视观众收看的电视节目来看，大家经常被这样一个问题所困扰，就是响度的不一致。主要是以下三个原因：同一个节目的声音起伏，同一个频道不同节目的音量差异，不同频道的节目音量大小不一。这些问题使得观众在收看节目和切换频道时要不停地调整音量的大小以适应人耳的听觉。

二、与响度相关联的几个基本概念

1、声音（Voice），能被人耳所感知的称声音，它由空气振动形成，会沿着一定方向进行扩散、折射或反射。

2、音频信号（Audio），用话筒一类的声能转换器，转化而来的声音信号。

3、噪声（Noise），对我们来说能听到声音就是信息，其他声音可以认为是噪声，这就是环境噪声或本底噪声的概念。不同的环境噪声，将对有用信息产生选择性，有些有用的信息可能会被环境噪声淹没。

4、响度（Loudness），电信号转换为声波振动时度量声音能量的一个指标，我们说的音量其实就代表了响度。用单位（sone）来表示，它和声压级、频率有密切关系，响度代表声音的平均能量以及响度的舒适度与声音的声压级有关。

5、动态范围（Dynamic Range），人耳可感知的声音在20Hz～20kHz范围，但是动态范围却非常大，自然界从可感知的最微弱的声音到耳膜无法承受的声音，动态超过145dB，如此宽的动态范围，在转换为电信号时，很难被忠实记录及还原。当然，随着电子技术的发展，这一局限已经越来越小，我们可以通过调音师手动控制或压限器之类的电子设备，对信号动态范围加以合适的压缩，保证在采集、存储和传输过程中不出现失真，在此基础上尽可能保持原有的动态范围。

三、电视播出系统中音频技术的特殊要求

与Hi-Fi领域不同，电视播出面向各种接收环境尤其是家庭和公共场所，这类接收环境，通常缺少良好的声学条件，环境噪音差别较大。根据信号理论，信号只有在大于噪声时才能被提取出来，因此，还原大动态音频信号时，其中小于环境噪声的部分将被淹没掉，有可能带来播放、传输、还原链路中某一个或多个环节中电子设备的幅频特性失真。另一方面，各类节目源响度差异过大和频道间声音响度差异过大，将会使得广大听众感到不舒服，统一响度和提供合适的动态范围，是电视及广播播出系统中需要解决的重要问题之一。

数字化播出后，信号记录的载体变为数字磁带或硬盘服务器，对音频信号而言，由于从前期采集到后期制作都在数字域内完成，系统链路设备可承载的音频信号动态范围有很大改观，从模拟分量录像机的60dB到数字录像机的90dB动态，发射系统及有线电视传输系统数字化后也是这样，动态范围明显改善。播出传输系统设备的动态范围相继统一，那么接收情况如何呢？

数字卫星、数字无线及数字机顶盒接收方式具备解调大动态范围音频信号的条件，根据发送端编码设备使用的压缩编码方式不同，接收端可以还原的动态范围也有些差异，但相比较无线模拟开路接收和低码流的新媒体接收方式而言，更加符合专业音频的要求。

HI-FI家庭影院系统当然可以获得很棒的信号还原效果，问题是绝大多数电视接收观众是直接用电视机喇叭来还原声音的，优质喇叭系统可能还原的动态也许能达到较为理想的效果，而劣质喇叭系统就很难说，这一点相信每个听力正常的人都会有切身体验。其他还有一部分受众使用多媒体音箱、手机喇叭或耳机还原节目声音的，声音还原条件可谓千差万别。

接收条件和声音还原条件的差别，给广播电视节目制作、播出和传输带来相应的困难，显然，照顾绝大多数，尽可能让观众感到满意是我们应该做的。 对于同一接收条件而言，节目响度一致性问题需要得到高度重视，观众对声音感到不满意甚至厌烦，多是因为声音响度不一致，包括频道间和节目间的声音响度差别巨大。

面向特殊接收环境和还音条件千差万别的电视播出系统，在最后一个环节必须对声音的响度和动态范围进行必要的控制，这样才能保证接收信号还原时具有合适的舒适度、可懂度。

四、可供选择的响度及动态控制技术

今天，我们有几种主流的响度控制技术分别得到不同电视播出机构的认同，包括JUNGER公司的LEVE MAGIC R、杜比实验室的元数据技术以及TC公司的响度控制技术，甚至有芯片厂商参与其中，提供各种响度处理的大规模芯片，使得声音的响度处理变得更加容易。

1、T.C.Electronics

T.C.Electronics是一家传统的音频处理设备生产商，可支持AES/EBU及SDI嵌入音频实时响度及动态范围处理的设备DB-4和DB-8，TC处理响度的独特之处在于它将响度和动态范围结合在一起处理，用户可以调用很多国外电视台在响度和动态范围处理方面的参考数据，然后根据自己素材的特点修改这些参数获得适合的播出效果。

2、Level Magic R

尽管响度和电平是两个不同的概念，但是二者具有一定的联系，当我们用信号的准平均值来表示信号电平大小时，这时电平和信号还原出来的响度就具有较好的一致性，因此，通过高速检测信号的平均值电平，根据压缩扩展规则进行高速处理，可以比较理想地控制信号还原的响度，这就是Level magic的基本原理。

Level Magic是德国JUNGER公司的专利技术，基于Level magic的设备支持大多数音频接口，包括模拟、AES/EBU、SDI嵌入音频，支持断电旁通，适合播出线使用。

3、杜比实验室

杜比实验室在声音响度控制方面有长期的研究和经验积累，他们推出的基于Leq（A）特性的LM100响度测试仪，并陆续提出了几种响度控制解决方案。

a、元数据技术控制还原：它的技术原理是，借助于在杜比数字（AC-3）或杜比E（DOLBY-E）数字音频流中加入标识音频信号响度的元数据，含元数据的音频信号到达接收端后，由接收端的设备根据元数据决定信号还原时的音频增益大小，得到声音还原时合适的响度，而动态范围并不压缩。它的特点是不对信号进行任何处理，只是分析信号响度大小，响度值就是元数据的内容，接收设备读取元数据并做出正确的响度还原。元数据技术应用的前提是用户接收的音频数据流中必须包含准确测量的响度数据（元数据）、音频数据流必须是杜比数字或杜比-E编码格式。

b、基于文件处理的DP600：DP600从视频服务器读取素材，从中抽出音频数据流进行响度分析，把它调整到预先设定的响度水平，处理后的音频流重新打包回去成为可以正确播放的文件。尽管对原文件进行了响度处理，但依然不破坏原文件的动态范围。如果所有播放的素材都是经过响度处理，这样大家的响度就一致了。

c、接收端直接处理（Dolby Volume）：和前两种处理不同，Dolby Volume直接面向消费类电子设备，对响度的控制完全独立于节目提供商和节目类型。杜比推出Dolby Volume技术，很快得到了芯片厂商的积极响应，Cirrus Logic已发布支持Dolby Volume技术的CS48DV2/6系列DSP处理芯片。

我们面临的任务具有紧迫性，不管采取什么方法，首先我们需要对当前播出响度的状况有准确的测量，需要准确了解各类型节目的平均响度，然后控制节目播出的响度，给观众带去更美好的听觉审美感受。

参 考 文 献

[1] 娄炜. 环绕声电视剧的制作与重放. 《家庭影院技术》

[2] Steve Somers. 神奇的响度控制.《传播与制作》

[3] 周斌. 电视播出系统中的响度控制. 《广播与电视技术》endprint