论录音音频降噪处理在办案中的应用

摘 要 随着科技的快速发展，微型话筒、小型摄像机、可拍照手机等录音、摄像设备的不断普及，为人们生活带来极大方便。但录音过程中，由于各种原因，所录音频出现一定响度噪声的情况时有发生，有时甚至出现噪声比目标声音更响的窘境，进而影响到音频内容的清晰度与可懂度。本文针对办案证据中出现的音频降噪问题进行分类描述，并就相关常用处理手段予以总结归纳。

关键词 音频 降噪 噪声 电子证据

作者简介：刘莹，天津市和平区人民检察院检察技术科干部。

中图分类号：D925 文献标识码：A 文章编号：1009-0592（2014）12-109-02

随着现代信息化技术的迅猛发展，多媒体技术得到广泛应用，人们可以更加便捷地利用计算机、手机、摄像机、监控摄像头等数字化媒介进行录音录像操作。近几年来，在检察实务中，经常会遇到一些以监控录像、通话录音等形式存在的办案证据，尤其是监控录像的音频部分、手机录音的音频文件等，其出现频率正在逐年递增。但这类证据材料的内容辨识与鉴定过程，往往会伴随着一个普遍存在且令人头痛的问题——噪声问题。

笔者早年曾经遇到一起自侦案件，犯罪嫌疑人胡某为某医院窗口收费人员，她利用医院网络系统升级改造期间医院化验室无法确认化验单据的漏洞，利用职务便利单独或伙同他人多次冒用该医院多名医生的工号及网络密码登陆医生工作系统并修改医生工作记录，以退还本院患者化验费等名义虚假退费，截留门诊收费现金数万元。在侦查取证过程中，胡某仅供认其利用自己的工号、密码实施虚假退费，对于同案其他嫌疑人对其主犯地位的指认均予以否认。由于医院监控设备年久失修，虽成功录到胡某与同案其他嫌疑人交流犯罪手段与犯罪进度的监控视频，但画面清晰度不高、音质嘈杂，几乎只能看清二人在进行交流、听到二人在说话，但无法听清到底说了什么。鉴于这一情况，笔者与同事尝试多种音频降噪处理手段与算法，依然无法取得较好效果，最终只得无奈放弃。

由此，随着录音环境的逐渐复杂化与录音设备的急剧多样化，办案证据中的录音音频降噪问题愈加凸显出来，如何在保证音频数据完整性的前提下，最大限度实现音频证据的有效降噪处理，愈加成为检察技术实务中必须面对的一大挑战。

一、音频噪声的分类

由于各种原因，在录音、扩声或音频传输过程中，噪声问题一直存在。音频噪声的形成机理比较复杂，从不同角度和领域理解，会有不同解释和不同意义。一般情况下，组成音频系统的设备越多或信号传输距离越长，系统的噪声就越大，甚至使得音频系统无法进行正常的录音或扩音工作。音频噪声的来源大致可以分类为三种：

（一）设备内部元器件产生的固有噪声

电路中几乎所有元器件（如晶体管、电阻、电容）在工作时均会产生一定噪声，其特点是连续的、基本上固定不变的，且频谱分布较广泛。这种噪声除了通过改进元器件材质与生产工艺外，几乎没有任何办法消除。值得庆幸的是，随着科技水平的不断提高，现阶段诸多优质元器件的固有噪声已变得很小，在设计电路时选择优质元器件即可将这类噪声压制到极小水平，小到听众基本不会听见。在实际生活中，有些低档次设备因内部电源滤波不好，使得设备本身交流声很大，在音频系统中有时会形成极其严重的噪声。

（二）源于电路本身的设计失误或安装工艺上的缺陷

电路设计失误往往会导致电路的轻微自激（一种自由振荡状态），这种自激一般在人类可听到的声音范围之外，但在某些特定条件下它们会对声音的中高频（2000Hz-4000Hz）产生断续影响，从而产生噪声。此外，安装工艺失误，如接插件接触不良，接触表面形成二极管效应或接触电阻随温度、振动等影响发生变化而导致信号传输特性变化也会产生噪声。此外，元器件排布上的失误，例如将高热的元器件排布在对温度敏感的元器件旁边，或将一些有轻微振动的元器件排布在对振动敏感的元器件旁边，或者没有足够的避震措施等情况，都会产生一定的噪声。

（三）干扰噪声

这类噪声来源极为复杂，主要包括以下几个方面：

1.空间辐射干扰噪声：任何导体通过交变电流时均会引起周围电场强度的变化，这种变化就是电场辐射。同理，诸如变压器之类的磁体亦会引起周围磁场强度的交替变化。交变电场和磁场中的闭合导体会产生和电场磁场变化频率相同的交变电流，即感应电流。音响设备中所有元器件、导线、电路板上的铜箔均为电导体，因此不可避免地会产生感应电流，这种感应电流叠加在信号中就会产生噪声。在实际生活中，诸如手机、对讲机等通信设备的高頻电磁波辐射干扰，电梯、空调、汽车点火、电焊等电脉冲辐射，大型会议场所的灯光控制用可控硅整流控制设备的辐射等，均会通过传输线直接混入传输信号中形成噪声，或穿过屏蔽不良的设备外壳干扰机内电路产生干扰噪声。

2.线路串扰噪声：日常生活中，某些电器设备会产生干扰信号，这些干扰信号通过电源、信号线等线路直接窜入音频设备中。例如，接在同一电网中的空调、电机等设备会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电流、不同频率的纹波电压等，通过电源线路窜入音频设备的供电电源，总有会一部分干扰噪声电压无法通过音频设备的电源电路有效滤除，因此势必会在设备内部形成噪声。

3.传输噪声：此类噪声是信号在传输过程中由于传输介质问题而产生的，例如接插件的接触不良、信号线材质不佳、地电流串扰等。一般情况下，音频信号线中传输的信号很微弱，这些变化足以使得信号线中传输的信号产生很大变化。这些变化除了产生失真外，也包含一定的噪声，且由于接地不良，空间辐射对于信号传输的影响也会随之加剧。

另一方面，从音响技术角度而言，凡属于传声器拾取来的或信号传输过程中设备带来的，对音频信号起干扰作用的声音，均可以视为噪声。在实际办案中，需降噪的音频证据所涉及的“噪声”通常多限于语音录制过程中产生的噪声。这种情况下，噪声一般分为环境噪声和本底噪声。环境噪声是指录音中自然环境产生的噪声，例如室外的汽车、人声，室内墙壁的反射、机器设备发出的噪声等。本底噪声（ground noise），又称为背景噪声，是指除环境以外的噪声，一般指电声系统中除有用信号以外的总噪声，主要由录音过程中各种设备产生的规则或不规则噪声组成。本底噪声大体可分为低频和高频两种：

（1）由于音频电缆屏蔽不良、设备接地不实等原因产生的“嗡嗡”交流声（50-100Hz）称之为低频噪声；（2）由放大器、调频广播和录音设备产生的“咝咝”声（8kHz以上）称之为高频噪声或白噪声。过强的本底噪声不仅会使人烦躁，而且会淹没音频中较弱的细节部分，使声音的信噪比和动态范围减小，再现声音质量受到损伤。

二、常见降噪处理软件：

目前，计算机降噪处理软件种类繁多，在功能应用上各具特色，从专业级的降噪插件套装，到全功能独立式降噪编辑器，再到内置在音频编辑软件内的降噪功能插件，基本覆盖人们对降噪处理需求的方方面面。其中，较为常用的优秀软件有：

（一）BIAS Soundsoap插件

BIAS Soundsoap插件程序是一款专业级降噪插件工具，由老牌软件制造商BIAS公司开发研制，虽然该公司已于2012年宣布停止运营，但此款Soundsoap插件因其强大的降噪功能与“一键”降噪的简便操作方式，依然广泛应用于专业降噪领域。在降噪处理过程中，使用者只需通过调整“Noise Tuner”和“Noise Reduction”两个旋钮，即可消除音频中的显著噪音，如房间内的背景噪声、模拟磁带中的电子咝声、交通工具中的运行噪声等。同时，该软件还可消除一些低频噪声，如在诸多音频中常有的50Hz - 60Hz各种电子嗡声和隆隆声。甚至还可通过"Learn Noise"按钮，智能识别区分出噪声与使用者想要的目标声音，从而达到惊人的工作效果。另外，使用该插件降噪后，能显示出被删除的音频部分，使用者可根据实际需要，选择性恢复其中的部分噪声。作为插件， SoundSoap的插件规格为Mac OS X平台上的VST格式，以及Windows XP平台上的VST和Direct X两种格式。其在Mac OS平台上的宿主软件主要包括Peak LE、Peak DV以及Cubase SX。在Windows平台上的宿主软件主要包括Premiere 、SONAR、Sound Forge、Wavelab、Cubase、Nuendo、Edius以及其它支持Direct X和VST规范的宿主软件。

（二）Wave Arts Master Restoration插件套装

Wave Arts公司是1998年成立的一家专于开发高端数字音频处理软件的技术公司。在降噪领域，该公司推出的Master Restoration Suite插件套装是一组可清理磁带、黑胶唱片等音频媒介中音频噪声的插件工具，包括五个组成部分：MR Noise（强力宽频噪音衰减器）、MR Click（影响音质的磨损/喀喀声清除工具）、MR Hum（嗡嗡声清除工具）、MR Gate（噪音屏障）、Master Restoration降噪工具。其中，MR Noise带有自动动态模式，可保证瞬时信号不被处理。该软件几乎可去除常见的各种噪声，并可监听被去除掉的聲音部分，作为插件该软件支持VST、AU、RTAS、MAS格式。

（三）WAVES Restoration Bundle插件套装

以出品专业级音频效果器而闻名于世的WAVES公司，其推出的各类效果器软件品种丰富且质量颇高，多年来受到业界广泛好评。WAVES Restoration Bundle插件套装是该公司隆重推出的一款专门用于降噪/修复音频的效果器套装，包括四个效果器：X-Noise（降噪）、X-Click（去除噼啪声）、X-Crackle（去除爆破音）、X-Hum（降低气声）。该套效果器能应用于要求极高的专业音频处理领域，在业界具有极高使用率与颇高口碑，能在几乎所有平台上使用，支持的格式包括Mac OS平台上的RTAS、AU、VST、MAS格式，以及Windows平台上的RTAS、AU、VST、DirectX格式。

三、办案中音频降噪需注意的事项：

从纯技术角度而言，任何降噪方法均会对原始音频中的干声（办案中常见干声为人声语音）造成影响，降噪越厉害，失真程度越大。因此，在实际办案中，必须注意把握以下几个降噪原则：

一是降噪并不是必需要做的。因为降噪势必要对原始音频造成破坏，与其花时间研究降噪，不如想办法避免环境和设备造成的噪音。若噪声对录音音频中的干声未产生严重影响，应尽量避免开展降噪处理，而应直接采用原始音频作为办案证据。

二是尽量选用使原始音频受损程度最小的降噪方式，以能听辨出语音内容为目的，不追求过高信噪比。在采样降噪法作为主流降噪法的当下，我们必须清醒地认识到采样降噪一方面具有能彻底去除噪声的优点，但另一方面其对原始音频的语音音质会造成较为明显的影响，且信噪比越低破坏性越大，诸如鼻音、爆破音或音节间过渡音等易被噪声掩盖的弱语音，降噪处理后往往会丢失无法显现。因此，应以显现出语音声学特征为目标，尽量使用低强度降噪处理方法，避免出现“金属音”之类的变异语音。

三是宏观考量比寻找精确降噪参数更重要。要想获得最为理想的降噪效果必须了解噪声的信号特性，在降噪处理过程中，若执着于寻找最精确的某项降噪参数数值，则可能会对原始语音的某些特征信号产生较坏影响，进而影响整体降噪效果。例如当录音中对话双方距离录音设备相差较大、话筒方向性强、通话一方信号受抑制等情况下，若想提升弱语音强度，势必会导致该部分录音本底噪声与环境噪声的提升，因此为实现提升弱语音并同时压制强语音的目的，则必须慎重操作，采取多种处理方式综合配比，最终取得契合实际需求的处理效果。