广播音频信号的质量分析与测量

李良勇

（南昌广播电视台，江西 南昌 330000）

0 引言

文化事业是满足人民群众日益增长的美好生活需要的重要载体，是建设中国特色社会主义事业不可缺少的组成部分。广播电台作为文化传播的主要途径，能够向大众提供听觉上的艺术享受。声音是广播电台的主要表现形式。一个品质良好的广播节目除了与其节目内容与表现手法有着密切联系外，其音质的好坏也发挥着重要作用。

如今，大众的审美水平普遍提高，如何在竞争日益激烈的文化传媒领域提升广播的影响力与权威性，是广播电台急需解决的问题。电台除了需要在节目内容上贴切大众、在传播时效上更为快速以及表现形式要更加多样外，还应该提升声音的质量。目前，对声音质量的评价主要分为主观评价和客观评价。下面依次介绍这两种评价，并简单说明它们在广播电台的实际应用情况。

1 声音的主观评价

声音的主观评价是依赖人耳的听觉特性，依据人为的主观感受而制定的评价标准。因此，在此评价标准中，人是最大的影响因素。以人为本的评价更符合人的心理感受。因此，声音的主观评价在对广播节目内容的质量分析中应用广泛。它主要评价一段音频内容是否能给评价者带来艺术美学上的享受，并形成音质印象上的主观属性，再结合声学术语对该音频内容的质量进行综合分析与评价［1］。

1.1 主观评价用语

依据我国标准《广播节目声音质量主观评价方法和技术指标要求》（GB/T 16463—1996），在实际工作中主要采用以下8 个声学主观评价术语。

1.1.1 清晰度

清晰度指声音的层次分明，对语言的可懂度要求较高。在广播电台中，注重语言类和时效性的新闻节目往往对清晰度的要求较高，应当把握好音频的混响时间。因为较长的混响时间会使声音变得浑浊，影响听音者的理解程度。同时，男声因为喉音较重，可适当降低低频成分，提升高频成分，增加声音的明亮感。

1.1.2 丰满度

丰满度指声音温暖，层次丰富。如果是语言类音频，听音效果极具亲切性；如果是音乐类音频，会使人听音愉悦，产生感染力。在音频频谱结构上，丰满度好的声音的低频与中频成分较多，高频适中。混响时间也较为恰当，且包含丰富的频率段。

1.1.3 丰满度

圆润度指声音饱满，圆润甜美，主要是音频中频和中高频成分充足。

1.1.4 明亮度

明亮度指声音清澈自然，轮廓分明，具有临场感，主观感觉较为突出。这类音质主要是高频成分丰富，因此是适宜语言类节目音质的特点之一。

1.1.5 柔和度

柔和度指音质温柔不生硬、不尖噪，听觉舒适。低频的提升与中频的衰减，有助于带来这样的效果。

1.1.6 真实度

真实度保留了原有音质的特点，比较适合还原度高的监听效果。

1.1.7 平衡度

平衡度指音频包含各个频率的声音的综合产物。如果该音频中的低频、中频与高频成分搭配得当，三者差别不会过大，音质和谐自然，具有良好的平衡度。

1.1.8 立体声效果

声音是从各个方向传播而来的，具有方位感和空间感。因此，声音的立体效果表现在方位还原、声像定位与临场空间的再现［2］。

1.2 主观评价的不足

采用以人为主的主观评价方式分析节目内容信号质量，并对最后的总体音质效果进行综合评价，力求最真实地反映一段音频内容给人带来的听觉效果。但是，这样的评价建立在人的主观意志上，会牵涉评价人的生理因素、文化素养以及心理环境等诸多因素，存在较大的浮动范围。该评价体系缺乏客观公正的科学数据支持，会对最终音质评价产生一定的影响。因此，可以通过测量客观的技术指标来衡量节目内容质量的好坏［3］。

2 声音客观的技术指标

节目内容信号质量可以通过测量与分析其特定的客观技术指标，监测音频的相关特性是否达标。该方法利用仪器数据测量方法，通过数据汇总与分析，使用具体的标准分析判定音质，具有较好的稳定性。声音客观的技术指标着重于分析声音自身质量，关注经过制作、播出与传输后，因引入中间设备的环节而对声音质量产生的影响。

2.1 声音自身质量的分析

声音自身的质量监测与分析通常作为判断音频信号源是否出现异常、是否影响到声音自有质量的依据。根据我国广播电影电视行业标准《电台节目制播质量监测技术规范》（GY/T 275—2013），该类别下的音频信号质量监测项如下。

2.1.1 左右声道反相

当左右声道的相位差达到180°时，称为反相。反相有时候会使声音在声场中出现声短路现象，导致声音还原效果差，造成一定的听音损失。目前，大多数的音频监测系统尤其是在播出源设备（如调音台），都安装有反映立体声相位关系的相位表。相位表可利用左右声道的序列进行相关性计算。当相位表度数在-1 时，表明两声道之间完全反相。为了提升监测的预判能力，实际监测中规定相关系数的阈值为-0.75。若相关系统的阈值超出规定的持续时间达到1 min 以上，且其60%以上的取样数处于该种状态，可以判定该声音在持续时间内处于反相状态。

2.1.2 低电平

低电平是产生停播事故的最直接原因。对于数字音频信号而言，当信号处于-48 dBFS 之下，持续时间达到8 s 且比例阈值达到90%时，音频信号为低电平。

2.1.3 声道缺失

目前，立体声信号在广播电台的应用十分广泛。左右两个声道的立体声信号可能存在声道缺失情况。当声音信号的任一声道电平处于-48 dBFS 之下，持续时间超过8 s 且比例阈值为90%时，该状态即为立体声声道缺失。

2.1.4 最大允许电平

0 dBFS 是满刻度数字音频参考电平，即“数字满刻度电平”。该信号与模拟信号不同，一旦数字信号超过最大值0 dBFS，输出信号立刻会被削平，造成不可逆的失真。为了使信号在音频系统中不产生失真性的听音危害，规定在正常工作电平与最大不失真电平之间预留一定的余量，称为峰值储备，以满足节目中电平较大的音频信号能够安全通过。因此，要求最大允许电平为-9 dBFS，持续时间为2 min，状态参考比例为80%。

此外，音频信号质量监测还包括部分辅助性的音频信号质量监测与分析项目，如电平均衡和左右声道电平差等［4］。目前，大多数广播电台现有的技术系统已经结合了以上关键项目与技术指标，全程化监控音频信号的制作、播出与传输，从而确保节目信号的高质量与不间断。

2.2 音频设备的特性指标与测量

广播节目从最原始的声音状态到最终人们听到的成品音频，需要经过制作、播出、传输与覆盖等多道环节，期间中会应用到大量的音频设备。音频信号不断在这些设备之间输入、输出、再生、放大、转换格式以及制作成特殊效果等，如果设备内部的信道环境恶劣，那么将会干扰音频，影响到音频的质量。因此，音频设备的性能对广播节目的质量具有重要作用，需通过测量的方式，结合测量结果，评估音频设备的特性是否符合标准。

幅频特性主要测量一恒定电平输入至音频设备后，在不同频率下其输出电压的变化关系，主要考察音频设备是否存在较大的线性失真。实际测量采用我国广播系统中的音频校准电平+4 dBu 作为参考电平［5］，并依据1/3 倍频程从低频到中频再到高频选择测量频率，观察参考电平随频率的变化关系。一般来说，符合技术标准且线性失真在合理范围内的音频设备的幅频特性曲线越平坦越好。

相频特性类似于幅频特性，也是考察音频设备是否存在线性失真的技术指标。它主要反映相位随不同频率的变化关系。它的存在会破坏原有音频的声像定位。

总谐波失真加噪声。谐波失真属于非线性失真，是由于音频信号在经过非线性元器件时。产生了以基波为基础能让原信号频谱结构发生改变的额外的谐波成分。由于产生了新的频率，会使音频信号失真，导致音质往往出现发沙和浑浊的效果。此外，音频设备中往往会存在噪声干扰，因此一般会采用总谐波失真加噪声（THD+N）来表示其音频特性。实际测量中，数字设备以997 Hz、-20 dBFS的正弦信号进行测试，同时还要加入人耳可听频带20 Hz～20 kHz 的带宽滤波器，防止高频噪声干扰真实结果。用测试设备测量的幅频特性与总谐波失真加噪声的曲线图，分别如图1 和图2 所示。

信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）是表征信号的电平与噪声之间关系的单位量，实际上是输出信号电压与相同状态下输出的噪声电压的比值：

噪声的测量通过不输入数字信号空载通道的方式获得噪声电平。该测量需要添加带宽滤波器，以避免噪声产生的干扰。一般来说，噪声电平越大，表明该音频设备受到噪声的干扰越小。

大多数设备不止一个通道，因此多通道间的设备可能存在通道之间信号相互泄露且影响的现象［6］。通道间串音是描述这种情况的物理量，被定义为没有加载信号通道的输出电压与加载了信号通道的输出电压之间的比值。实际测量中会发现，低频或者高频噪声会影响测量的准确性，因此会在未加载信号的通道输出端加入以输入信号为中心频率的1/3 倍频程带通滤波器，以滤除干扰成分。

幅频特性差的设备输出音频信号可能会出现忽大忽小的现象。如果总谐波失真加噪声的指标不合格，那么会使声音听起来发沙和浑浊。信噪比过低，说明噪声会给声音带来特别大的干扰。通道间串音太大，也会影响收听效果。

通过测量以上音频特性的指标，可以了解该音频设备是否符合标准，是否会对其所处理的音频信号带来质量影响。通过选择高质量的音频产品，能很好地避免设备给音频信号带来失真问题。

3 提升节目信号质量的建议

良好的广播节目信号质量能带给受众们极佳的听觉效果。在制作节目音频时，采编工作者要注重音源本身的质量，要善于并合理运用音响的表现手法。技术工作者们可以通过音频处理器来加工与润色声音。

如今，音频处理器已广泛应用于广播播控系统，可以通过它根据各频率的定位，为声音节目选择合适的和特殊的效果模式。例如，注重话语清晰度的语言类的频率，可以选择“语言模式”，主要目的在于较高程度地还原声源的音色特点，不加入过多的混响。对于鼻音较重的男主播来说，可以适当衰减其低音部分，避免浑浊的音质。对于文艺类的频率，可以选择较为温暖和柔和的声音模式烘托其声音效果，从而让人听起来舒服亲切。音乐中可以适当加入谐波，使音色更丰富，音域更加宽广动听。

此外，音频处理器中的自动增益控制器AGC，具有随输入信号幅度的变化而进行自适应调节的功能。当输入信号过大时，利用内部的负反馈电路进行调节，可降低过大的信号增益，有效避免失真，同时保护下级设备免受过大信号的冲击。对于小信号，为了使输出端有令人满意的信噪比，可补偿该信号，使输出端的信号具有较好的信噪比。

等响度控制器也是音频处理器的重要部分。根据等响度曲线，在同一响度下，低频与高频段所需要的声压比中频段大。因此，对于响度小的声音来说，人耳不易察觉出其所包含的低频成分和高频成分，导致声音听起来枯燥单调，缺乏表现力。为了补偿这种缺陷，可使用等响度控制电路根据等响度曲线对上述两个频段进行提升，使人们对各种频率的声音处于同一敏感度。

声音的主观评价与客观技术指标存在一定的关系，主要联系在评价用语和频谱分析之间。技术人员不仅可以利用二者对声音进行评价，更可以利用它们的关系改进音质。如果一段声音丰满度不够，说明其频谱较窄，低频与中频不足；如果清晰度不够，应考虑频谱内是否低频成分过多，混响时间过长；如果明亮度欠缺，应该加强对其中频段与高频段的补偿；如果立体声效果差，声像不明确，应该重点分析其相频特性；如果声效失衡明显，应该检测其频率特性是否达标，同时检查是否启用等响度控制器等。

4 结语

声音，是广播电台的主要表现形式，因此广播节目内容质量的好坏对广播具有重要影响。如今，对声音的评价分为主观评价和客观评价。主观评价主要采取人为听审的方式，对一段音频内容用评价用语进行评定。客观评价主要依靠技术指标，通过测量的方式获取参数值，并根据数值判断其是否符合标准。实际工作中，主观评价比较受文艺工作者的喜爱，更喜欢用艺术性的词语描述与评价一段音频节目。对于工程师来说，他们比较适合运用科学的技术指标评判音频的质量。对于既具有艺术涵养又具有逻辑性思维的录音师来说，他们倾向于将二者结合。对于以声音为主的广播电台从业者来说，应该注重广播节目信号的质量，科学化、规范化、合理化地采集、制作、播出与传输广播节目，以推动中国特色社会主义文化事业不断发展。