浅谈音频响度控制在播出中的应用

——PD-DAP-HD/SD嵌入音频响度控制模块技术简介

引言：

近年来，因各电视台的音频信号源来源不同，因此播出时不同节目源声音电平差异带来的较大响度跳变，以及各播出单位对电平标准把握不严带来频道间响度的大幅跳变，最终还原后节目响度不可预知的大幅变化，让观众感到不适、烦躁甚至惊吓，此问题的出现已经严重影响到节目播出的效果。

因此，响度控制成为了我们现今在播出系统中需首要解决的问题。

一、基本概念的理解

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。响度实际上是针对人耳对不同声音的感应强弱而提出来的一个衡量标准，它的大小不仅跟声音的幅度大小有关，还和声音的频率有关，一般来说人耳对话音比较敏感，而对低频和高频都不是很敏感。

二、如何处理播出系统中的音频响度问题？

以往电视台播出系统对音频信号不做特殊处理，完全依赖于素材本身的质量，也有部分电视台在播出系统中增加了压缩限幅器，此设备用于调整音频电平值，但电平值并不能表示音频的响度。

为了更好的解决系统中存在的响度问题，大连捷成推出了PD-DAP-HD/SD嵌入音频响度控制模块，可对SDI信号中嵌入的音频的功率、响度特征进行提取和处理，从而对音频信号的动态范围进行压缩、限幅、扩张控制及增益调整，解决了在节目播出时，不同节目音频信号增益的不均衡问题。

三、响度的控制解决方式

1、压缩限幅

在响度问题的处理上，首先我们将音频信号进行自动增益处理，在其基础上进行相应的压缩限幅处理。

由于压缩限幅是一种限制音频信号动态范围的方法，所以需将把超过门限的高幅度的尖峰信号变小，并且不产生信号削波；低于门限的信号保持不变，从而使不同节目的音频增益保持均衡。其中压缩参数共有4种：

（1）压缩门限（Threshold）

压缩门限为不受压缩影响的最高输入信号电平。 门限电平以上的信号增益将会受到压缩。

此压限控制单元对高于压限门槛电平的信号进行压限处理。

（2）压缩比率（Ratio）

压缩比率是一种减小增益的度量， 2:1的压缩比是指输入信号增益超过门限电平时，输入增加2dB时，允许输出电平仅增加1dB，1:1的压缩比表示输入信号不被处理。

（3）压缩跟踪时间（Attack Time）

当发生信号超载时，压缩/限幅需经多长时间才能控制信号，这段时间称为跟踪时间。

（4）压缩释放时间（Release Time）

超载信号结束后，压缩/限幅需要多长时间才能消除控制，这段时间称为释放时间。

2、扩展，提高音频信号的动态范围。

PD-DAP-HD/SD响度控制模块也考虑到了信号提升后出现的问题：一是过分提升后，系统在应对突变信号时变得脆弱，很容易导致信号溢出；二是提升后会不同程度的将极小信号的噪音电平也同时提升；三是信号在高、低电平的临界线出现变化时，自动增益控制的固有特性会使声音听起来有不连贯或喘气的感觉。该模块对以上各种问题采取了有效的控制措施，利用音频电平扩展的处理模式，对突变的信号进行有效监测，同时设定保护门限，避免了小信号提升后的溢出问题。

扩展，即把低于门限的弱小信号变得更弱。扩展实际上是压缩的反过程，压缩是缩小信号的动态范围，而扩展是增大信号的动态范围，就是说超过扩展门限的信号保持原来的信号幅度不变，而低于扩展门限的信号，我们按照一定的比例使其变得更小，即向下扩大了动态范围。

其中比率、跟踪时间和释放时间同样是根据需求可进行响应的调节。由于扩展功能的比率变大之后低于门限的信号会变得更小，以至于被淹没掉。而当比率很大的时候扩展器实际就是一个噪声门，设置带有噪音门槛参数的设置，极为有效地消除和抑制输出的噪音电平。

（1）扩展门限（Threshold）

信号电平落到此门槛电平以下时，扩展将以某个比率减小系统增益。

此功能既可以将需要提升的小信号音频电平提升至正常范围，又可以有效消除并且抑制已经设置好的每个音频通道的门槛电平以下的更小信号的噪音电平，使输出的音频更加清晰和干净。

（2）扩展比率（Ratio）

 [FS:Page];扩展比与压缩比的规定相同，仅在感觉上相反，它与压缩比的区别在于当输入信号小于门限电平时，扩展的增益减小，通常扩展为一个缓和的比率工作。

（3）扩展跟踪时间（Attack Time）

当信号低于门限时，扩展需要经过一段时间才能控制信号，这段时间称为跟踪时间。

（4）扩展释放时间（Release Time）

当信号回到扩展门限以上时，扩展需要经过一段时间才能消除控制，这段时间称为释放时间。

3、噪声处理

该模块同时具有噪音门槛参数的设置，极为有效地消除和抑制输出的噪音电平，我们可以自行设置噪音门限值，当输入信号的门限值达到所设定的系统默认值时，系统会直接默认此信号为噪音信号，并对此直接进行音频噪音衰减处理。同时，音频噪音衰减参数可以有效地消除和抑制噪音信号。

通过以上的各项参数设置的方式，使得我们的播出系统的输出音频信号既提高音量、减少音频失真，又保证音质的极佳效果。

四、结语

大连捷成推出的PD-DAP-HD/SD为各大电视台成功解决了播出中的响度问题，目前该产品成功应用于福州广电集团、广西省电视台、香港、澳门、昆明等数十家电视台，并广获好评。A