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去混響技術(shù)總結(jié)

2022-05-23 來源:原創(chuàng) 瀏覽量:1846
  混響(reverberation)是相對(duì)封閉空間如房間中,產(chǎn)生的一種典型聲學(xué)現(xiàn)象。聲波在房間中傳播時(shí),遇到墻面、地面、天花板或其他物體表面時(shí),會(huì)被阻礙并反射回來,反射聲波在傳播過程中再次遇到障礙物時(shí),會(huì)形成二次反射,如此反復(fù)。在傳播以及反射的過程中,聲波不斷被壁面吸收會(huì)慢慢衰減。聲波在各個(gè)方向來回反射,而又逐漸衰減的現(xiàn)象稱為混響。
  對(duì)于房間中的人來說,從聲源處直接到達(dá)人耳的聲波叫直達(dá)聲,而經(jīng)過壁面一次或多次反射到人耳的聲波,聽起來像是直達(dá)聲的延續(xù),叫做混響聲。

  下面兩段音軌,左邊的是在消聲室中錄制的直達(dá)聲信號(hào),沒有混響;右邊模擬房間環(huán)境處理后得到的有混響的信號(hào);混響聲聽起來像是無混響聲的延續(xù)和拖尾。

   

  混響時(shí)間是度量房間內(nèi)混響程度的基本指標(biāo)之一。混響時(shí)間用來描述房間內(nèi)聲音衰減快慢的程度。它的定義為:聲源停止后聲音在房間內(nèi)較初始聲壓級(jí)衰減60dB所經(jīng)過的時(shí)間,一般用T60表示。計(jì)算混響時(shí)間有一個(gè)有名的公式,叫“塞賓公式”,定義如下:

  其中,V為房間體積,S為房間的表面積,為平均吸聲系數(shù)。一般的,房間越大,室內(nèi)越空曠,混響時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)。因此,像銀行營(yíng)業(yè)大廳、金庫,這種空間較大、壁面光滑的空間里,混響時(shí)間明顯較長(zhǎng)。
  混響的作用:
  合適的混響時(shí)間,對(duì)于房間的聽音效果有重要的作用,能使人聲聽起來豐滿立體,有空間感。混響時(shí)間太短,聲音聽起來會(huì)干澀、空曠、不飽滿。過長(zhǎng)的混響時(shí)間會(huì)使人感到聲音渾濁不清。一般房間的混響時(shí)間在1s以內(nèi)較為合適。
  對(duì)于音頻監(jiān)控來說,房間混響往往是清晰拾音的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。當(dāng)人距離拾音設(shè)備較遠(yuǎn)時(shí),直達(dá)聲和混響聲的比值較小,即使聲音較大,在一般的混響環(huán)境中,仍然較難聽清楚。實(shí)際的音頻監(jiān)控場(chǎng)所中,如銀行營(yíng)業(yè)大廳、中型會(huì)議室等,往往未做聲學(xué)處理,混響時(shí)間較長(zhǎng),要在這樣的場(chǎng)合里,遠(yuǎn)場(chǎng)清晰的拾取聲音,仍然存在比較大的困難。
  混響除影響拾音的音質(zhì)外,也明顯的影響自動(dòng)語音識(shí)別(ASR)的識(shí)別率。如上面的語譜圖所示,沒有混響的語音,其聲紋清晰可辨,而有混響的語音,聲紋模糊不清。因此,如何消除錄音中的混響,也是提高語音識(shí)別率需要解決的問題。
  去混響技術(shù)

  混響影響拾音音質(zhì)和語音識(shí)別率,因此需要從拾音信號(hào)中去除混響聲,這種技術(shù)就是去混響技術(shù)。一般去混響主要有三種技術(shù):第一種方法,麥克風(fēng)拾取的信號(hào)可以看作聲源信號(hào)與房間沖擊響應(yīng)的卷積生成的信號(hào),通過這種數(shù)學(xué)模型來消除混響,在估計(jì)房間聲學(xué)模型參數(shù)之后,形成對(duì)原始信號(hào)的估計(jì)。第二種方法,通過將混響視為一種噪聲,通過適用于混響的降噪過程來抑制混響,事實(shí)上,一般的語音降噪算法都具有一定的去混響效果;第三種方法,采用深度學(xué)習(xí)的方法去混響,經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后,得到頻域的濾波系數(shù)。混響信號(hào)經(jīng)過濾波后,輸出去混響信號(hào)。這樣的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練后,用于去混響處理,就能得到較清晰的信號(hào)。

  上圖為混響產(chǎn)生與去混響的過程模型,為語音信號(hào),經(jīng)過房間響應(yīng)卷積后,形成混響信號(hào),加上引入的房間噪聲或其他噪聲,形成麥克風(fēng)處拾取的信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過濾波器后,獲得去混響的信號(hào)。‘理想情況下,關(guān)系如下:

  多通道去混響技術(shù),采用麥克風(fēng)陣列(多個(gè)麥克風(fēng)),可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)房間的沖激響應(yīng),從而估計(jì)逆濾波器,經(jīng)逆濾波后形成去混響的信號(hào);

  下圖左邊為去混響前的信號(hào),右圖為去混響后的信號(hào)

        

    

  引用:
  《聲學(xué)基礎(chǔ)》,杜功煥等,南京大學(xué)出版社
  https://en.wikipedia.org/wiki/Reverberation
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