音質標準與音質評價方法
音響燈光網報道
音質標準
所謂聲音的質量是指經傳輸處理后音頻信號的保真度目前業界公認的聲音質量標準分為4級即數字激光唱盤CD-DA質量其信號帶寬為10Hz~20kHz;調頻廣播FM質量其信號帶寬為20Hz~15kHz;調幅廣播AM質量其信號帶寬為50Hz~7kHz;電話的話音質量其信號帶寬為200Hz~3400Hz可見數字激光唱盤的聲音質量最高電話的話音質量最低除了頻率范圍外人們往往還用其它方法和指標來進一步描述不同用途的音質標準
對模擬音頻來說再現聲音的頻率成分越多失真與干擾越小聲音保真度越高音質也越好如在通信科學中聲音質量的等級除了用音頻信號的頻率范圍外還用失真度信噪比等指標來衡量 對數字音頻來說再現聲音頻率的成分越多誤碼率越小音質越好通常用數碼率或存儲容量來衡量取樣頻率越高量化比特數越大聲道數越多存儲容量越大當然保真度就高音質就好
聲音的類別特點不同音質要求也不一樣如語音音質保真度主要體現在清晰不失真再現平面聲象;樂音的保真度要求較高營造空間聲象主要體現在用多聲道模擬立體環繞聲或虛擬雙聲道3D環繞聲等方法再現原來聲源的一切聲象
音頻信號的用途不同采用壓縮的質量標準也不一樣如電話質量的音頻信號采用ITU-TG?711標準8kHz取樣8bit量化碼率64KbpsAM廣播采用ITU-TG?722標準16kHz取樣14bit量化碼率224Kbps高保真立體聲音頻壓縮標準由ISO和ITU-T聯合制訂CD11172-3MPEG音頻標準為48kHz44.1kHz32kHz取樣每聲道數碼率32Kbps~448Kbps適合CD-DA光盤用
對聲音質量要求過高則設備復雜;反之則不能滿足應用一般以夠用又不浪費為原則
音質評價方法
評價再現聲音的質量有主觀評價和客觀評價兩種方法例如
1.語音音質
評定語音編碼質量的方法為主觀評定和客觀評定目前常用的是主觀評定即以主觀打分 MOS來度量它分為以下五級5優不察覺失真;4良剛察覺失真但不討厭;3中察覺失真稍微討厭;2差討厭但不令人反感;1劣極其討厭令人反感一般再現語音頻率若達7kHz以上MOS可評5分這種評價標準廣泛應用于多媒體技術和通信中如可視電話電視會議語音電子郵件語音信箱等
2.樂音音質
樂音音質的優劣取決于多種因素如聲源特性聲壓頻率頻譜等音響器材的信號特性如失真度頻響動態范圍信噪比瞬態特性立體聲分離度等聲場特性如直達聲前期反射聲混響聲兩耳間互相關系數基準振動吸聲率等聽覺特性如響度曲線可聽范圍各種聽感等所以對音響設備再現音質的評價難度較大
通常用下列兩種方法一是使用儀器測試技術指標;二是憑主觀聆聽各種音效由于樂音音質屬性復雜主觀評價的個人色彩較濃而現有的音響測試技術又只能從某些側面反映其保真度所以迄今為止還沒有一個能真正定量反映樂音音質保真度的國際公認的評價標準但也有報道國際電信聯盟ITU-T近期已批準一種客觀評價音質的被稱之為電子耳的新型測量方法可對任何音響器材的音質進行客觀聽音評價也可用于檢測電話通訊語音編碼系統的缺陷
現將樂音音質評價方法綜述如下
1.主觀聽判音效
通常據樂音音質聽感三要素即響度音調和愉快感的變化和組合來主觀評價音質的各種屬性如低頻響亮為聲音豐滿高頻響亮為聲音明亮低頻微弱為聲音平滑高頻微弱為聲音清澄下面結合聲源聲場及信號特性介紹幾種典型的聽感
①立體感
主要由聲音的空間感環繞感定位感方向感層次感厚度感等所構成的聽感具有這些聽感的聲音稱為立體聲自然界的各種聲場本身都是富有立體感的它是模擬聲源聲象最重要的一個特征德?波爾效應證明人耳的生理特點是人耳在兩聲源的對稱軸上當聲壓差△p=0dB和時間差△t=0ms時感覺兩聲源聲象相同分不出有兩個聲源;而當△p>15dB或△t>3ms時人耳就感覺到有兩個聲源聲像往聲壓大或導前的聲源移動每5dB的聲壓差相當于lms的時間差哈斯效應又進一步證明當△t=5ms~35ms時人耳感到有兩個聲源;而當近次反射聲滯后直達聲或兩個聲源的時間差△t>50ms時即使一次反射聲又稱近次或前期反射聲或滯后聲的響度比直達聲或導前聲的響度大許多倍聲源方位仍由直達聲或導前聲決定
根據人耳的這個生理特點只要通過對聲音的強度延時混響空間效應等進行適當控制和處理在兩耳人為的制造具有一定的時間差△t相位差△θ聲壓差△P的聲波狀態并使這種狀態和原聲源在雙耳處產生的聲波狀態完全相同人就能真實完整地感受到重現聲音的立體感與單聲道聲音相比立體聲通常具有聲象分散各聲部音量分布得當清晰度高背景噪聲低的特點
②定位感
若聲源是以左右上下前后不同方位錄音后發送則接收重放的聲音應能將原聲場中聲源的方位重現出來這就是定位感根據人耳的生理特點由同一聲源首先到達兩耳的直達聲的最大時間差為0.44ms~0.5ms同時還有一定的聲壓差相位差生理心理學證明20Hz~200Hz低音主要*人兩耳的相位差定位300Hz~4kHz中音主要*聲壓差定位更高的高音主要*時間差定位可見定位感主要由首先到達兩耳的直達聲決定而滯后到達兩耳的一次反射聲和經四面八方多次反射的混響聲主要模擬聲象的空間環繞感
③空間感
一次反射聲和多次反射混響聲雖然滯后直達聲對聲音方向感影響不大但反射聲總是從四面八方到達兩耳對聽覺判斷周圍空間大小有重要影響使人耳有被環繞包圍的感覺這就是空間感空間感比定位感更重要
④層次感
聲音高中低頻頻響均衡高音諧音豐富清澈纖細而不刺耳中音明亮突出豐滿充實而不生硬低音厚實而無鼻音
⑤厚度感
低音沉穩有力重厚而不渾濁高音不缺音量適中有一定亮度混響合適失真小
除此之外還有許多評價音質的聽感象力度感亮度感臨場感軟硬感松緊感寬窄感等
2.客觀測試技術指標
①失真度
諧波失真主要引起聲音發硬發炸;而穩態或瞬態互調失真主要引起聲音毛糙尖硬和混濁二者均使音質劣化若失真度超過3%時音質劣化明顯音響系統的音箱失真度最大一般最小的失真度也要超過1%
相位失真主要引起1kHz以下的低頻聲音模糊同時影響中頻聲音層次和聲象定位
抖晃失真主要是電機轉速不穩主導軸-壓帶輪壓力不穩磁頭拍打磁帶等造成磁帶震動和卷帶量變化進而使信號頻率被調制聲音音調出現混濁顫抖抖晃通常用音調變化的均方根值表示通常錄音機的抖晃率<0.1%Hi-Fi錄音機<0.005%普通錄像機<0.3%視盤機<0.001%
②頻響與瞬態響應
頻響指音響設備的增益或靈敏度隨信號頻率變化的情況用通頻帶寬度和帶內不均勻度表示如優質功放的頻響1Hz~200kHz±ldB帶寬越寬高低頻響應越好不均勻度越小頻率均衡性能越好通常30Hz~150Hz低頻使聲音有一定厚度基礎150Hz~500Hz中低頻使聲音有一定力度300Hz~500Hz中低頻聲壓過分加強時聲音渾濁過分衰減時聲音乏力;500Hz~5kHz中高頻使聲音有一定明亮度過分加強時聲音生硬;過分衰減時聲音散飄;5kHz~10kHz高頻段使聲音有一定層次色彩;過分加強時聲音尖刺;過分衰減時聲音暗淡發悶按此規律可根據各種聽感定量調節音響系統的頻響效果
瞬態響應是指音響系統對突變信號的跟隨能力實質上它反映脈沖信號的高次諧波失真大小嚴重時影響音質的透明度和層次感瞬態響應常用轉換速率V/μs表示指標越高諧波失真越小如一般放大器的轉換速率>10V/μs
③信噪比
信噪比表示信號與噪聲電平的分貝差用S/N或SNRdB表示噪聲頻率的高低信號的強弱對人耳的影響不一樣通常人耳對4~8kHz的噪聲最靈敏弱信號比強信號受噪聲影響較突出而音響設備不同信噪比要求也不一樣如Hi-Fi音響要求SNR>70dBCD機要求SNR>90dB
④聲道分離度和平衡度
聲道分離度是指不同聲道間立體聲的隔離程度用一個聲道的信號電平與串入另一聲道的信號電平差來表示這個差值越大越好一般要求Hi-Fi音響分離度>50dB聲道平衡度是指兩個聲道的增益頻響等特性的一致性否則將造成聲道聲象的偏移
