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核心技術(shù)

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去混響技術(shù)總結(jié)

時間:2022-05-23   來源:原創(chuàng)    人氣:3244

  混響(reverberation)是相對封閉空間如房間中,產(chǎn)生的一種典型聲學(xué)現(xiàn)象。聲波在房間中傳播時,遇到墻面、地面、天花板或其他物體表面時,會被阻礙并反射回來,反射聲波在傳播過程中再次遇到障礙物時,會形成二次反射,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慢慢衰減。聲波在各個方向來回反射,而又逐漸衰減的現(xiàn)象稱為混響。
  對于房間中的人來說,從聲源處直接到達人耳的聲波叫直達聲,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聲信號,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;混響聲聽起來像是無混響聲的延續(xù)和拖尾。

   

  混響時間是度量房間內(nèi)混響程度的基本指標之一。混響時間用來描述房間內(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)較初始聲壓級衰減60dB所經(jīng)過的時間,一般用T60表示。計算混響時間有一個有名的公式,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,混響時間會越長。因此,像銀行營業(yè)大廳、金庫,這種空間較大、壁面光滑的空間里,混響時間明顯較長。
  混響的作用:
  合適的混響時間,對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。混響時間太短,聲音聽起來會干澀、空曠、不飽滿。過長的混響時間會使人感到聲音渾濁不清。一般房間的混響時間在1s以內(nèi)較為合適。
  對于音頻監(jiān)控來說,房間混響往往是清晰拾音的一個重要挑戰(zhàn)。當人距離拾音設(shè)備較遠時,直達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。實際的音頻監(jiān)控場所中,如銀行營業(yè)大廳、中型會議室等,往往未做聲學(xué)處理,混響時間較長,要在這樣的場合里,遠場清晰的拾取聲音,仍然存在比較大的困難。
  混響除影響拾音的音質(zhì)外,也明顯的影響自動語音識別(ASR)的識別率。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)和語音識別率,因此需要從拾音信號中去除混響聲,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)拾取的信號可以看作聲源信號與房間沖擊響應(yīng)的卷積生成的信號,通過這種數(shù)學(xué)模型來消除混響,在估計房間聲學(xué)模型參數(shù)之后,形成對原始信號的估計。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)。混響信號經(jīng)過濾波后,輸出去混響信號。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。

  上圖為混響產(chǎn)生與去混響的過程模型,為語音信號,經(jīng)過房間響應(yīng)卷積后,形成混響信號,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。信號經(jīng)過濾波器后,獲得去混響的信號。‘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(多個麥克風(fēng)),可以較為準確的預(yù)測房間的沖激響應(yīng),從而估計逆濾波器,經(jīng)逆濾波后形成去混響的信號;

  下圖左邊為去混響前的信號,右圖為去混響后的信號

        

    

  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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