在2021 GFIC 5G全球家庭互聯(lián)網(wǎng)大會的5G+4K/8K超高清論壇上，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站二級研究員、博士生導(dǎo)師 顧亞平發(fā)表題為《家庭聲場和音效的智能處理和應(yīng)用》的精彩演講。

受到家庭環(huán)境的影響，家庭聲場的布置不可能達(dá)到理想的效果。自適應(yīng)聲抵消技術(shù)可有效通過“電”來改變“聲場”。在普通揚(yáng)聲器基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)低音增強(qiáng)、高音增強(qiáng)、室內(nèi)小區(qū)域聲音音質(zhì)改善、室內(nèi)混響抵消或增強(qiáng)。——顧亞平

空氣聲信號處理技術(shù)

顧亞平介紹，空氣聲信號處理的最新技術(shù)發(fā)展情況。主要是：

空氣聲的定義和應(yīng)用范圍。空氣聲是指聲音在空氣中的聲傳播。包括：聲波頻率小于1Hz的次聲，聲波頻率為20Hz-20KHz音頻可聽聲，聲波頻率大于20KHz的超聲。

聚焦在音頻聲信號處理中，高保真音頻編解碼、低時延音頻編解碼、媒體分發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳輸中的視音頻同步、虛擬3D環(huán)繞音效處理、DOA 空氣聲方位估計等前沿技術(shù)研發(fā)進(jìn)展。

顧亞平介紹到解決低時延音頻編解碼是音視頻同步的首要條件：音頻信號頻率低、采樣頻率相對也低.高時延音頻編解碼會產(chǎn)生聲音的混疊、分辨不清。高時延的音頻編解碼會帶來設(shè)備間音視頻傳輸?shù)牟煌健?/p>

顧亞平介紹到，音視頻信號編解碼、家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)傳輸、設(shè)備間媒體共享需要解決音視頻同步的問題：1.音視頻編解碼不同步 2.網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來不同步 3.網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不好帶來的丟包、抖動、延時。而解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)點在于1.插入同步碼元信息，2.插入時間戳，而設(shè)備間的互聯(lián)互通協(xié)議也是其難點所在。

顧亞平介紹到，3D環(huán)繞音效處理的關(guān)鍵技術(shù)是音效定位和回聲效果。

多通路環(huán)繞聲系統(tǒng)需要使用多個揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放，同時對揚(yáng)聲器的質(zhì)量和擺放位置也有較高的要求。而虛擬環(huán)繞聲技術(shù)可以很好的解決這一問題。虛擬環(huán)繞聲技術(shù)系統(tǒng)簡潔、性價比較高，在音響、數(shù)字電視、個人多媒體產(chǎn)品、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。利用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)（HRTF）對多通路環(huán)繞聲音頻信號進(jìn)行數(shù)字信號處理，通過耳機(jī)或者兩個揚(yáng)聲器重放出來，讓人感覺到有環(huán)繞聲的效果。

音效定位出環(huán)繞使用者身邊不同位置的音源。這種音源追蹤的能力，就叫做定位音效，它使用當(dāng)時的HRTF的功能來達(dá)到這種神奇的效果。所謂HRTF的全名是Head—Related Transfer Function（頭部相關(guān)位置轉(zhuǎn)換），就是在三度立體空間中，人耳是如何監(jiān)測和分辨出聲音來源的方法。簡單的說一下，就是聲波會以幾百萬分之一秒的差距先后傳到你的耳朵里面，而我們的大腦可以分辨出那些細(xì)微的差別，利用這些差別來分辨聲波的形態(tài)，然后在換算成聲音在空間里的位置來源。

在多數(shù)的3D音效的聲卡上，都是使用HRTF的換算法來轉(zhuǎn)換游戲里的聲音效果，誤導(dǎo)你的大腦聽到聲音是來自不同地方的。支援聲源定位的游戲?qū)⒙曇襞c游戲的物件、人物或是其他的聲音的來源結(jié)合在一起，當(dāng)這些聲音與你在游戲中的位置改變時，聲卡就將依據(jù)相對位置來調(diào)整聲波訊號的發(fā)送。

回聲效果除了重現(xiàn)游戲的音效的方位之外，3D音效的開發(fā)者還試著利用回聲與其他環(huán)境聲音的效果來讓游戲的聲音效果變得更加立體，其實所謂的回聲（reverb effect）基本上就是音波的反射。3D更具說服力。

空氣聲信號處理的應(yīng)用

圍繞家庭這個角度出發(fā)，顧亞平介紹了空氣聲信號處理的最新應(yīng)用進(jìn)展情況。

顧亞平介紹到，家庭聲場布置的好壞，直接影響到收聽的效果。家庭音效主要取決于直達(dá)聲與反射聲。音箱發(fā)出的聲音會向著空間中的不同方向傳播，但最先到達(dá)我們耳朵的聲音是由鼓和人耳的連線這一方向傳播的（兩點之間直線最短）。在聲學(xué)中稱為直達(dá)聲。與此同時，向其他方向傳播的聲音會經(jīng)過一次反射后，在直達(dá)聲到達(dá)人耳后相繼到達(dá)人耳。這些聲音的總和在聲學(xué)中稱為早期反射聲。

顧亞平指出音質(zhì)的好壞與空間、音箱擺位、聆聽位置都是有密切的關(guān)系。從傳統(tǒng)的2.1聲道、4.1聲道、5.1聲道、7.1聲道到9.1、11.1等等，人們對音箱的使用需求越來越高、專業(yè)度也越來越強(qiáng)。受到空間大小、產(chǎn)品性能、環(huán)境等影響，每個人都會根據(jù)自家環(huán)境有不同的擺放位置，就算是很普通的家用音箱，擺放也是很有講究的。

真正影響這聲場和環(huán)繞感的是以下這四個指標(biāo)：一是音源。全景聲是聲場定位和環(huán)繞感最好的音源。二是揚(yáng)聲器數(shù)量。所謂環(huán)繞感，就是一部分聲音不但從前方傳來，還從側(cè)方和后方傳來。所以想要精準(zhǔn)的還原現(xiàn)實世界中的360度聲場即環(huán)繞感的前提就是我們的側(cè)面和后面都有音箱。所以通常來說，7.1系統(tǒng)的環(huán)繞感要強(qiáng)于5.1系統(tǒng)。這和音箱和功放本身的音質(zhì)并無關(guān)系。三是功放的調(diào)節(jié)。音源是我們沒辦法改變的，如果你覺得環(huán)繞感仍然不足，可以適當(dāng)?shù)卦黾觽?cè)環(huán)繞音箱和后環(huán)繞音箱的增益，從而改善環(huán)繞感。說句題外話，當(dāng)音源已經(jīng)是杜比全景聲或者DTSX等次時代音軌時，建議功放選擇bypass，而不要選擇內(nèi)部的各種環(huán)繞聲算法。否則會出現(xiàn)杜比全景聲經(jīng)過DTS處理的令人窒息的離奇事件。四是揚(yáng)聲器的擺放。其實揚(yáng)聲器的擺放，也就是音箱的擺位，不止影響聲場，更影響音質(zhì)。

顧亞平指出受到家庭環(huán)境的影響，家庭聲場的布置不可能達(dá)到理想的效果。自適應(yīng)聲抵消技術(shù)可有效通過“電”來改變“聲場”。在普通揚(yáng)聲器基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)低音增強(qiáng)、高音增強(qiáng)、室內(nèi)小區(qū)域聲音音質(zhì)改善、室內(nèi)混響抵消或增強(qiáng)。

顧亞平介紹，空氣聲定位技術(shù)可以非常有效的在智慧家庭中實現(xiàn)：說話人目標(biāo)定位、室內(nèi)聲音目標(biāo)的定位和跟蹤、室內(nèi)聲源實時檢測和分析從而提高語音的識別正確率，提升智慧家庭的全方位感知，幫助家庭智慧醫(yī)療早期預(yù)報和檢測。

空氣聲定位測量技術(shù)

顧亞平介紹到，DOA 空氣聲方位估計可以利用頻率在20KHz以下的音頻信號，對室內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行定位。常用技術(shù)TDOA、MUSIC等關(guān)鍵算法的研究和實現(xiàn)，結(jié)合多基陣融合處理技術(shù)，多智能設(shè)備的融合處理技術(shù)：實現(xiàn)對移動或固定目標(biāo)的精確定位。