声音素材的采集与处理幻灯片.ppt
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1、声音素材的采集与处理第1页,共70页,编辑于2022年,星期五第4章 声音素材的采集与处理自从1927年10月6日华纳兄弟公司在拍摄的影片爵士歌王中使用大量的管弦配乐,并且其中四场戏还有歌舞明星阿尔-乔森唱歌及简短的对白,而成为第一部有声电影之后,人们对声音在影视艺术中的作用进行了深入的研究。研究表明:声音和画面具有同样的再现现实、再现生活的能力;能够通过不同地点的声源形成混响及残响;能够提供一个纵深感的立体世界;能够通过声源的运动获得不同的景别;通过把音响推到背景上,或者单独存在而形成特写,这与生活中集中注意力,周围环境音响消失,只存在被注意的声音相似。由于声音在影视艺术中起着重要的补充作用
2、、起着高度抽象概括和情感气氛的烘托作用,因此在电影电视中如何使用声音被引起广泛关注。作为教学的网络电视节目也是一样,一部网络教学电视节目中声音处理的水平如何,会直接影响教学效果和教学质量。目前,在网络教学电视节目中的声音主要有人声(包括解说声或旁白、人物对话等)、音乐、音效等几种类型。第2页,共70页,编辑于2022年,星期五4.1 声音的基本特性声音是由物体振动产生的,任何物体振动都会产生声音,这些振动的物体称为声源。声源发声后不是都能够被人耳听到,它必须具备两个条件:一是信号的频率必须在20Hz20KHz范围之内,低于20Hz的是次声波,高于20KHz的是超声波;二是必须通过一定的介质才能
3、传播,这种介质可以是气体、液体或固体。在受到声源振动的干扰后,介质的分子也随之发生振动,从而使能量向外传播,介质分子的振动传到人耳时通过耳廓和外耳道到达鼓膜后使鼓膜产生振动,骨膜的震动经过三块听小骨放大后,传递到耳蜗的卵形窗,并传递给淋巴液,最后发送信号到大脑而形成声音。第3页,共70页,编辑于2022年,星期五实际上,耳壳的凹凸不平形成了直射声和反射声进入外耳道的时间差和相位差,大脑的听觉区可以对此微小的差别做出方位上的判断,形成“耳壳效应”。由耳壳效应可以引出人耳的许多相关的效应:首先是“颅骨效应”,一个声音传入人耳有两条途径,一是通过空间送入人耳,再由听觉器官将感受到的声音信息传入到大脑
4、的听觉中枢;另外一种是音源通过人体的组织颅骨传到听觉器官进入大脑。其次是“鸡尾酒会效应”,也就是人耳可以选择性地集中听取某一单独的声音;第三是“回音壁效应”,即生活中,在某一声场中看不到的声源而听觉却能够听到声音,这是声波传播的特殊反射作用的结果;第四是“多普勒效应”,即高音在声源和观察者本身位置有变动时,会产生表面变化现象,当声源与观察者位置移近时,人听到的声音比实际声源发出的声音频率高,相反,当声源与观察着二者之间距离增大时则表面音高低于实际音源的音高。第四是“掩蔽效应”,在一个寂静的环境下,人耳能够分辨出轻微的声音,但是在嘈杂的环境下,轻微的声音完全被淹没掉了,要想听到原来轻微的声音就必
5、须使它增强。第4页,共70页,编辑于2022年,星期五另外一方面,由于声音是一种波,任何一个声音都是不同频率不同幅度的正弦波的叠加,因此,理论上讲,正弦波是声音的最基本的描述。我们知道,确定一个正弦波的三要素是:幅度、频率、相位。其中,幅度的大小代表声音的强弱,幅度越大,声音的音量越大;频率的高低表示声音的音高,频率越高,表示音高越高,而相位则与音质的改变影响比较大,比如,两个或者多个相同频率和幅度的正弦波的叠加,则波形的结果是频率和相位不变,振幅值是原来的两倍或者几倍;如果两个信号完全相反180,那么它们就会完全抵消,如果存在120的相位差,则最终信号会与原始信号中任何一个的幅度相同,如果相
6、位差为120240,则最终信号的幅度始终是小于任何一个原始信号的幅度。目前许多环绕声处理器就是通过一系列的处理过程,对声音的相位进行了相应的改变,最后进行合成而形成的。第5页,共70页,编辑于2022年,星期五4.1.1声音的感知特性1.对响度的感知2.对音高的感知3.音色第6页,共70页,编辑于2022年,星期五1.对响度的感知物理上,声音的响度使用客观测量单位来度量,即dyn/cm2(达因/平方厘米)(声压)或W/cm2(瓦特/平方厘米)(声强)。在心理上,主观感觉的声音强弱使用响度级“方”或者“宋”来度量。这两种感知声音强弱的计量单位是完全不同的两种概念,但是它们之间又有一定的联系。图4
7、.1 听阈-频率曲线第7页,共70页,编辑于2022年,星期五2.对音高的感知客观上,用频率来表示声音的音高,其单位是Hz,而主观感觉的音高则是“Mel”,主观音高与客观音高的关系是:Mel=1000log2(1+f)其中,f的单位为Hz,这也是两个既不相同又有联系的单位。人耳对响度的感觉有一个范围,即从听阈到痛阈。同 样,人而对频率的感觉也是有一个范围。人而可以听到的最低频率约为20Hz,最高频率约为20KHz,在测量音高时是以40dB声强为基准,并且同样由主观感觉来确定。图4.2 音高-频率曲线图4.2 音高-频率曲线第8页,共70页,编辑于2022年,星期五3.音色音色是听觉上区别具有同
8、样响度和音调的两个声音的主观感受,也称音品。音色主要由声音的频谱结构决定,即由声音的基频和谐波的数目以及他们之间的相互关系来决定。由于各种发声体的材料和形状结构不同,发生机理也不尽相同,即使发出相同音调、相同响度的声音,在基频相同的情况下,谐波的成分和幅度也会有所区别,人耳听到的主观感受也就是音色不同。第9页,共70页,编辑于2022年,星期五4.1.2音质的主观评价分析音质的主观评价称作音感,它是一种描述声场主观听觉效果的术语,一般与频率关系较大。前面谈到,人耳的听觉范围约20Hz-20kHz之间。在这些频率关系中,各种频率与音感的对应关系有以下几种情形:(1)60Hz以下的频段,人们对它的
9、感觉要比听觉灵敏。因而,它给人的更深印象是空气的振动感。此段的发音如果没有相当大的响度,人耳是感觉不到的。(2)80Hz附近的频段,人对其听觉的灵敏度与感觉一样,因而它可以给人以强烈的声场刺激作用。(3)500Hz以下的频段,很容易由其“嗡嗡”的声响而引起人的烦闷心理。(4)800Hz附近的频段,是噪声集中的频段,使人产生厌烦感,提升后会产生嘈杂狭窄的感觉。(5)2.8kHz附近频段,对音响的明亮度影响最大。(6)3.4kHz附近的频段,人耳对它的灵敏度最大,也最易产生疲劳感。(7)6.8kHz是3.4kHz的二次谐波,因此也易于使人产生疲劳感,只是会更尖啸刺耳。(8)7.5kHz以上的频段,
10、使人感觉清澈纤细。第10页,共70页,编辑于2022年,星期五4.1.3 信号波形变化与声音的主观感受之间的关系尽管每个乐器的频率范围不完全相同,但是仍然有一些通用的均衡器调整准则。为了更好地描述频率产生的声音效果,我们需要先定义听音的评价术语。如表4.1所示:信号波形变化情况声音现象谐波及互调畸变严重,有“噗噗”声,应切削平顶,畸变10%声音发破(劈)有谐波及互调畸变,被仪器明显看出,畸变3%5%声音发硬高频或者中高频过多,存在两种畸变声音发炸中高频畸变有瞬态互调畸变声音发沙有畸变,中高频过多,有瞬态互调畸变声音发燥高频或者中高频过少,或者指向性太尖,而偏离轴线声音发闷瞬态不好,扬声器谐振峰
11、突出,低频或中低频过多声音发混频带宽,中低频、低频好,混响适度声音宽厚瞬态好,频率特性平坦。混响适度有层次中低频好,混响适度,响应足够声音扎实中频欠缺,中频瞬态不好或混响过度声音发散频率特性狭窄(只有150Hz4KHz)声音狭窄中高频个别频点突出,畸变严重金属声(铝皮声)频率特性及畸变指标均好,混响适度,瞬态好声音圆润中高频及高频好,混响适度有水分中高频及高频足够,响应平坦,混响适度声音明亮中高频及高频过多声音尖刺缺乏中频,高频或者中高频指向性太尖锐高音虚(飘)缺乏混响,缺乏中高频声音发干缺乏高频和中高频声音发暗有畸变,中低频有突出点,混响少,瞬态差声音发直(木)频率特性好,畸变小平衡式谐和扬
12、声器谐振峰严重突出,畸变及瞬态均不好轰鸣中高频及高频好,畸变小,瞬态好,混响适度清晰度好高频机中高频适度,畸变小,瞬态好透明感频响平坦,混响适度,畸变小,瞬态好有立体感(单声道)频响好,特别是中高频好,畸变小,瞬态好现场感或临场感频带宽,中低频好,混响适度丰满低频及中低频适量,畸变小柔和响度足,混响好,低频及中低频好有气势第11页,共70页,编辑于2022年,星期五4.2 录音话筒的选取及工作原理在进行网络教学电视节目的声音录制过程中,话筒可以说是作重要的录音器材之一,它是整个录音过程的第一环节。通过它拾取的声音质量的好坏直接决定声音的质量。因为之后的所有工作都是建立在话筒的基础上的,如果前期
13、拾取声音的质量很差,则以后无论怎样加工都无济于事。因此,话筒是决定网络教学电视节目录音成败的关键。4.2.1录音话筒的选取4.2.2 常见录音话筒的工作原理4.2.3话筒的技术参数第12页,共70页,编辑于2022年,星期五4.2.1录音话筒的选取传声器是一种把声音信号转换为电信号的换能器件。它的核心部件就是声电转换器,其基本工作过程是,将声音信号引起的振动带动话筒上的音膜振动,对于动圈话筒而言,就是将粘附在音膜上的线圈切割磁力线,于是线圈中获得感应电流;对于电容话筒而言,则是通过音膜振动使平行电容极板之间的距离发生变化,从而通过改变电容器容量的办法来实现电荷的定向移动。总之,无论采用哪种方式
14、,最终的目的是为了获得与声音信号相匹配的电信号。第13页,共70页,编辑于2022年,星期五一般情况下,一只话筒主要由三大部分组成:声学系统、机械系统和电学系统,根据这几个系统的工作原理,我们可以将话筒进行相应的分类。根据能量转换方式的不同,可以把传声器分为静电式(电容式和驻级体式)、电动式(动圈式和铝带式)、压电式(晶体式、陶瓷式、高聚物式)、半导体式和碳粒式等;按声波作用于传声器膜片的不同方式可分为压强式、压差式和压强压差复合式;按输出阻抗可以分为高阻抗和低阻抗话筒,一般把10k以上的话筒叫做高阻抗话筒,高阻抗话筒线不宜过长;把1k以下阻抗的话筒叫做低阻抗话筒;按指向性的不同分为全向、心形
15、、超心形、8字形和超指向形等。此外,在使用传声器中还可以简单地按使用方式和功能分类,如鹅颈式、手持式、领夹式、头戴式等。第14页,共70页,编辑于2022年,星期五4.2.2 常见录音话筒的工作原理1.电容传声器2.驻级体传声器3.动圈话筒4.铝带式传声器第15页,共70页,编辑于2022年,星期五4.2.3话筒的技术参数无论何种传声器,都具有以下7种技术指标。1.灵敏度2.频率响应3.谐波失真4.动态范围5.输出阻抗6.信噪比7.指向性第16页,共70页,编辑于2022年,星期五4.3 录音方法4.3.1 录音概述4.3.2基本录音的方法4.3.3立体声录音方法4.3.4 不同音源的声音的录
16、制方法第17页,共70页,编辑于2022年,星期五4.3.1 录音概述在网络教学电视节目中,涉及到的录音主要有单声道录音和立体声录音两种方式。所谓单声道录音,是指在记录声音时只使用一个声道或者左右两个声道的信号完全一致。而立体声录音则是指使用两个声道,并且在录音的过程中两个声道的信号是相互独立、互不干扰,但又有声学上的关联。无论是单声道或者立体声录音技术,都离不开图4.3所示的系统连接图。话筒均衡器放大器记录设备监听图4.3 录音系统连接图第18页,共70页,编辑于2022年,星期五对于单声道录音而言,可以使用一只采集话筒录音,也可以使用多只话筒录音,只不过在使用多只话筒录音时,需要将多只话筒
17、分别采集到的声音信号混合成一个声道的记录信号。记录介质可以是磁记录,也可以是光记,甚至还可以是机械记录方式。单声道录音的听音是比较自然的,它较好地保留了原有声场中除了左右信息以外的其他主要声音成分,但是它的最大缺点就是声音还原时所有的声像都是来自一个方向,即声源是一个点。立体声录音则能够记录下比单声道更加丰富的声音信息,比如它可以记录下整个乐队的宽度感和展开感。每一件乐器、每一组乐器都可以比较准确地分布到各自的位置,因而在两个扬声器中间呈现出整个乐队完整的声像群。双声道立体声是根据一定的规则,通过两个声道将声群和房间特性记录下来。房间特性指声源位置,声像的拓展(体积)和距离,包括直达声、反射声
18、、混响声的分布。第19页,共70页,编辑于2022年,星期五4.3.2基本录音的方法录音是一个技术问题,又具有很强的艺术性。无论是同期录音或者是分期录音,其所采用的录音方法主要有:单点录音主传声器录音多路传声器录音第20页,共70页,编辑于2022年,星期五1.单点录音是指利用一只传声器同时拾取各声部的混合声音来反映演奏的混合声响信号。这种录音方式对传声器的设置要求高,既要取得各个声部之间的平衡和总体的融合,又要求有理想的空间感。单点录音的传声器位置的设置需要注意几点:(1)应设置在具有自然声音平衡的位置上。这种平衡包括左右声道的、前后纵深的以及高、低频声音的平衡等;(2)传声器应放在声场中直
19、达声与混响声比例合适的位置上;(3)传声器的有效录音角应当与乐队的实际宽度相对应,以保证乐队的立体声声像充分分布在两扬声器之间。第21页,共70页,编辑于2022年,星期五2.主传声器录音是单点录音法的改进形式,它是在保留单点录音的整体声音条件下,再对需要加强的声源增设辅助传声器,作为对主传声器拾取信号的补充。这种录音法的设置所要具备的条件是:(1)主传声器的电平要大于辅助传声器的电平,以保证主传声器的主导地位;(2)在传声器的选择上,主传声器的灵敏度和频响、动态都要求较好;(3)在位置设置上注意防止辅助传声器之间录音范围的过多重合,同时声像也要主辅重合,否则不仅达不到加强的目的,还会增加浑浊
20、度。第22页,共70页,编辑于2022年,星期五3.多路传声器录音多路传声器录音是利用多只传声器同时或分别拾取各不相同的某一部分的声音,通过人工的方式加工处理后,合成为一个统一的节目信号。这种录音法可分为以下3种:(1)全封闭多路传声器录音法该方法是把声源的各个部分以封闭的隔音房间完全隔开或将声源的各个部分在同一房间分别进行录制,使各部分声音之间的串音最小,信号可以完全独立地进行处理。(2)半封闭多路传声器录音法该方法只对部分音量较大的声源作阻隔,允许一定的串音,所以在传声器的选择上要选用指向性相对较强的。(3)不封闭多路传声器录音法即在声源各部分之间不设置隔音板等进行隔离,仅以选择合适的位置
21、和距离的方法来达到相对分割的目的。这种录音法应注意:在立体声与多声道的录音中必须保持声像设计和现场方位的设计相一致;近距离录音以提高直接声的比例,选择单方向弱指向性的传声器;各路在传声器之间的电平关系应相近或相等,不要强弱悬殊。第23页,共70页,编辑于2022年,星期五4.3.3立体声录音方法立体声录音就是把原声场中的立体声信号转换成相应的电信号。由于双声道立体声的信息存在于左右声道差别之中,如时间差、声级差、相位差。因此要得到反映这种差别的立体声信号,必须依靠两个或两个以上的传声器来拾取。根据所使用的传声器的指向特性和它的布置方法,双声道立体声录音方法主要有:A/B录音法、X/Y录音法、M
22、S录音法、ORTF录音法和仿真人头录音法等。第24页,共70页,编辑于2022年,星期五1.AB录音法(时间差)AB录音法是将型号和特性完全一致的两只传声器(常用心形的指向性)彼此距离1.5m-2m(也可以减小到几十厘米,视声源排列宽度而定)位于声源前方录音,然后分别以左右声道信号输出。A/B录音制式录音范围如图4.4A所示,其话筒位置如图4.4B所示。使用这种制式录制的音乐富有自然感、丰满度和较高的温暖度,适合录制古典交响乐。但是它的缺点是出现中间声像稀疏和后退现象,“梳状滤波器效应”和单声道重放时兼容性较差。解决办法是:可以在两个扬声器中间增加辅助传声器。图4.4A A/B拾音制式拾音范围
23、图4.4B A/B拾音制式的话筒位置第25页,共70页,编辑于2022年,星期五 2.X/Y录音法(声级差)X/Y录音法和M/S录音法均属于声级差立体声录音方式,这种录音法是用两个传声器一上一下紧靠,两者的主轴形成一定角度,各方向的声源到两个传声器的直达声几乎没有距离差,因而只有声级差而无时间差,所以拾取的信号用单声道重放时不会产生相位干涉现象,这两只传声器必须类型且特性相同,主轴夹角视声源宽度而定。它的特点是:单声道听音时兼容性好,适用于实况转播。图4.5 X/Y制式图4.6 Neumann USM69图4.7 新型X/Y制式扬声器第26页,共70页,编辑于2022年,星期五3.M/S录音法
24、MS录音法是使用一对重合传声器,主轴前方的传声器称为M(Middle)传声器,另一只与它成90的传声器,主轴朝向左右两侧称为S(Side)传声器,通常M传声器用心形、双指向性或全指向话筒,而S传声器必须使用双指向性话筒。图4.8 M/S制式第27页,共70页,编辑于2022年,星期五4.ORTF录音法ORTF录音法是使用两只心形指向特性传声器,传声器之间的距离为17cm,传声器主轴张开角度是110。这种制式是时间差和声级差混合在一起的录音方法。它的优点是声音信号自然,使用方便。图4.9 ORTF制式示意图图4.10 ORTF组合传声器第28页,共70页,编辑于2022年,星期五5.仿真人头录音
25、法仿真人头录音法是用木料和塑料制成的假人头形状,直径为17cm21cm,在耳道的末端分别装有两只全方向特性传声器,两只传声器的输出分别馈送到立体声的左右通道。使用这种方法录音节目,必须使用耳机做立体声重放,而不能用扬声器做立体声重放。第29页,共70页,编辑于2022年,星期五4.3.4 不同音源的声音的录制方法在网络教学电视节目中,涉及到的声音音源可能非常广泛,比如,可能对人声进行录制,也可能对不同乐器发出的声音进行录制,还可能对自然界的各种各样的效果声进行录制。因此,为了使制作出来的网络教学电视节目达到最佳的教学效果,需要严格按照各种声音自身的特点和艺术创作的要求进行录制。第30页,共70
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