基于声学头模的录音评价方法

　　1 引言。

　　随着人们对精神文化生活的需求和要求的提高，越来越多的人走进音乐厅、歌剧院、剧场等厅堂以及露天场所欣赏现场演出。而演出现场音响效果的完美程度如何，是否能够满足观众的听觉要求？这就需要对现场音响效果进行评价。

　　现场音响效果主要受到两个因素的影响：一是建筑声学特性，对于厅堂，指的是室内声学设计的声学特性，对于露天场所，则指周围建筑为演出场所带来的声学特性影响；二是现场所配备的电声系统的特性，若是纯原声表演，则可不考虑此因素。评价方法一般包括客观评价和主观评价两个方面。

　　客观评价指利用客观的声学测量指标来描述音质效果；主观音质评价指通过人对声音的主观感受对音质进行评价。评价的最终标准是人的听觉感受，客观的测量指标虽然与主观听感有着一定的对应关系，但是由于人听觉系统的复杂性，再加上目前对听觉生理和听觉心理的研究不够深入，仅仅依靠客观评价指标还不能完全反映主观的听觉感受。因此，对音响效果的评价需要同时进行客观评价和主观评价，并以主观评价作为厅堂音质的最终评判标准[1].

　　主观评价通常的方法是请一批专业的听音员到音乐厅、歌剧院、剧场、露天舞台等需要评价的现场，欣赏现场演出后对此场所的音响效果进行评价，即所谓的现场评价方法。但是要求不同地域的专业听音员在同一时间、同一地点欣赏同一场演出，需要耗费很多时间和精力，还会产生较大的经济开支。同时，这种评价方法无法比较观众区不同位置处的音响效果，因为每个听音员的评价结果之间会有主观差异，在不同位置处的听音员对同一场演出的评价没有可比性；若使同一听音员在不同位置处先后进行听评，结果也不准确，因为即使由同一批演员表演同一个节目，都一定会产生差异，对主观评价结果有一定的影响。然而，基于声学头模的录音评价方法可以很好地解决上述问题。

　　2 双耳技术与声学头模。

　　人的双耳处声压包含了主要的声音空间因素，包括声源的定位信息和环境反射声的空间信息。声波经直达和环境反射的途径传输到听者双耳，而听者的头部、躯干、耳廓等对入射声波具有衍射、散射作用，这些作用可以用声源到双耳的传输函数HRTF（Head RelatedTransfer Function）来表示。如果能在听音者双耳鼓膜处再现包含有HRTF的双耳信号，就能够较好地还原声场，听音者会在很大程度上提升临场感。在双耳处录音、合成和重现的方式方法总称为“双耳技术（BinauralTechnology）”[2].双耳技术最直接的应用是利用人工头进行双耳录音，使不在现场的听音者也能聆听到现场效果，或者将现场记录的双耳信号储存下来，以满足后期重放的需要。也可通过HRTF与干信号卷积而合成的双耳信号来动态地模拟某一听觉事件，甚至是现实生活中并不存在的听觉事件，从而创建一个听觉虚拟环境（Auditory Virtual Environment）。双耳技术现已广泛应用于各种声学领域[3].

　　由于HRTF是与人体生理结构和尺寸密切相关的，而统计结果又和种族、地域等有关，因此，在对音响效果进行录音评价时，应采用符合中国人平均生理参数的人工头进行双耳录音。中国传媒大学传播声学研究所根据GB/T 2428-1998《中国成年人头面部尺寸国家标准》设计制作了一款的声学头模[4]（见图1），头型尺寸符合中国人平均生理参数，该头模对头、肩部结构进行了一定的简化，仅保留了与声学特性相关的主体部分[5,6].

　　头模上安装有标准人工耳廓（见图2），是在对中国400名成年男女的耳廓形态进行群体分析的基础上，选取最具有代表性的耳廓结构外形作为参考而设计制作的[7].

　　双耳耳道入口处分别内置一支DPA 4060BM微缩传声器。另外，还对该声学头模进行了一系列的声学特性测量[5,6,8,9]以及主观听感实验[10-12],实验结果表明，声学头模录音能够较好地代表人的真实听音感受，可以用于音响效果的评价。

　　此外，在声学头模的前上方和后下方分别增加了一个辅助传声器通道，用于提供声源前、后和上、下的方位信息。声学头模的结构尺寸以及辅助传声器通道的位置见图3.

　　3 基于声学头模的现场音响效果的录音评价。

　　基于声学头模的录音评价方法是指将声学头模置于待评价现场的观众区或舞台区，利用声学头模对现场演出进行双耳录音，事后在标准听音室内用耳塞对双耳录音重放，从而对演出现场音响效果进行主观评价的方法。需要特别注意：录音时声学头模的摆放位置、朝向以及高度应与听众或表演者一致。

　　若采用扬声器重放，则需要对双耳信号进行串音消除处理，但是这样会使声场产生一定的畸变，影响评价结果，因此，不建议使用扬声器重放。为了去除声学头模录音和重放时电声系统的影响，需要对声学头模内的2支微缩传声器及耳塞进行频响均衡。

　　3.1 优势。

　　采用基于声学头模的录音评价方法，彻底解决了现场评价对时间和地域的限制，听音员们不需要到演出现场，可以在任何时间、任何地域进行评价，大大节省了听音员的时间和精力，也节省了开支，给评价工作带来便利。另外，录音评价具有完全的可重复性，方便检验评价的信度和效度。

　　完美的音响效果不仅要使观众获得最好的听觉感受，演员等其他方面也要获得较高的满意度。因此，对现场音响效果的评价不仅要对观众区（语音清晰度、声场混响感、亲切感、温暖感、丰满度、听感声源宽度、听觉包围感、声场自然度等）进行评价，还要对舞台区（语言清晰度、声场自然度、舞台区反应及时性等）进行评价[13].在现场演出时，将声学头模放置于舞台区进行录制，即可对舞台区的音响效果进行评价。若在同一场演出时，将多个声学头模置于舞台区和观众区的不同位置进行多测点录制，这样就可以在听音室内对厅堂中不同位置处的音响效果进行比较。这些是传统的现场评价方法所不能实现的。

　　如果现场没有演出，且已通过客观测量得到了多个位置处的双耳房间脉冲响应，则可以利用提前录制好的干信号与各测点的双耳房间脉冲响应进行卷积，从而得到相应各个位置的双耳信号，再通过耳塞重放即可对现场不同位置处的现场音响效果进行评价。

　　3.2 存在的问题。

　　众所周知，双耳录音存在前后声像混淆和头中声像的问题。目前，有很多种方法能够在一定程度上改善这种声像畸变，大部分方法都是对双耳录音或HRTF进行信号处理，加大前后频谱间差异，增强耳廓效应[14-17],以区分前后声像。但是对双耳录音进行信号处理就会在一定程度上导致所还原的声场发生畸变，最关键的是会带来音色上的变化，将严重影响主观评价结果。而另一种有效的方法是加入头部动态因素[18-22],较好地解决了前后混淆和头中声像的问题。然而，头部动态因素只能加入在利用双耳信号合成技术创建的虚拟环境中，需要根据听者的头部运动情况实时地改变合成所采用的HRTF.双耳录音过程中是要保持声学头模固定不动，无法加入动态因素，因此，这种改善方法也不适用于基于声学头模的现场音响效果录音评价。

　　3.3 改善方法。

　　人类听觉的产生是综合了物理、生理和心理等多方面因素的一个复杂过程，并且在很大程度上会受到认知的影响。例如，看到电视中的播音员在讲话，自然会将播音员的声音定位在屏幕中他所在的位置，只有当闭上双眼时，才会仔细地分辨出声音实际上是由电视侧边的扬声器发出来的，这是因为按认知经验反映，人声应该和发音人本身的位置一致。因此，若在录音评价的过程中，给予听音员声像方位的提示信息，使其提前对声音的方位有一定的认知，就会很容易解决前后声像混淆和头中定位的问题，其中视觉提示是一种比较简单、有效的方法[23,24].

　　声学头模除获取左右两侧方位信息的双耳通道，还有获取前、后和上、下方位信息的两个辅助通道，通过一系列计算便可获得声源在三维空间内的方位。在录音评价时，可以用指示灯或其他方式提示听音员此时声像的方位，这样就可以大大减少听音过程中前后声像混淆和头中定位带来的不真实感受对录音评价过程的影响，使听音员更专心于主观评价工作。

　　另一种更直接的提示方式，就是提供现场的同步视频信息，包括现场周围的环境信息和声源信息，尽可能使录音评价的听音员获得与现场评价时一样的视觉信息。已有主观实验表明，这些同步视觉信息能够在一定程度上减小声像前后混淆和头中定位效应，使声像远近层次分明，具有更真实的空间感和临场感[25].因此，可以将待评价现场的声学环境及声源情况进行视频录制，并依据声学头模所在位置，以声学头模的视角录制与双耳录音同步的视频。可参考图4所示的装配方法，将声学头模垂直固定在摄像机的上方，朝向与镜头方向一致。在后期录音评价时，先为听音员播放现场环境信息和声源信息的视频，再与双耳录音同步播放演出视频，进行主观评价。将听音员置于虚拟的演出现场，使录音评价的结果更接近现场评价，提高录音评价的准确度。

　　4 小结。

　　基于声学头模的现场音响效果的录音评价是一种有效、可行的主观评价方法。相对于现场评价，该方法具有极大的灵活性和完全的可重复性，听音员不受时间和地域的限制，可进行多次听评，也可对同一场演出的舞台区和观众区多个位置的音响效果进行对比，使主观评价更加完整。另外，加入提示信息可以减少声学头模录音声像畸变问题对录音评价结果的影响。采用符合中国人平均生理参数的声学头模进行双耳录音，能够较准确地反映中国人的听觉感受，因此，建议在国内现场音响效果的评价和研究中进行推广和应用。

　　参考文献：

　　[1] 孟子厚。 音质主观评价的实验心理学方法[M]. 北京：国防工业出版社， 2008.

　　[2] Blauert J. Communication acoustics[M]. Springer,2005.

　　[3] 谢菠荪。 听觉传输技术及其应用[J]. 电声技术，1997（12）：2-8.

　　[4] 齐娜。 一种中国人声学头模。 中国。 实用新型。201120555787.X[P]. 2011, 12.

　　[5] 魏鑫。 声学头模的特性分析[D]. 北京：中国传媒大学，2011.

　　[6] 仝欣， 齐娜。 椭球头模与仿真头模的指向性比较[J].电声技术，2012, 36（1）：43-50.