音频响度的监测

红灯记

声音的强弱叫做响度，它是人耳对声音大小的一个主观感觉量。响度的大小取决于声音接收处的波幅，就同一声源来说，波幅传播的愈远，响度愈小；当传播距离一定时，声源振幅愈大，响度愈大。响度的大小与声强密切相关，但响度随声强的变化不是简单的线性关系，而是接近于对数关系。当声音的频率、声波的波形改变时，人对响度大小的感觉也将发生变化。


                                            音频响度的规范

听众在收听、收看广播电视节目时，各频道节目的音频响度相差较大，特别是一些广告音频响度明显超出常规节目的音频响度，严重影响了广大受众的收听体验。

为了规范广播电视节目的音频响度和测量方法，考虑到：

1、现代的数字声音传输技术提供了一个极宽的动态范围；

2、现代的数字声音产生和传输技术提供了一种单声道、立体声和多声道格式的混合体，以及声音节目是采用所有这些格式制作的；

3、收听者要求对于不同的声音来源和节目类型，音频节目的主观响度是相同的；

4、有许多方法能够测量音频电平，但是在节目制作中采用的、现有的测量方法不能够提供主观响度的指示；

5、在交换节目的响度控制方面，为减少对观众的打扰，必需有一个推荐的算法用于主观响度的客观评估；

6、将来基于心理声学模型的复杂算法可能为各种各样的音频节目提供改进的响度客观测量；

7、数字媒体突然地过载，因而甚至应该忽略瞬时过载；

8、由于通常采取的处理，例如滤波或者比特率降低，峰值信号电平可能会提高；

9、由于真正峰值可能出现在两个样本之间，现有的计量技术不能够反映出包含在数字信号中的真正峰值电平；

10、数字信号处理的状况使实现一个算法精确地估计信号的真正峰值电平变得切实可行；

11、真峰值指示算法的使用将允许准确地指示在数字音频信号的峰值电平和限幅电平之间的净高。

广电总局先后发布了《节目响度和真峰值音频电平测量方法》和《响度和真峰值指示仪表技术要求》，对音频响度测量算法和测量仪器要求分别进行了规定。

                                    音频响度的计量

响度描述的是声音的响亮程度，表示人耳对声音的主观感受，其计量单位是宋，定义1kHz，声压级为40dB纯音的响度为1宋。大多数人对信号声级突变3dB以下时是感觉不出来的，因此对音响系统常以3dB作为允许的频率响应曲线变化范围。

人耳对声音的感觉，不仅和声压有关，还和频率有关。声压级相同，频率不同的声音，听起来响亮程度也不同。如空压机与电锯，同是100分贝声压级的噪声，听起来电锯声要响得多。按人耳对声音的感觉特性，依据声压和频率定出人对声音的主观音响感觉量，称为响度级，单位为方。

以频率为1000赫兹的纯音作为基准音，其他频率的声音听起来与基准音一样响，该声音的响度级就等于基准音的声压级，即响度级与声压级是一个概念。例如，某噪声的频率为100赫兹，强度为50分贝，其响度与频率为1000赫兹，强度为20分贝的声音响度相同，则该噪声的响度级为20方。人耳对于高频噪声是 1000～5000赫兹的声音敏感，对低频声音不敏感。例如，同是是40方的响度级，对1000赫兹声音来说，声压级是40分贝；4000赫兹的声音，声压级是37分贝；100赫兹的声音，声压级52分贝；30赫兹的声音，声压级是78分贝。也就是说，低频的80分贝的声音，听起来和高频的37分贝的声音感觉是一样的。但是声压级在80分贝以上时，各个频率的声压级与响度级的数值就比较接近了，这表明当声压级较高时，人耳对各个频率的声音的感觉基本是一样的。

                                                     音频响度的检测

响度描述的是声音的响亮程度，表示人耳对声音的主观感受，其计量单位是宋，定义1kHz，声压级为40dB纯音的响度为1宋。大多数人对信号声级突变3dB以下时是感觉不出来的，因此对音响系统常以3dB作为允许的频率响应曲线变化范围。
人耳对声音的感觉，不仅和声压有关，还和频率有关。声压级相同，频率不同的声音，听起来响亮程度也不同。如空压机与电锯，同是100分贝声压级的噪声，听起来电锯声要响得多。按人耳对声音的感觉特性，依据声压和频率定出人对声音的主观音响感觉量，称为响度级，单位为方。
以频率为1000赫兹的纯音作为基准音，其他频率的声音听起来与基准音一样响，该声音的响度级就等于基准音的声压级，即响度级与声压级是一个概念。例如，某噪声的频率为100赫兹，强度为50分贝，其响度与频率为1000赫兹，强度为20分贝的声音响度相同，则该噪声的响度级为20方。人耳对于高频噪声是 1000～5000赫兹的声音敏感，对低频声音不敏感。例如，同是是40方的响度级，对1000赫兹声音来说，声压级是40分贝；4000赫兹的声音，声压级是37分贝；100赫兹的声音，声压级52分贝；30赫兹的声音，声压级是78分贝。也就是说，低频的80分贝的声音，听起来和高频的37分贝的声音感觉是一样的。但是声压级在80分贝以上时，各个频率的声压级与响度级的数值就比较接近了，这表明当声压级较高时，人耳对各个频率的声音的感觉基本是一样的。

1、业务逻辑管理模块

业务逻辑管理模块负责整个系统的业务管理和功能模块的调度，并将响度分析所得结果提交给应用页面进行直观展示，是整个监测系统的枢纽。应用页面可依据用户习惯和偏好进行个性化设计，只要能够支持用户完成系统管理、配置修改等操作，并以适当的方式展示音频响度监测结果即可。

2、音频数据存储模块

音频存储模块负责从IP端口数据流中提取目标音频数据并进行存储，并定期清理超期历史数据。同一套系统中，音频存储模块可启动多个不同实例，具体启动的数量，根据音频节目以及节目源的数量而定，可灵活扩展。满足系统需要，消耗最少资源，达到系统资源优化。

3、音频响度计算模块

音频响度计算模块，设计为一个无状态的模块，不考虑任何业务逻辑，仅仅提供根据指令计算音频响度的功能。音频响度计算模块启动后与业务逻辑管理模块建立TCP连接，依据业务逻辑管理模块下发的指令执行计算过程并反馈计算结果，同一时刻仅执行一条计算指令。计算音频响度的指令中，包含指定音频、指定曰期和时间段的信息。音频响度计算模块严格根据接收到的指令，查询对应音频文件数据，提取对应时间段的原始音频TS数据， 通过FFmpeg转为WAV文件，经响度算法处理，得出最终响度值结果。

4、音频响度分析模块

音频响度分析模块专门负责对响度数据的分析，由业务逻辑管理模块统一调度。业务逻辑管理模块根据用户需求，指定进行分析的音频频道、曰期、响度数值时间间隔等，生成指令，传递给音频响度分析模块。一次分析过程，可指定一路音频数据进行单独分析，也可指定多路音频数据进行横向对比分析。音频响度分析模块根据接收到的指令要求，依据音频响度相关技术和测试标准，对相应范围内的音频响度数据进行对比分析、评估音频响度状态，生成能够转化为折线图、饼图等可视化结果的分析数据，并针对响度超标时段给予告警提示。

                                              音频响度检测系统的特点

1、灵活性

该系统中，各项关键配置参数都可进行编辑，可满足不同限定条件的监测需要；各模块独立性强，可根据不同应用场景调整部署规模，适应不同用户要求，具备较高的灵活性。

2、安全性

系统具备完善的权限管理机制，网络访问和数据处理过程严格受控，保障系统各功能模块、数据的安全，不会给核心网络带来任何压力和负面影响。

3、扩展性

互相独立的子模块结构设计，为后续增加新任务和新功能提供便利，具备良好的可扩展性。