在2021 GFIC 5G全球家庭互聯(lián)網大會的5G+4K/8K超高清論壇上，中國科學院聲學研究所東海研究站二級研究員、博士生導師 顧亞平發(fā)表題為《家庭聲場和音效的智能處理和應用》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到理想的效果。自適應聲抵消技術可有效通過“電”來改變“聲場”。在普通揚聲器基礎上，可以實現低音增強、高音增強、室內小區(qū)域聲音音質改善、室內混響抵消或增強?！檨喥?/p>

空氣聲信號處理技術

顧亞平介紹，空氣聲信號處理的最新技術發(fā)展情況。主要是：

空氣聲的定義和應用范圍?？諝饴暿侵嘎曇粼诳諝庵械穆晜鞑ァ０ǎ郝暡l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)網絡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研發(fā)進展。

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生聲音的混疊、分辨不清。高時延的音頻編解碼會帶來設備間音視頻傳輸的不同步。

顧亞平介紹到，音視頻信號編解碼、家庭內聯(lián)網傳輸、設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.網絡傳輸帶來不同步 3.網絡質量不好帶來的丟包、抖動、延時。而解決這些問題的關鍵技術點在于1.插入同步碼元信息，2.插入時間戳，而設備間的互聯(lián)互通協(xié)議也是其難點所在。

顧亞平介紹到，3D環(huán)繞音效處理的關鍵技術是音效定位和回聲效果。

多通路環(huán)繞聲系統(tǒng)需要使用多個揚聲器進行聲音的重放，同時對揚聲器的質量和擺放位置也有較高的要求。而虛擬環(huán)繞聲技術可以很好的解決這一問題。虛擬環(huán)繞聲技術系統(tǒng)簡潔、性價比較高，在音響、數字電視、個人多媒體產品、虛擬現實等領域得到廣泛應用。利用頭部相關傳遞函數（HRTF）對多通路環(huán)繞聲音頻信號進行數字信號處理，通過耳機或者兩個揚聲器重放出來，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，它使用當時的HRTF的功能來達到這種神奇的效果。所謂HRTF的全名是Head—Related Transfer Function（頭部相關位置轉換），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。

在多數的3D音效的聲卡上，都是使用HRTF的換算法來轉換游戲里的聲音效果，誤導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將聲音與游戲的物件、人物或是其他的聲音的來源結合在一起，當這些聲音與你在游戲中的位置改變時，聲卡就將依據相對位置來調整聲波訊號的發(fā)送。

回聲效果除了重現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用進展情況。

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）。在聲學中稱為直達聲。與此同時，向其他方向傳播的聲音會經過一次反射后，在直達聲到達人耳后相繼到達人耳。這些聲音的總和在聲學中稱為早期反射聲。

顧亞平指出音質的好壞與空間、音箱擺位、聆聽位置都是有密切的關系。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。受到空間大小、產品性能、環(huán)境等影響，每個人都會根據自家環(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：一是音源。全景聲是聲場定位和環(huán)繞感最好的音源。二是揚聲器數量。所謂環(huán)繞感，就是一部分聲音不但從前方傳來，還從側方和后方傳來。所以想要精準的還原現實世界中的360度聲場即環(huán)繞感的前提就是我們的側面和后面都有音箱。所以通常來說，7.1系統(tǒng)的環(huán)繞感要強于5.1系統(tǒng)。這和音箱和功放本身的音質并無關系。三是功放的調節(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，可以適當地增加側環(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，當音源已經是杜比全景聲或者DTSX等次時代音軌時，建議功放選擇bypass，而不要選擇內部的各種環(huán)繞聲算法。否則會出現杜比全景聲經過DTS處理的令人窒息的離奇事件。四是揚聲器的擺放。其實揚聲器的擺放，也就是音箱的擺位，不止影響聲場，更影響音質。

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到理想的效果。自適應聲抵消技術可有效通過“電”來改變“聲場”。在普通揚聲器基礎上，可以實現低音增強、高音增強、室內小區(qū)域聲音音質改善、室內混響抵消或增強。

顧亞平介紹，空氣聲定位技術可以非常有效的在智慧家庭中實現：說話人目標定位、室內聲音目標的定位和跟蹤、室內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)療早期預報和檢測。

空氣聲定位測量技術

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，對室內目標進行定位。常用技術TDOA、MUSIC等關鍵算法的研究和實現，結合多基陣融合處理技術，多智能設備的融合處理技術：實現對移動或固定目標的精確定位。