去混響技術(shù)總結(jié)

  混響（reverberation）是相對(duì)封閉空間如房間中，產(chǎn)生的一種典型聲學(xué)現(xiàn)象。聲波在房間中傳播時(shí)，遇到墻面、地面、天花板或其他物體表面時(shí)，會(huì)被阻礙并反射回來(lái)，反射聲波在傳播過(guò)程中再次遇到障礙物時(shí)，會(huì)形成二次反射，如此反復(fù)。在傳播以及反射的過(guò)程中，聲波不斷被壁面吸收會(huì)慢慢衰減。聲波在各個(gè)方向來(lái)回反射，而又逐漸衰減的現(xiàn)象稱(chēng)為混響。
  對(duì)于房間中的人來(lái)說(shuō)，從聲源處直接到達(dá)人耳的聲波叫直達(dá)聲，而經(jīng)過(guò)壁面一次或多次反射到人耳的聲波，聽(tīng)起來(lái)像是直達(dá)聲的延續(xù)，叫做混響聲。

  下面兩段音軌，左邊的是在消聲室中錄制的直達(dá)聲信號(hào)，沒(méi)有混響；右邊模擬房間環(huán)境處理后得到的有混響的信號(hào)；混響聲聽(tīng)起來(lái)像是無(wú)混響聲的延續(xù)和拖尾。

   

  混響時(shí)間是度量房間內(nèi)混響程度的基本指標(biāo)之一?；祉憰r(shí)間用來(lái)描述房間內(nèi)聲音衰減快慢的程度。它的定義為：聲源停止后聲音在房間內(nèi)較初始聲壓級(jí)衰減60dB所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，一般用T60表示。計(jì)算混響時(shí)間有一個(gè)有名的公式，叫“塞賓公式”，定義如下：

  其中，V為房間體積，S為房間的表面積，為平均吸聲系數(shù)。一般的，房間越大，室內(nèi)越空曠，混響時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)。因此，像銀行營(yíng)業(yè)大廳、金庫(kù)，這種空間較大、壁面光滑的空間里，混響時(shí)間明顯較長(zhǎng)。
  混響的作用：
  合適的混響時(shí)間，對(duì)于房間的聽(tīng)音效果有重要的作用，能使人聲聽(tīng)起來(lái)豐滿(mǎn)立體，有空間感?；祉憰r(shí)間太短，聲音聽(tīng)起來(lái)會(huì)干澀、空曠、不飽滿(mǎn)。過(guò)長(zhǎng)的混響時(shí)間會(huì)使人感到聲音渾濁不清。一般房間的混響時(shí)間在1s以?xún)?nèi)較為合適。
  對(duì)于音頻監(jiān)控來(lái)說(shuō)，房間混響往往是清晰拾音的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。當(dāng)人距離拾音設(shè)備較遠(yuǎn)時(shí)，直達(dá)聲和混響聲的比值較小，即使聲音較大，在一般的混響環(huán)境中，仍然較難聽(tīng)清楚。實(shí)際的音頻監(jiān)控場(chǎng)所中，如銀行營(yíng)業(yè)大廳、中型會(huì)議室等，往往未做聲學(xué)處理，混響時(shí)間較長(zhǎng)，要在這樣的場(chǎng)合里，遠(yuǎn)場(chǎng)清晰的拾取聲音，仍然存在比較大的困難。
  混響除影響拾音的音質(zhì)外，也明顯的影響自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別（ASR）的識(shí)別率。如上面的語(yǔ)譜圖所示，沒(méi)有混響的語(yǔ)音，其聲紋清晰可辨，而有混響的語(yǔ)音，聲紋模糊不清。因此，如何消除錄音中的混響，也是提高語(yǔ)音識(shí)別率需要解決的問(wèn)題。
  去混響技術(shù)

  混響影響拾音音質(zhì)和語(yǔ)音識(shí)別率，因此需要從拾音信號(hào)中去除混響聲，這種技術(shù)就是去混響技術(shù)。一般去混響主要有三種技術(shù)：第一種方法，麥克風(fēng)拾取的信號(hào)可以看作聲源信號(hào)與房間沖擊響應(yīng)的卷積生成的信號(hào)，通過(guò)這種數(shù)學(xué)模型來(lái)消除混響，在估計(jì)房間聲學(xué)模型參數(shù)之后，形成對(duì)原始信號(hào)的估計(jì)。第二種方法，通過(guò)將混響視為一種噪聲，通過(guò)適用于混響的降噪過(guò)程來(lái)抑制混響，事實(shí)上，一般的語(yǔ)音降噪算法都具有一定的去混響效果；第三種方法，采用深度學(xué)習(xí)的方法去混響，經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后，得到頻域的濾波系數(shù)?；祉懶盘?hào)經(jīng)過(guò)濾波后，輸出去混響信號(hào)。這樣的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練后，用于去混響處理，就能得到較清晰的信號(hào)。

  上圖為混響產(chǎn)生與去混響的過(guò)程模型，為語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過(guò)房間響應(yīng)卷積后，形成混響信號(hào)，加上引入的房間噪聲或其他噪聲，形成麥克風(fēng)處拾取的信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器后，獲得去混響的信號(hào)。‘理想情況下，和關(guān)系如下：

  多通道去混響技術(shù)，采用麥克風(fēng)陣列（多個(gè)麥克風(fēng)），可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)房間的沖激響應(yīng)，從而估計(jì)逆濾波器，經(jīng)逆濾波后形成去混響的信號(hào)；

  下圖左邊為去混響前的信號(hào)，右圖為去混響后的信號(hào)

        

    

  引用：
  《聲學(xué)基礎(chǔ)》，杜功煥等，南京大學(xué)出版社
  https://en.wikipedia.org/wiki/Reverberation