CC BY
80
Популярность радиостанций И статистика
Ключевые слова: Звуковой вещательный сигнал, обработка сигнала, энергетические, спектральные и динамические параметрыы, метод комплексного статистического оценивания
Звуковую вещательную программу готовит коллектив специалистов, стремясь добиться высокого рейтинга радиовещательной станции (РВС). В профильных журналах регулярно приводятся подобные рейтинги, полученные в результате опроса представительной аудитории. Попытаемся дополнить эту субъективную оценку качества вещания объективной, связав ее со статистическими свойствами вещательного сигнала. Полагаем, что это сможет принести определенную пользу творцам радиопрограмм при подготовке звукового материала к эфиру. Звуковой вещательный сигнал (ЗВС) информационно-развлекательных программ включает примерно одинаковую (по объему) смысловую и эмоциональную информацию. Для слушателей радиостанция служит жизненным фоном и, помимо передачи смысловой информации, неосознанно создает определенное настроение. Схожесть исходного звукового материала большинства современных радиостанций позволяет предположить, что во многом популярность радиостанции определяется обработкой сигнала, которая отображается в его статистических характеристиках. Обычно к их числу относят три группы статистических параметров: энергетические, спектральные и динамические (параметры формы огибающей ЗВС). Комплексное статистическое оценивание этих параметров сигнала положено в основу методики оценки качества передачи ЗВС в реальных радиоканалах, разработанной в МТУСИ под руководством О.Б.Попова и С.Г.Рихтера и применяемого более десяти лет на реальных аналоговых и цифровых каналах звукового вещания.
Попов О.Б.,
к.т.н., профессор кафедры РВ и ЭА, МТУСИ
Рихтер С.Г.,
к.т.н., профессор кафедры РВ и ЭА, МТУСИ Папина Т.С.,
магистр кафедры и ЭА, МТУСИ Литвин С.А.,
к.т.н. доцент кафедры РВ и ЭА МТУСИ
Звуковую вешртельную программу готовит коллектив специалистов, стремясь добиться высокого рейтинга радиовещательной станции (РВС). В профильных журналах регулярно приводятся подобные рейтинги, полученные в результате опроса представительной аудитории. Попытаемся дополнить эту субъективную оценку качества вещания объективной, связав ее со статистическими свойствами вещательного сигнала. Полагаем, что это сможет принести определенную пользу творцам радиопрограмм при подготовке звукового материала к эфиру.
Звуковой вещательный сигнал (ЗВС) информационно-развлекательных программ включает примерно одинаковую (по объему) смысловую и эмоциональную информацию. Для слушателей радиостанция служит жизненным фоном и, помимо передачи смысловой информации, неосознанно создает определенное настроение. Схожесть исходного звукового материала большинства современных радиостанций позволяет предположить, что во многом популярность радиостанции определяется обработкой сигнала, которая отображается в его статистических характеристиках. Обычно к их числу относят три группы статистических параметров: энергетические, спектральные и динамические (параметры формы огибающей ЗВС). Комплексное статистическое оценивание этих параметров сигнала положено в основу методики оценки качества передачи ЗВС в реальных радиоканалах, разработанной в Московском техническом унте связи и информатики под руководством О.Б.Попова и С.ПРихтера и применяемого более десяти лет на реальных аналоговых и цифровых каналах звукового вещания.
Среди используемых при анализе характеристик "лидируют" энергетические, отражающие мощностные, громкостные свойства сигнала, его энергетику. Так, в этом случае принято оперировать оценками относительной средней мощности (ОСМ), которая определяется отношением значения средней мощности сигнала на вре-
менном отрезке к мощности синусоидального сигнала с амплитудой, равной номинальному значению ЗВС. Применяется также и дифференциальный параметр — дОСМ, определяемый разностью значений ОСМ на смежных интервалах анализа. Этот параметр зависит от динамики изменения (перепадов) громкости ЗВС, характеризуя эмоциональность передаваемого сигнала.
Спектральный состав сигнала также в значительной мере определяет степень и характер воздействия ЗВС на слушателя. Здесь параметрами выступают: относительное количество информации на единицу полосы частот; усредненная огибающая интегральных спектров РВС, а также пик-фактор кепстральной оценки, отражающий степень гармонической связанности спектральных составляющих сигнала в каждом отдельном звучании. Все эти характеристики оцениваются по мгновенным амплитудным спектрам.
В качестве параметров формы ЗВС, как правило, используется анализ на интервалах нарастания (атаки) и спада (гильбертовской) огибающей сигнала, а также число атак в единицу времени, позволяющее выявить ритмические свойства сигнала, охватывая его временные и частотные свойства.
В силу большой трудоемкости подобные исследования раньше носили чисто научный характер, да и точность анализа была недостаточно высока. Развитие вычислительной техники и методов анализа звуковых сигналов, позволили формировать более точные статистические оценки свойств звуковых сигналов практически в реальном времени, прогнозируя по их изменению оценку качества передачи слушателем. Кратко проиллюстрируем методику получения рейтинговых оценкок на примере конкретных радиовещательных станций, сигналы которых принимаются в Москве.
ОСМ — это гостированный параметр, определяющий громкость сигнала у слушателя. Зависит средняя мощность ЗВС от использованной в тракте передачи специальной (как правило, аудио-процессорной) обработки. Эмоциональность передаваемого сигнала и, следовательно, значения параметра дОСМ, также зависят от характера его обработки. На рис.1 для ряда популярных радиостанций приведены оценки ОСМ, усредненные на часовом отрезке. Как показали измерения, распределения на интервале такой длительности устойчивы во времени. При схожести исходного звукового материала, значения ОСМ отличаются почти вдвое. Бордовыми цилиндрами показаны значения относительного уровня популярности (ОУП) радиостанций. Популярные РВС не увеличивают ОСМ до максимума, как "Народное Радио", но и не берегут сигнал, как "Эхо Москвы" (сигнал практически не отличается от "необработанного"). Достаточно высокую популярность "Эхо Москвы" можно
Рис. 1
объяснить смысловой наполненостью программ, которая измерена ниже.
Нормируя среднюю мощность ЗВС к пиковым значениям сигнала на интервалах формирования ощущения громкости (т = 160...200 мс), получаем "сигнальную" разновидность параметра — ОСМс, которая позволяет оценить воздействие сигнала на слушателя по шкале "торможение-возбуждение". На рис. 2 черным цветом показаны распределения ОСМс музыкального сигнала для РВС "Авто-Радио" и "Говорит Москва". Синие и желтые области соответствуют возбуждающему и тормозящему воздействию ЗВС. Воздействие первой РВС носит более возбуждающий характер, что, при схожести звукового материала, определяется параметрами ау-диопроцессорной обработки ЗВС, принятой на этой станции.
Картина, характерная для музыкальных сигналов, качественно повторяется и для речевых сигналов. На рис. 3 показаны распределения значений ОСМс сигналов речевых программ РВС "Эхо Москвы" (синяя кривая), "Говорит Москва" (красная кривая) и "Радио Свободы" (зеленая кривая). Абстрагируясь от содержания, можно предположить, что про граммы РВС "Эхо Москвы" вызывают у радиослушателей большее эмоциональное возбуждение, чем программы радиостанций "Говорит Москва" и, тем более, "Радио Свободы". Характер воздействия определяется и с пектром сигнала. Результаты исследований относительного количества информации на едииницу полосы частот (рис. 4), показывают, что максимум энергии, определяющей восприятие смысла, сконцентрирован в области 1,5.4 кГц, а эмоций — в областях ниже 0,5 и выше 8 кГц.
На рис. 5 приведены интегральные спектры РВС для речевых программ. ЗВС обрабатывается по-разному, обеспечивая улучшение передачи смысловой или эмоциональной информации. Абстра-
гируясь от содержания программ, "Радио Свобода"(10) способно оказать большее эмоциональное воздействие на слушателя, чем "Народное радио" (8).
Анализ популярности программ показывает предпочтительность радиостанций с минимальной деформацией огибающей спектра. Слушатель подсознательного отторгает навязываемую эмоциональность сообщения и предпочитает звучания близкие к естественным. Приведенные данные показывают также, насколько по-разному используется радиостанциями такой мощный способ воздействия на слушателя как деформация спектрального состава сигнала и рациональный подбор его источника.
Эффективным параметром оценки гармоничности сигнала является его кепстр (результат повторного БПФ логарифма амплитудного спектра сигнала). Пик-фактор кепстраль ной оценки (рис.6) ЗВС выше для программ с гармоничным звучанием и снижается при передаче более зашумленного сигнала (современной эстрадной музыки, диктора с "хрипотцой"). Определяется подбором и обработкой звукового материала, деградацией сигнала в канале передачи. Слушателями неосознанно предпочитаются более "гармоничные" вещательные программы, как более полезные для здоровья. Популярность четко связана с пик-фактором кепстра; выпадение "Орфея" из общего ряда определяется жанровой спецификой станции.
Опуская целый ряд параметров формы огибающей ЗВС, определяемых процессом нарастания сигнала (атакой) и его спада, очень важных для передачи смысла и эмоций, остановимся на объеме передаваемой информации. Косвенной оценкой объема передаваемой смысловой информации служит число звуковых объектов (звуков, нот) в единицу времени. По этому параметру с большим отрывом выигрывает РВС "Эхо Москвы".
Существенны для слушателя и ритмические свойства ЗВС, которые навязывают организму определенные состояния, синхронизируя его собственные физиологические ритмы. На рис. 7 приведены первые три частоты ритмов, характерных для РВС. Слушателями предпочитаются РВС с преобладанием в программах низкочастотных минимально возбуждающих ритмов.
Негативным является и высокий уровень сигнала придыхания дикторов (рис. 8), обусловленный обработкой и регулировками в канале передачи.
Результатом анализа каждой группы параметров являются нормированные статистические частоты появления значений (НЧПЗ) параметра. На основании НЧПЗ находится интегральное отклонение (ИО) НЧПЗ как усредненное значение абсолютных отклонений частот появления значений параметров сигналов до и после прохождения канала. Мощность сигнала "ошибки", т.е. величина ИО, в
Частота появления параметра
0 1
ОСМ
0.14 0.21 0.28 0.35
ОСМ
Рис. 2а
РИс. 2б
\у
Рис. 3
Относительно« количество информации на единицу полосы
Рис. 4
Рис . 5. 1 — "АвтоРадио"; 2 — "ВВС"; 3 — "Эхо Москвы"; 4 — "Радио России"; 5 — "Говорит Москва"; 6 — "Маяк"; 7 — "Орфей"; 8 — "Народное Радио"; 9 — "Немецкая Волна"; 10 — Радио "Свобода"
Рис. 6
ожосип яьиьа* «роммь иснимимя.канин
Рис. 7
Рис. 8
характере двух распределений ОСМ служит критерием "заметности" изменений сигнала. Пример распределения частот появления значений ОСМ до и после внесения в сигнал искажений приведен на рис. 9.
Таким образом, сформированный набор статистических параметров позволяет проводить объективную (аппаратную) оценку качества передачи, прогнозировать популярность РВС и формировать требования к параметрам обработки ЗВС. Однако статистическое оценивание должно быть дополнено введением шкалирования полученных параметров с учетом предпочтительности по известным оценкам качества передачи конкретных звуковых программКто же в эфире всех милее? Риторический вопрос, предполагает, очевидно, соответствующий ответ! А именно — тот милее, кто искуснее обработал вещательный сигнал — причем не только в студии, но и непосредственно на входе радиопередатчика!
Ясно, что воздействие вещательных программ на слушателя, прежде всего, определяется объективными параметрами ЗВС. Интересно, что, как правило, мало задумываются о влиянии на эти параметры современных трактов первичного и вторичного распределения. А ведь и те, и другие включают в себя устройства адаптации параметров ЗВС к характеристикам конкретного тракта: автоматиче-
ские регуляторы уровня, компандерные системы, шумоподавители, устройства деформации спектра, устройства устранения избыточности, аудиопроцессоры для повышения плотности вещательного сигнала в каналах вторичного распределения. В результате сигнал, получаемый слушателем, существенно отличается от созданного звукорежиссером.
Рис. 9. Интегральное отклонение как характеристика "заметности" изменений сигнала
Резюме. В результате многолетних исследований разработана методика выявления параметров ЗВС и алгоритмов формирования их оценок, создано достаточно сложное программное обеспечение для их реализации. Разработанный метод комплексного статистического оценивания позволяет получать объективную рейтинговую оценку звучания любой радиовещательной станции. Для этого необходимо:
— иметь не менее чем часовой фрагмент сигнала оцениваемой радиостанции. Запись должна быть осуществлена с высоким качеством на твердый носитель;
— располагать базой фрагментов вещательных программ тех радиовещательных станций, которые могут служить в определенном смысле образцом для подражания (прежде всего в плане обработки вещательного сигнала). В качестве таких образцов, видимо, могут использоваться программы РВС ВВС, Голос Америки, Немецкая волна и тд.;
— стимулировать соответствующее исследование, заключив договор с авторами метода — разработчиками программного продукта.
Литература
1. Литвин СА, Мишенков С.Л., Попов О.Б., Рихтер СГ. Кто в эфире всех милее? "Статистические портреты" ряда известных радиостанций // Broadcasting. Телевидение и радиовещание, 2002. — №2. — С. 59-63. — №3. — С. 59-61.
2. Попов О.Б., Рихтер С.Г., Хрянин ЕА Качество каналов звукового вещания: всегда и всех ли оно устраивает? // Broadcasting. Телевидение и радиовещание, №7(35) ноябрь 2003. — С. 68-71.
3. Исследование заметности искажений в радиовещательных каналах/ Под ред. И. Е. Горона. — М.: Связьиздат, 1959.
3. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка сигналов в трактах звукового вещания. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 341 с.
5. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка и измерения сигналов в трактах звукового вещания. — М.: Инсвязьиздат, 2010. — 292 с.
POPULARITY OF RADIO STATIONS AND STATISTICS Litvin SA, Papina T.S., O.B.Popov, S.G. Rihter, MTUSI, Moscow Abstract
Sound announcement the program is prepared by collective of experts, aspiring to achieve a high rating of broadcasting station. In profile magazines the similar ratings received as a result of interrogation of a representative audience are regularly resulted. We shall try to add this value judgment of quality of an announcement objective, having connected her(it) with statistical properties вещательного a signal. We believe, that it can bring the certain advantage to creators of radio programs by preparation of a sound material for an ether. Sound announcement signal (SAS) of information-entertaining programs includes approximately identical the semantic and emotional information. For students the radio station serves as a vital background and, besides transfer of the semantic information, not realized creates the certain mood. Similarity of an initial sound material of the majority of modern radio stations allows to assume, that in many respects popularity of radio station is defined(determined) by processing of a signal which is dislayed in his(its) statistical characteristics. Usually to their number carry three groups of statistical parameters: power, spectral and dynamic (parameters of the form bening around SAS). Complex statistical estimation these parameters of a signal it is necessary in a basis of a technique of an estimation of quality of transfer ЗВС in the real radiochannels, developed in Moscow technical university Communications and computer science under O.B.Popova's management and S.G.Rihtera and used more than ten years on real analog and digital channels of a sound announcement.
Keywords: sound announcement signal, processing of a signal, power, spectral and dynamic parameters, a method complex statistical estimation.
