CC BY
54
Прогнозирование популярности радиовещательных станций
Целью статьи является изложение нового метода прогнозирования популярности радиовещательных станций. Показано, что вещательный сигнал (ВС) заключает в себе два вида информации — семантическую и эмоциональную. Радиовещательные станции (РВС) существенно отличаются по средней мощности, определяемой обработкой сигнала в студии. Показано, что наиболее популярны РВС с минимальной деформацией огибающей амплитудного спектра сигнала в процессе подготовки программ к эфиру. Определено, что пик-фактор кепст-ральной оценки ВС возрастает при передаче программ с гармонически построенным спектром и снижается — при передаче дисгармоничного сигнала. Сигналы с более яркой, подчеркнутой эмоциональной окрашенностью, имеют более "крутые" фронты (атаки) и спады. Сигнал рекламы большинства РВС, как правило, подвергается амплитудной компрессии с увеличением крутизны атак и спадов, повышением громкости, "звенящим" тембром, что соответствует эмоции агрессивности. Число атак в единицу времени в модуляционных параметрах сигнала (огибающей и мгновенной частоте) оказалось удобной функцией для выявления ритмических свойств сигнала. Показано, что многие виды обработок акустических сигналов основаны на различных видах маскировок, т.е. на внесении в сигнал таких искажений, которые оказываются за пределами порога восприятия их сознанием человека. Сигнал, получаемый слушателем, может заметно отличатся от сигнала, подвергнутого различным видам режиссерских обработок с целью повышения популярности программ и РВС. Предлагаемый метод позволяет сравнить программы этих РВС на основе оценки статистических свойств их ВС. Данный метод позволяет повысить качество вещательных программ и рейтинг популярности РВС. Оригинальность предлагаемого метода подтверждена статьями и выступлениями на конференциях.
Ключевые слова: прогнозирования популярности, радиовещательные станции, вещательный сигнал, средняя мощность, амплитудный спектр, кепстр, фронты и спсщьі, число атак, обработка акустических сигналов, искажения, порог восприятия.
Абрамов В.А.,
доцент, МТУСИ, vabramov44@mail.ru
Малов А.В.,
аспирант, МТУСИ, almalov@mail.ru
Попов О.Б.,
профессор, МТУСИ, olegp45@yandex.ru
Черников КА.,
аспирант, МТУСИ, che-kirill@yandex
В подготовке звуковых вещательных программ участвует большой коллектив высококвалифицированна специалистов. Их задача добиться популярности радиостанции у слушателей, которая определяется, на сегодня, рейтинговой оценкой. Как показано ниже эта оценка хорошо коррелированна со статистическими свойствами вещательного сигнала.
Вещательный сигнал (ВС) заключает в себе два вида информации — семантическую (смысловую) и эстетическую (эмоциональную). Известно [1] достаточно четкое определение этих видов информации:
• смысловая информация — это логическая информация, связанная со структурой сообщения, поддающаяся точной формулировке, переводимая, вызывающая определенные действия;
• эмоциональная — информация непереводимая, вызывающая определенные состояния.
Для речевого сигнала смысловая информативность, в основном, определяется разборчивостью, для музыкального — возможностью определить мелодию, инструментовку, состав ор-
кестра. Эстетическая информация передается тембром, динамикой, перепадом уровней.
Уровнеграммы и спектрограммы одной и той же фразы, пропетой Ф. Шаляпиным с разными эмоциональными оттенками приведены в [2], где очевидны существенные и характерные их отличия.
Программы радиостанций служат для слушателей фоновым звуковым оформлением к повседневной жизни и, помимо передачи смысловой информации, неосознанно создают определенное настроение. Такие воздействия программ определяются энергетическими, спектральными и динамическими характеристиками сигналов. Обоснованность такого подхода определяется схожестью используемого для формирования программ исходного звукового материала, а существенные отличия параметров распределений характеристик, определяются различной студийной обработкой вещательного сигнала.
При исследовании энергетических свойств (громкости) вещательных сигналов используется оценка их относительной средней мощности (ОСМ), которая определяется отношением значения средней мощности сигнала на временном отрезке к мощности синусоидального сигнала с амплитудой, равной номинальному значению ВС. Применяется также и дифференциальный параметр — дОСМ, определяемый разностью значений ОСМ на смежных интервалах анализа. Этот параметр характеризует динамику изменения громкости ВС.
На рис. 1, в первом ряду (бордовым цветом) показан относительный уровень популярности, по рейтинговым оценкам, (ОУП), а во втором — представлены гистограммы усредненных ОСМ сигналов информационных зву-
ковых программ для шести отечественных и двух зарубежных радиовещательных станций (РВС). Гистограммы формировались на основе использования медианных значений распределений ОСМ сформированных в соответствии с ГОСТ Р 50757-95, на часовых отрезках вещательных программ. Как показали измерения, распределения устойчивы во времени.
Видно, что РВС существенно отличаются по средней мощности, определяемой обработкой сигнала в студии. Слушатели предпочитают сигналы со средними ОСМ близкими к естественным. Высокую популярность "Эхо Москвы" можно объяснить семантической наполненностью программ (см. далее).
Если нормировать среднюю мощность ВС к пиковым значениям сигнала на интервалах формирования ощущения громкости (т = 160...200 мс), получаем "сигнальную" ОСМс, полезную для оценки искажений сигнала и определения воздействия звуковой программы на слушателя.
На рис. 2 а-в, приведены, черным цветом, распределения ОСМс музыкального сигнала для РВС, "Авто-Радио", "Говорит Москва" и "Орфей". Синим и желтым цветом показаны области ОСМс "возбуждающих" и "тормозящих"
ОСМ
Частот* по**о*«в«*
а)
Рис. 2
Эстетика
Рис. 5
(успокаивающих) воздействий эстрадной и классической (Орфей) музыки [3]. Видно, что воздействие всех рассмотренных программ носит в основном успокаивающий характер.
На рис. 3 показаны распределения значений ОСМс сигналов речевых программ РВС "Эхо Москвы" (синяя кривая), "Говорит Москва" (красная кривая) и "Радио Свободы" (зеленая
кривая). Можно предположить, что программы радиостанции "Эхо Москвы" вызывают у радиослушателей большее возбуждение, чем программы радиостанций "Говорит Москва" и, тем более, "Радио Свободы".
Распределения значений ОСМс позволяют оценить ВС по критерию "возбуждение / торможение". Более детальная дифференциация требует учета других энергетических параметров сигнала (ОСМ, дОСМс и дОСМ), а также спектральных параметров и параметров формы огибающей.
Известны [1] результаты исследований относительного распределения количества информации на единицу полосы частот (рис. 4), которые показали, что максимум энергии, определяющей восприятие смысловой информации, сконцентрирован в области 1,5.4 кГц, а эстетической — в областях ниже 0,5 и выше 8 кГц.
Для оценки спектра ВС так же используется распределение значений относительного превышения заданного уровня во времени. На рис. 5 приведена такая зависимость для рок-музыки и "тяжелого металла" (НМ). Видно, что звучания передают разное количество смысловой и эмоциональной информации.
Рассмотрим далее интегральные амплитудные спектры сходных программ (речевых — рис. 6 и музыкальных — рис. 7), передаваемых разными радиостанциями.
Оценивая радиостанции по степени воздействия на слушателей можно предположить, абстрагируясь от содержания программ, что "Радио Свобода" способно оказать большее воздействие на состояние слушателя, чем "Народное радио".
Наиболее популярны РВС с минимальной деформацией огибающей амплитудного спектра сигнала в процессе подготовки программ к эфиру. Это может быть следствием подсознательного отторжения слушателями навязываемой эмоциональности сообщения и предпочтения звучаний близких к естественным.
Дополнительным параметром оценки спектральной структуры вещательного сигнала [4] является его кепстр (этот термин был введен в США в начале 60-ых годов и является в настоящее время общепринятым для обозначения повторного преобразования Фурье трансформированной огибающей амплитудного спектра сигнала).
Кепстральные коэффициенты оценивают степень гармонической связанности спектральных составляющих сигнала в каждом отдельном звучании. Пик-фактор кепстральной оценки ВС возрастает при передаче программ с гармонически построенным спектром и снижается — при передаче дисгармоничного сигнала (как правило, современной эстрадной музыки или диктора с "хрипотцой"). Интегрально, при
Рис. 6:1 — "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. 7: 1 — "АвтоРадио"; 2 — "ВВС"; 3 — "Эхо Москвы"; 4 — "Радио России"; 5 — "Говорит Москва"; 6 — "Маяк"; 7 — "Орфей"; 8 — "Народное Радио
Рис. 9
оценке программы в целом, этот параметр указывает на предпочтения звукорежиссера при подборе и обработке звукового материала. Заметим, что часто слушатели неосознанно предпочитают более "гармоничные" вещательные программы.
На рис. 8 приведена оценка пик-фактора кепстров для сигналов анализируемых РВС. Здесь, как и ранее, в первом ряду показан относительный уровень популярности этих же радиостанций. Выпадение из ряда РВС "Орфей" определяется жанровой спецификой станции.
Абстрагируясь от содержания, "Радио России" или "Маяк", скорее всего, будут предпочтительнее слушателю, нежели ВВС или "Народное радио.
Оценим роль параметров формы огибающей вещательных сигналов (ВС). Наиболее информативные участки отдельного звучания (звукового объекта) — участки нарастания уровня или изменения спектрального состава, которые принято называть "атакой" [4]. Сигналы с более яркой, подчеркнутой эмоциональной окрашенностью, имеют более "крутые" фронты (атаки) и спады. Искажения атак снижают разборчивость, распознаваемость ВС. Спад сигнала во многом определяется акустической обстановкой, в которой производится запись звуковой программы, и, по мнению специалистов, существенно влияет на эстетическое восприятие программы.
Ниже, в качестве параметров формы огибающей ВС, использованы крутизна нарастания и спада его аналитической огибающей. На рис. 9 и 10 приведены параметры их распределений. Из анализа представленных данных очевидно, что наиболее популярные программы имеют и наибольшую крутизну атак.
ПУ "музыкальных" радиостанций, предъявляющих особые требования к качеству звучания, крутизна спадов значительно выше, нежели у "информационных".
Вызывает удивление высокая крутизна спадов огибающей сигнала РВС "Орфей", обычно свидетельствующая об увлечении звукорежиссеров автоматической регулировкой уровня.
Известно, что речевой сигнал с устраненными атаками полностью теряет разборчи-
вость, в то же время при сохранении только "атак", составляющих около 15% его длительности, разборчивость почти полностью сохраняется [1]. Даже опытные музыканты не в состоянии определить вид инструмента по сигналу без "атак". Характер восприятия семантической (смысловой) и эмоциональной информации в ВС, при схожем характере программ, во многом определяется числом "атак" в единицу времени, т.е. частотой появления атак.
Параметры распределений частоты появления атак для ряда РВС приведены на рис. 11. Как мы видим, слушатель предпочитает не напрягаться на очень осмысленных программах, как "Эхо Москвы", но и мало осмысленных избегает.
По частоте появления атак впереди РВС "Орфей", "Эхо Москвы", "Радио России", "Радио Свобода" и "Авто-Радио". Несмотря на то, что программы РВС "Орфей" в основном составлены из симфонической музыки, статистика её сигнала говорит о том, что последний подвергается достаточно сильной компрессии — подобная обработка была бы более уместна при передаче рока или современной танцевальной музыки, но не "классики". Аналогичный характер (и это естественно!) имеют и результаты анализа сигнала РВС "Радио Свобода" — радиостанции, большую часть эфирного времени которой занимают речевые информационные программы. "Эхо Москвы" же, напротив, использует очень мягкую обработку, абсолютно не "накачивая" сигнал.
Сигнал "Радио России" имеет "крутые" атаки и не очень большие значения крутизны спадов. Это свидетельствует о хорошей ясности и сохранении информации об эстетических эталонах акустической обстановки. И лишь, пожалуй, "Авто-Радио" приблизилось к компромиссу между семантикой и эстетикой в сигнале.
Характерно, что многие виды обработок и компактного представления звуковых сигналов, не затрагивая смысловой составляющей этих сигналов, могут существенно влиять на их эмоциональную информативность за счет изменения формы огибающей и мгновенной частоты данных сигналов [5]. При этом может происходить провоцирование как положительных,
Рис. 10
так и негативных внутренних состояний у потребителей информации. При амплитудной компрессии вещательного сигнала существенно изменяется огибающая амплитуды, когда возрастает крутизна ее фронтов, а форма этой огибающей приближается к прямоугольной, что заметно влияет на состояния слушателей.
Сигнал рекламы большинства РВС, как правило, подвергается амплитудной компрессии, вследствие чего такой сигнал начинает характеризоваться резким увеличением крутизны атак и спадов, повышением громкости, "звенящим" тембром. Такие параметры сигнала соответствуют эмоции агрессивности. В результате, если до компрессии реклама могла нести относительно нейтральную эмоциональную окраску, то после компрессии это эмоциональное содержание может сменится на эмоцию агрессии, навязывания.
Число атак в единицу времени в модуляционных параметрах сигнала (огибающей и мгновенной частоте) оказалось удобной функцией для выявления ритмических свойств сигнала, охватывая его временные и частотные свойства. Ритмы ВС навязывают организму определенные состояния, синхронизируя его собственные физиологические ритмы и особенно биоритмы мозга, которые находятся в области ин-франизких частот (ИНЧ) [6]. При этом для вызывания определенных внутренних состояний у слушателей имеет значение длительность воздействия сигналов, содержащих модуляционные параметры с ИНЧ, степень детерминированности или флуктуаций этих частот, амплитуда огибающей сигнала, содержащей ИНЧ и форма этой огибающей. Мелодические параметры звукового сигнала также содержат колебания с ИНЧ, которые становятся явными при выделении мгновенной частоты сигнала.
т
liw Ч«иі Оіи—Г1
РИс. 12
На рис. 12 приведены первые три ИНЧ ритмов, характерных для анализируемых РВС. Более подробный анализ радиопрограмм по этому критерию является темой самостоятельного исследования. Как мы видим, слушателями предпочитаются РВС с преобладанием в программах ИНЧ минимально возбуждающих ритмов. В этом плане есть, о чем задуматься звукорежиссерам РВС "Говорит Москва".
Наиболее раздражающее искажение ВС — это сигнал придыхания. Величина сигнала придыхания — для диктора или радиокорреспондента — не должна превышать — 25.30 дБ. В погоне же за увеличением мощности сигнала, после регулирования, она может достигать -10 дБ и выше, что заставляет слушателей беспокоиться о здоровье диктора или о состоянии дел в стране.
В качестве примера на рис. 13 приведена гистограмма относительного уровня придыхания дикторов и корреспондентов, полученная путем анализа часовой программы РВС "Маяк". На рис. 14 показана сравнительная диаграмма уровней сигналов придыхания дикторов и ведущих ряда РВС.
Еще более плачевное положение с величиной сигнала придыхания в телевидении — очевидно в силу традиционного пренебрежения к "второстепенному", по отношению к картинке, звуковому сопровождению.
Судя по результатам исследования, не наблюдается прямой зависимости между уровнем сигнала придыхания дикторов и корреспондентов РВС и популярностью радиостанций. Объяснить это можно только привыканием слушателя. Уровни сигнала придыхания в РВ и особенно ТВ программах (а о прогнозе погоды лучше не говорить!) настолько велики, что слушатель и зритель на уровне сознания смирились и не замечают "астматиков" в эфире. Однако на уровне подсознания такие и другие воздействия информационных программ фиксируются и накапливаются.
В этом смысле многие виды обработок акустических сигналов, связанные с устранением избыточности и компактного их представления, основаны на различных видах маскировок, т.е. на внесении в сигнал таких искажений, которые
Относительный уровень сигнала придыхания
В диктор Наталия
■ корреспондент Валерии Санфиров □ корреспондент 2
□ ведущая Ольга Андреева
(мдуиря
программы
I Филлип Корнилов.спорт
оказывались бы за пределами амплитудного, частотного или временного порогов восприятия их сознанием человека. Однако эти искажения никуда не исчезают, а воздействуют на его подсознательное, подпороговое восприятие. И поскольку человек воспринимает любую информацию целостно, т.е. осознаваемую и подпоро-говую (неосознаваемую), то рано или поздно, искажения, сброшенные на неосознаваемую часть информации, начинают влиять на психоэмоциональное состояние слушателя [7]. Это может со временем выражаться, в том числе, в "неожиданных" вспышках неадекватного поведения человека.
Таким образом, показана связь между статистическими свойствами звуковых сигналов, определяемых различными видами обработок, и психофизиологическими воздействиями программ РВС на слушателей, что в итоге проявляется в виде популярности или непопулярности данных программ и РВС. Данную особенность воздействия программ и сигналов РВС на слушателей необходимо учитывать уже на выходе тракта формирования программ. Это связано с тем, что параметры ВС существенно меняются в современных адаптивных трактах первичного и вторичного распределения. В результате сигнал, получаемый слушателем, может заметно отличатся от сигнала, подвергнутого различным видам режиссерских обработок с целью повышения популярности программ и РВС. И, в результате, более популярной может
Рис. 14
оказаться РВС, сигналы которой подвергались минимальной обработке.
Литература
1. Моль А. Теория информации и эстетическое восприятие / Пер. с французского. — М.: Мир, 1966. — 351с.
2. Морозов В.П. Вычислительная техника и ее применение. — М.: Знание, 1989. — № 9.
3. Попов ОБ, Рихтер С.Г. Проблемы оценки и сохранения качества звукового сигнала в составных трактах и каналах // 1-я Международная конференция "Проблемы и перспективы развития цифрового телевидения и радиовещания в России". 14-15 мая 2003. — М.: ЗАО "Экспо-Телеком". Тезисы докладов. — С. 68-71.
4. Попов О.Б., Рихтер С.Г. Цифровая обработка и измерения сигналов в трактах звукового вещания.
— М.: Инсвязьиздат, 2010. — 292 с.
5. Абрамов ВА, Попов О.Б., Рысин Ю.С Эмоциональная информация в телерадиовещании. 20-я Международная НТК "Современное телевидение и радиоэлектроника". — М.: ФГУП МКБ "Электрон", 2012. — С. 36-42.
6. Абрамов ВА, Попов О.Б., Павлов А.Н. Ин-франизкие частоты в телерадиовещательных звуковых сигналах. Международный форум информатизации (МФИ-2011). Международный конгресс (СТГЧ-2011) Коммуникационные технологии и сети.
— М.: МТУСИ, 2011. — С. 200-203.
7. Абрамов ВА, Попов О.Б,Рысин Ю.С Фоновая информация в телерадиовещании. 16-я Международная НТК "Современное телевидение". — М.: ФГУП МКБ "Электрон", 2008. — С. 17-19.
Prediction popular radio stations
Abramov VA, Associate Professor, MTUCI, vobromov44@moil.ru; Malov A.V., Postgroduote, MTUCI, olmolov@moil.ru Popov O.B., Professor MTUCI, olegp45@yondex.ru; Chernikov, KA, Postgroduote, MTUCI, che-kirill @ yondex
Abstract
The purpose of this paper is the presentation of a new method for predicting popular radio stations. Shown that the broadcast signal (VS) contains two types of information — the semantic and emotional. Radio stations (RWS) differ significantly in average power, defined signal processing in the studio. Shown that the most popular WAN with minimal deformation of the envelope amplitude of the signal in the preparation of programs to be broadcast. Determined that the peak factor cepstral estimates Sun rises in the transmission of programs to the harmonic spectrum, and built down — disharmonious transmission signal. Signals from more colorful, exaggerated emotional coloration, have a "cool" fronts (attack) and downs. The signal of most advertising PBC typically undergoes compression amplitude with increasing steepness of attacks and recessions, increased volume, "ringing" timbre that matches the emotions of aggression. The number of attacks per unit time in the modulation signal parameters (envelope and instantaneous frequency) was convenient to identify rhythmic properties of the signal. It is shown that many of the treatments of acoustic signals based on different kinds of disguises, ie for making such a signal distortions that are beyond the threshold of their human consciousness. The proposed method compares the program of PBC based on the evaluation of the statistical properties of Sun This method can improve the quality of broadcast programs and popularity ratings PBC. The originality of the proposed method is confirmed by articles and speaking at conferences.
