論錄音音頻降噪處理在辦案中的應用

摘 要 隨著科技的快速發展，微型話筒、小型攝像機、可拍照手機等錄音、攝像設備的不斷普及，為人們生活帶來極大方便。但錄音過程中，由于各種原因，所錄音頻出現一定響度噪聲的情況時有發生，有時甚至出現噪聲比目標聲音更響的窘境，進而影響到音頻內容的清晰度與可懂度。本文針對辦案證據中出現的音頻降噪問題進行分類描述，并就相關常用處理手段予以總結歸納。

關鍵詞 音頻 降噪 噪聲 電子證據

作者簡介：劉瑩，天津市和平區人民檢察院檢察技術科干部。

中圖分類號：D925 文獻標識碼：A 文章編號：1009-0592（2014）12-109-02

隨著現代信息化技術的迅猛發展，多媒體技術得到廣泛應用，人們可以更加便捷地利用計算機、手機、攝像機、監控攝像頭等數字化媒介進行錄音錄像操作。近幾年來，在檢察實務中，經常會遇到一些以監控錄像、通話錄音等形式存在的辦案證據，尤其是監控錄像的音頻部分、手機錄音的音頻文件等，其出現頻率正在逐年遞增。但這類證據材料的內容辨識與鑒定過程，往往會伴隨著一個普遍存在且令人頭痛的問題——噪聲問題。

筆者早年曾經遇到一起自偵案件，犯罪嫌疑人胡某為某醫院窗口收費人員，她利用醫院網絡系統升級改造期間醫院化驗室無法確認化驗單據的漏洞，利用職務便利單獨或伙同他人多次冒用該醫院多名醫生的工號及網絡密碼登陸醫生工作系統并修改醫生工作記錄，以退還本院患者化驗費等名義虛假退費，截留門診收費現金數萬元。在偵查取證過程中，胡某僅供認其利用自己的工號、密碼實施虛假退費，對于同案其他嫌疑人對其主犯地位的指認均予以否認。由于醫院監控設備年久失修，雖成功錄到胡某與同案其他嫌疑人交流犯罪手段與犯罪進度的監控視頻，但畫面清晰度不高、音質嘈雜，幾乎只能看清二人在進行交流、聽到二人在說話，但無法聽清到底說了什么。鑒于這一情況，筆者與同事嘗試多種音頻降噪處理手段與算法，依然無法取得較好效果，最終只得無奈放棄。

由此，隨著錄音環境的逐漸復雜化與錄音設備的急劇多樣化，辦案證據中的錄音音頻降噪問題愈加凸顯出來，如何在保證音頻數據完整性的前提下，最大限度實現音頻證據的有效降噪處理，愈加成為檢察技術實務中必須面對的一大挑戰。

一、音頻噪聲的分類

由于各種原因，在錄音、擴聲或音頻傳輸過程中，噪聲問題一直存在。音頻噪聲的形成機理比較復雜，從不同角度和領域理解，會有不同解釋和不同意義。一般情況下，組成音頻系統的設備越多或信號傳輸距離越長，系統的噪聲就越大，甚至使得音頻系統無法進行正常的錄音或擴音工作。音頻噪聲的來源大致可以分類為三種：

（一）設備內部元器件產生的固有噪聲

電路中幾乎所有元器件（如晶體管、電阻、電容）在工作時均會產生一定噪聲，其特點是連續的、基本上固定不變的，且頻譜分布較廣泛。這種噪聲除了通過改進元器件材質與生產工藝外，幾乎沒有任何辦法消除。值得慶幸的是，隨著科技水平的不斷提高，現階段諸多優質元器件的固有噪聲已變得很小，在設計電路時選擇優質元器件即可將這類噪聲壓制到極小水平，小到聽眾基本不會聽見。在實際生活中，有些低檔次設備因內部電源濾波不好，使得設備本身交流聲很大，在音頻系統中有時會形成極其嚴重的噪聲。

（二）源于電路本身的設計失誤或安裝工藝上的缺陷

電路設計失誤往往會導致電路的輕微自激（一種自由振蕩狀態），這種自激一般在人類可聽到的聲音范圍之外，但在某些特定條件下它們會對聲音的中高頻（2000Hz-4000Hz）產生斷續影響，從而產生噪聲。此外，安裝工藝失誤，如接插件接觸不良，接觸表面形成二極管效應或接觸電阻隨溫度、振動等影響發生變化而導致信號傳輸特性變化也會產生噪聲。此外，元器件排布上的失誤，例如將高熱的元器件排布在對溫度敏感的元器件旁邊，或將一些有輕微振動的元器件排布在對振動敏感的元器件旁邊，或者沒有足夠的避震措施等情況，都會產生一定的噪聲。

（三）干擾噪聲

這類噪聲來源極為復雜，主要包括以下幾個方面：

1.空間輻射干擾噪聲：任何導體通過交變電流時均會引起周圍電場強度的變化，這種變化就是電場輻射。同理，諸如變壓器之類的磁體亦會引起周圍磁場強度的交替變化。交變電場和磁場中的閉合導體會產生和電場磁場變化頻率相同的交變電流，即感應電流。音響設備中所有元器件、導線、電路板上的銅箔均為電導體，因此不可避免地會產生感應電流，這種感應電流疊加在信號中就會產生噪聲。在實際生活中，諸如手機、對講機等通信設備的高頻電磁波輻射干擾，電梯、空調、汽車點火、電焊等電脈沖輻射，大型會議場所的燈光控制用可控硅整流控制設備的輻射等，均會通過傳輸線直接混入傳輸信號中形成噪聲，或穿過屏蔽不良的設備外殼干擾機內電路產生干擾噪聲。

2.線路串擾噪聲：日常生活中，某些電器設備會產生干擾信號，這些干擾信號通過電源、信號線等線路直接竄入音頻設備中。例如，接在同一電網中的空調、電機等設備會在電源線路上產生尖峰脈沖、浪涌電流、不同頻率的紋波電壓等，通過電源線路竄入音頻設備的供電電源，總有會一部分干擾噪聲電壓無法通過音頻設備的電源電路有效濾除，因此勢必會在設備內部形成噪聲。

3.傳輸噪聲：此類噪聲是信號在傳輸過程中由于傳輸介質問題而產生的，例如接插件的接觸不良、信號線材質不佳、地電流串擾等。一般情況下，音頻信號線中傳輸的信號很微弱，這些變化足以使得信號線中傳輸的信號產生很大變化。這些變化除了產生失真外，也包含一定的噪聲，且由于接地不良，空間輻射對于信號傳輸的影響也會隨之加劇。

另一方面，從音響技術角度而言，凡屬于傳聲器拾取來的或信號傳輸過程中設備帶來的，對音頻信號起干擾作用的聲音，均可以視為噪聲。在實際辦案中，需降噪的音頻證據所涉及的“噪聲”通常多限于語音錄制過程中產生的噪聲。這種情況下，噪聲一般分為環境噪聲和本底噪聲。環境噪聲是指錄音中自然環境產生的噪聲，例如室外的汽車、人聲，室內墻壁的反射、機器設備發出的噪聲等。本底噪聲（ground noise），又稱為背景噪聲，是指除環境以外的噪聲，一般指電聲系統中除有用信號以外的總噪聲，主要由錄音過程中各種設備產生的規則或不規則噪聲組成。本底噪聲大體可分為低頻和高頻兩種：

（1）由于音頻電纜屏蔽不良、設備接地不實等原因產生的“嗡嗡”交流聲（50-100Hz）稱之為低頻噪聲；（2）由放大器、調頻廣播和錄音設備產生的“咝咝”聲（8kHz以上）稱之為高頻噪聲或白噪聲。過強的本底噪聲不僅會使人煩躁，而且會淹沒音頻中較弱的細節部分，使聲音的信噪比和動態范圍減小，再現聲音質量受到損傷。

二、常見降噪處理軟件：

目前，計算機降噪處理軟件種類繁多，在功能應用上各具特色，從專業級的降噪插件套裝，到全功能獨立式降噪編輯器，再到內置在音頻編輯軟件內的降噪功能插件，基本覆蓋人們對降噪處理需求的方方面面。其中，較為常用的優秀軟件有：

（一）BIAS Soundsoap插件

BIAS Soundsoap插件程序是一款專業級降噪插件工具，由老牌軟件制造商BIAS公司開發研制，雖然該公司已于2012年宣布停止運營，但此款Soundsoap插件因其強大的降噪功能與“一鍵”降噪的簡便操作方式，依然廣泛應用于專業降噪領域。在降噪處理過程中，使用者只需通過調整“Noise Tuner”和“Noise Reduction”兩個旋鈕，即可消除音頻中的顯著噪音，如房間內的背景噪聲、模擬磁帶中的電子咝聲、交通工具中的運行噪聲等。同時，該軟件還可消除一些低頻噪聲，如在諸多音頻中常有的50Hz - 60Hz各種電子嗡聲和隆隆聲。甚至還可通過"Learn Noise"按鈕，智能識別區分出噪聲與使用者想要的目標聲音，從而達到驚人的工作效果。另外，使用該插件降噪后，能顯示出被刪除的音頻部分，使用者可根據實際需要，選擇性恢復其中的部分噪聲。作為插件， SoundSoap的插件規格為Mac OS X平臺上的VST格式，以及Windows XP平臺上的VST和Direct X兩種格式。其在Mac OS平臺上的宿主軟件主要包括Peak LE、Peak DV以及Cubase SX。在Windows平臺上的宿主軟件主要包括Premiere 、SONAR、Sound Forge、Wavelab、Cubase、Nuendo、Edius以及其它支持Direct X和VST規范的宿主軟件。

（二）Wave Arts Master Restoration插件套裝

Wave Arts公司是1998年成立的一家專于開發高端數字音頻處理軟件的技術公司。在降噪領域，該公司推出的Master Restoration Suite插件套裝是一組可清理磁帶、黑膠唱片等音頻媒介中音頻噪聲的插件工具，包括五個組成部分：MR Noise（強力寬頻噪音衰減器）、MR Click（影響音質的磨損/喀喀聲清除工具）、MR Hum（嗡嗡聲清除工具）、MR Gate（噪音屏障）、Master Restoration降噪工具。其中，MR Noise帶有自動動態模式，可保證瞬時信號不被處理。該軟件幾乎可去除常見的各種噪聲，并可監聽被去除掉的聲音部分，作為插件該軟件支持VST、AU、RTAS、MAS格式。

（三）WAVES Restoration Bundle插件套裝

以出品專業級音頻效果器而聞名于世的WAVES公司，其推出的各類效果器軟件品種豐富且質量頗高，多年來受到業界廣泛好評。WAVES Restoration Bundle插件套裝是該公司隆重推出的一款專門用于降噪/修復音頻的效果器套裝，包括四個效果器：X-Noise（降噪）、X-Click（去除噼啪聲）、X-Crackle（去除爆破音）、X-Hum（降低氣聲）。該套效果器能應用于要求極高的專業音頻處理領域，在業界具有極高使用率與頗高口碑，能在幾乎所有平臺上使用，支持的格式包括Mac OS平臺上的RTAS、AU、VST、MAS格式，以及Windows平臺上的RTAS、AU、VST、DirectX格式。

三、辦案中音頻降噪需注意的事項：

從純技術角度而言，任何降噪方法均會對原始音頻中的干聲（辦案中常見干聲為人聲語音）造成影響，降噪越厲害，失真程度越大。因此，在實際辦案中，必須注意把握以下幾個降噪原則：

一是降噪并不是必需要做的。因為降噪勢必要對原始音頻造成破壞，與其花時間研究降噪，不如想辦法避免環境和設備造成的噪音。若噪聲對錄音音頻中的干聲未產生嚴重影響，應盡量避免開展降噪處理，而應直接采用原始音頻作為辦案證據。

二是盡量選用使原始音頻受損程度最小的降噪方式，以能聽辨出語音內容為目的，不追求過高信噪比。在采樣降噪法作為主流降噪法的當下，我們必須清醒地認識到采樣降噪一方面具有能徹底去除噪聲的優點，但另一方面其對原始音頻的語音音質會造成較為明顯的影響，且信噪比越低破壞性越大，諸如鼻音、爆破音或音節間過渡音等易被噪聲掩蓋的弱語音，降噪處理后往往會丟失無法顯現。因此，應以顯現出語音聲學特征為目標，盡量使用低強度降噪處理方法，避免出現“金屬音”之類的變異語音。

三是宏觀考量比尋找精確降噪參數更重要。要想獲得最為理想的降噪效果必須了解噪聲的信號特性，在降噪處理過程中，若執著于尋找最精確的某項降噪參數數值，則可能會對原始語音的某些特征信號產生較壞影響，進而影響整體降噪效果。例如當錄音中對話雙方距離錄音設備相差較大、話筒方向性強、通話一方信號受抑制等情況下，若想提升弱語音強度，勢必會導致該部分錄音本底噪聲與環境噪聲的提升，因此為實現提升弱語音并同時壓制強語音的目的，則必須慎重操作，采取多種處理方式綜合配比，最終取得契合實際需求的處理效果。