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简明音频知识

 主播晓峰 2020-09-19

前言:

上一篇文章中,笔者借dB的话题给大家简单介绍了一下电平的概念。简单来说电平就是线缆中信号大小的度量,其中模拟信号有dBu跟dBV这两种主要的标准,而数字信号则有dBFS,前者跟后者的对应关系的标准在很多国家都是不同的。所以本篇文章要讨论的问题是电平大就一定等于响度高吗?笔者这样问,大家都可能知道答案了,其实是不一定的,接下来我们就看看为什么吧。

一.人耳等响曲线

素材/TC-ELECTRONIC-CLARITY-M-2.jpg
TC-ELECTRONIC-CLARITY-M-2硬件响度表

那其实造成电平不能完全衡量响度的一个很重要的原因是我们的耳朵。人耳的听觉不是线性的,这一句话在上几期的文章中都有体现,但在这一篇文章中简直就是淋漓尽致。不知道你们有没有注意过一首歌的频谱图,笔者在上一篇文章中也给大家解释了频谱图跟波形图的区别与联系。如果你有关注过一首歌的频谱图,你会发现不是平直的,正常的都是在低频区域有隆起的,也就是说低频的电平普遍要比中高频要高。

素材/商业曲频谱图.png
一首商业舞曲的频谱图(Drop部分)

我们整天说的频率要均衡,这难道就是均衡吗?然而这就是均衡。可以感受到,即使低频的电平要比其他频段要高,但实质上我们的耳朵并不会感觉低频比其他频段要响,相反是感觉三频的响度是差不多。这就是人耳非线性的例子。可以看到,电平相同的声音信号,其频率成分不同,所引起的响度感知可以是不同的。

素材/等响曲线.png

图为1930年由哈维弗莱彻和W.A门逊绘制的听觉感知与频率间关系的等响曲线。在同一曲线上的点的感知响度是一致的。以40Phon的曲线为例,1kHz的声音只需达到40dB SPL就能达到40Phon的响度,但50Hz的声音却要达到65dB SPL时,听觉上才与1kHz的响度相同。通过这一幅图,大家可以很直观的看到,人耳对中、高频是比较敏感的。另外,我们发现人耳的响应在较大的音量时更加平坦,如果你们日常有把监听音量扭到最小然后慢慢提升音量的话(这个习惯对于保护听力其实相当重要),你们会发现一开始音量很小的时候你几乎是听不到低频的,随着音量的慢慢增大,频率分布才会丰富起来。所以监听音量也不是越小越好的,60dB SPL到80dB SPL笔者觉得是比较合理的音量范围。

二.响度的衡量

其实在20世纪末,人们都还是以电平来作为音频的度量规范的。但随着人民精神文化生活的提高,人们渐渐发现电平一致的信号在人耳上引起的响度听感是千差万别的。既然我们知道了人耳的频率响应不是平直的,我们就需要对不同频段的音频信号进行加权,最后整合出一套算法,来计算音频的响度。这个过程中也用到了上一篇文章中介绍过的技术——快速傅里叶变换(FFT),可以说这是至关重要的过程,只有得到了音频的频率分布我们才能对信号进行加权处理,最终得到感受响度值。得益于电子技术的发展,实时响度测试在20世纪80年代已经可以实现了。

素材/K加权曲线.png

图片所示是“K”加权频率曲线,根据这样的加权曲线计算出的音频信号响度值与实际值达到了97.7%的吻合,可以说是接近100%了。

 

但Ableton原厂并没有用于响度测试的效果器,所以如果你需要进行响度测试,你需要额外购买像文章开头的硬件响度计,当然你也可以像笔者一样用软件,感觉差别并不会太大。笔者现在用的这个是免费的,日后如果有必要也可以升级为付费的。

素材/一首商业舞曲的响度.png
这是一首商业舞曲的响度
素材/响度表.png
这是笔者一首仍未处理曲目的响度

三.LKFS与LUFS的区别

有的人可能会懵逼,为什么响度单位有两个(LKFS与LUFS),它们两个有什么不同吗?这样说吧,它们两者以前是不同的,但现在,它们两者在数值上是一样的。那为什么数值一样的东西要搞两个单位呢?主要是ITU跟EBU谈判失败的结果啊。ITU是国际电信联盟,它们在ITU-R BS.1770标准规范中提出了LKFS这一个响度标准,然后欧洲广播联盟(EBU)在完全继承ITU的标准规范的前提下,加入了一些自己的花样,搞出了LUFS这么一个单位。后来ITU也将自己的标准规范做了修订,加入了EBU的“花样”,这样LKFS与LUFS在数值上就一致了。这样EBU希望ITU摈弃掉LKFS,换上LUFS这个单位,但后来聊吹了,这两个单位就这样保留下来了,但LKFS=LUFS。

 

总结:

1.由于我们的耳朵频响曲线不是平直的,而是对高频更敏感,所以传统的电平衡量音量显示出了自己的短板,响度测量应运而生。我们可以通过硬件,也可以通过软件去测量一首歌的响度。

2.LKFS跟LUFS本来不是同一个东西,但随着时间的发展,它们变成了同一个事物,但因为两个组织没谈拢,就保留了这两个单位。

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