MakeNoise03 - 振幅/响度/音量/增益 大乱斗

振幅/响度/音量/增益,这大概是 Sound engineering 入门的第一捆容易混淆的概念们。(¦3」∠)

振幅 Amplitude

振幅 Amplitude 是在波动或振动中,距离平衡位置或静止位置的最大位移。

最大正位移与最大负位移之差,称为值域(range)或峰-峰幅度,是常规振幅的两倍。

音源的振幅(物理量)与频率、频谱包络以及时域包络等其他因素一起,影响声音的响度(感知量)。顺便复习一下,频率是声源每分钟震动次数的物理量,音高是感知量。

响度 Loudness

我们常用 Sound pressure level (SPL) 值来测量声音的响度,单位为 dB。

不过 dB 并不是可以测量的物理量,它只是一个单位。来看看以下几个概念,有助于我们理解响度到底是什么:

  • 声压/声强(acoustic pressure):是指声波通过媒质时,由振动所产生的压强改变量。声压的数值很大,不便于计算和描述,于是人们取了一个人耳刚刚能听到 1kHz 声音时候的声压值作为标准。
  • 声压等级(SPL):是描述声音大小的物理量,用声压值除以上面提到的标准声压值,取了对数再乘以10,就得到 SPL,公式见下图。
  • 分贝(decibels/dB):是描述物理量比值的单位(分贝不仅用于声学,多用于衡量各种信号的强度、增益等)。

从以上公式容易看到,响度和声压并不是线性关系。一个声波大概需要 10 倍的压强,才能让我们在听觉上感受到 2 倍的响度。

Fletcher-Munson 曲线总结了人耳对响度的敏感性。人耳对 3kHz~4kHz的声音最敏感,其他频率区域的声音往往都需要经过放大才能被听清。

常见的响度范围

大多数人能识别 3dB 的声音幅度变化。下图给出了常见的声音场景的响度:

  • 0 dB: 几乎安静无声
  • 40-50 dB: 室内环境音
  • 50-60 dB: 低语声
  • 60-75 dB: 谈话声
  • 80-85 dB: 最佳声音响度区域,在混音时最高不应超过 85 dB
  • 90 dB: 工厂噪声,长时间暴露在这种环境中会损伤听力
  • 100 dB: 婴儿哭声
  • 110 dB: 汽车喇叭
  • 120 dB: 会引起疼痛和听觉损伤的响度阈值
  • 140 dB: 相当于连续猛烈敲击军鼓1分钟
  • 150-160 dB: 飞机引擎声

不同枪支发射时的 SPL:

Sound engineering 里的音量 Volume 和 增益 Gain 的区别

Volume 和 Gain 是初学者常常容易混淆的两个概念(就像我现在……☁️☁️☁️),在各种教程和工具界面里会频繁出现这两个词,它们似乎都可以翻译为「音量」。但它们是两个不同的概念。

Gain

Gain 用来表示信号的强度,是音频输入信号和输出信号差异的幅度

Gain is the parameter for the amount that some sort of amplifier circuit is going to increase the amplitude of an input signal.

via Gain vs Volume - Production Concepts

可以说,gain 控制的是「进入」声音设备的信号。

在数字音频中,Gain 常用的单位是 dBFS。0 dBFS 是数字音频中的最大值,正常值都为负数。如果大于 0 呢?音频就会出现削波和失真。

Volume

Volume 是声音大小(响度)的值,单位是 dBSPL(dB Sound Pressure Level),测量的是声波在环境中的压强值。可以说,volume 控制的是从声音设备「输出」的声响大小。

在混音时,volume 值保持在 80 dB 左右最佳。增大响度叫 boost,减小响度叫 cut。

在软件中的使用场景

现在,我们知道可以将 Gain 理解为对信号的调整,将 Volume 理解为处理完成后声音响度的听觉感受

这正好可以对应到 Max/MSP 和 Ableton Live 的实现中。

Max/MSP 很擅长数字信号处理,主要在信号层面做底层的调控。所以在 Max/MSP 中只有控制 gain 的对象,而没有调控 volume 的对象。


而 Ableton Live 善于处理音频,叠加各种音效和编排音轨。控制每一个音轨的音量是最基本的功能之一。在界面功能中,它会把信号的 level 描述为 volume:

Volume in ableton live

从上面的视频中可以看到,这个音轨的 peak level 是 -14.9,不会超过 0 ,实际上它控制的还是信号的 gain。

小结

  • 振幅:波动的最大位置,并不是响度的唯一影响因素
  • 响度:用物理量声压级 SPL 来测量,一般用简化的单位 dB 来表示响度这一感知量
  • 音量:在音频处理时表示响度的概念,更多是指音频输出时听觉感受到的声音大小
  • 增益:在音频处理时表示信号强度的概念,更多是指音频输入与输出时信号强度的差别

它们都是对声音「大小」的不同描述,现在是不是更清晰一些了?

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