音頻很重要

引人注目的視頻對于吸引觀眾的注意力至關重要，但如果沒有錄音（或音軌），您的視頻會感覺有點空洞。視頻中的音頻可以是很多內容 - 視頻中演員的演講，現場音樂，配音或任何這些東西的混合等等。

無論音頻內容如何，捕獲和錄制的音頻都會使觀看者分散注意力，因為視頻質量較差，也可能導致他們停止觀看。

通過一個例子學習

本文中包含的信息雖然適用于許多音頻情況，但特定于將模擬音頻編碼/記錄為數字格式。

例如，我們假設您已經錄制了一個現場活動，該活動的特色是民謠歌手演奏原聲吉他。表演者有一個模擬混音器，您將從中收到音頻輸入。

模擬混頻器的規格如下：

1.    0 VU = +4 dBu

2.    更大輸出= 21 dBu

您正在使用的數字錄音機上的模擬音頻輸入規格是：

1.    更大輸入電平= 0.707 V RMS

2.    輸入增益調整= 0至30 dB

這些值意味著什么？您將如何確保音頻性能被正確編碼和記錄？要在此示例中與聲音技術人員或任何其他實時流媒體和錄制事件進行有效溝通，您需要充分了解用于表示其世界中音頻電平的術語，語言和度量單位。

本文為您提供了確保錄制和實時流包含更佳音頻質量所需的術語和知識。

什么是“音質”？

音頻質量是主觀的，但大多數人都認為良好的音質是干凈的，無失真的，并且音量舒適。

清晰的音頻通常被定義為沒有任何可聽見的噪音，嘶嘶聲/嗡嗡聲或干擾如背景音。用于捕獲干凈音頻的設備和技術超出了本文的范圍 - 您的音頻工程師將設置模擬音頻設備，為您提供相對干凈的音頻，以便您進行數字化和記錄。本文討論的重點是編碼并為聽眾提供高質量視頻。

失真通常通過削波引入音頻，這是由不正確的信號電平引起的。雖然失真通常用于很好的創作效果（例如吉他放大器的過載），但在音頻編碼過程中肯定要避免。

一個舒適的聽力水平意味著一個播放音量級別使聽者清晰地聽到安靜的部分，同時保證了更響亮的部分不健全不舒服響亮。播放音量水平應該需要更小的放大，以避免在再現中引入噪聲。

較差的音頻質量會引起人們的注意，而良好的音質通常會被忽視，使聽眾能夠專注于音頻中包含的信息。

音頻信號

每個人都知道什么是音頻信號，但要了解它們的行為方式，了解它們的外觀也很有用。雖然沒有真正替代實際收聽音頻，但視覺表示可以快速了解音頻信號的結構。視覺效果可以確認您所聽到的內容，并且可以讓您在難以聽取的環境中檢測問題。

查看音頻信號

以下音頻樣本是來自Epiphan制作的視頻的畫外音軌道，該視頻推廣了我們的一體化現場制作混音器產品Pearl。

在這種信號的可視化表示中，您可以清楚地識別暫停時的語音和振幅（水平）的峰值。注意音頻具有我們之前確定的三種品質：

1.    清晰明確

2.    無失真及雜音

3.    音量適中，既不太大也不太小。

當我們放大此音頻樣本的較小部分時，您可以看到信號連續變化，并且個別變化不是非常突然，而是形狀為圓形。存在非常直的過渡（垂直或平坦/水平）是原始信號失真的指示。

我們使用Adobe Audition來呈現我們音頻信號的這些可視化表示，但幾乎所有音頻編輯軟件都可以使用。如果要尋找低成本的音頻軟件，Audacity是一個免費程序，用于查看和分析錄制的音頻信號。

音頻測量單元

音頻信號具有各種測量單位。例如，檢測聲波并將其轉換為電信號的麥克風指定其在聲壓級方面的輸入及其在電壓方面的輸出。出于本討論的目的，我們關注的是使用伏特或分貝的單位來指定和測量電域中的音頻信號。

介紹分貝

雖然電路設計人員習慣于處理音頻信號的電壓電平（表示為伏特（V）或毫伏（mV）），但由于幾個原因，這些單元對音頻工程師來說是不方便的。

第N個原因是音頻信號的可聽范圍非常大。使用線性標度（伏特所基于的）的測量需要使用非常寬范圍的值來表示感興趣的音頻信號電平。例如，0.7mV至25000mV表示通常在音頻記錄中發現的信號范圍。更方便的測量尺度將描述具有更窄范圍的該信號范圍。

電壓水平對于音頻工程師來說不方便的第二個原因是對于人類而言，音頻信號電平的感知不是線性的。對于安靜的信號，1伏信號增加是顯著的，對于響亮的信號則是不可檢測的。需要更方便的音頻信號測量尺度以更好地將音頻信號強度與人類聽眾的感知對齊。

單位分貝解決了這兩個問題。分貝使用對數標度，更方便地表示遇到的各種輸入信號。

分貝細節

分貝定義為：

dB = 20 * log10（Vact / Vref）其中Vact是實際電壓，Vref是已知的參考電壓

db = 10 * log10（Pact / Pref）其中Pact是實際功率，Pref是已知參考功率

沒有必要在電壓單位（或電源時的瓦特）和分貝之間進行轉換，但是如果需要，有很多易于搜索的網絡工具可以為您執行這些計算。

JD與相對的衡量標準

根據定義，分貝（dB）是兩個信號之間差異的度量：實際值和參考值。

該參考值是通常暗示或不確定的。例如，“ 我們有18 dB的余量 ”意味著一個特定的參考值，即剪切點（音頻將失真的點），并且實際值（聲級）低于此剪切點18分貝。

相反，“ 信號太低20dB ”意味著所需的參考信號，但未指定。在這種情況下，實際水平比未指定的期望水平低20 dB。說“ 我需要10 dB衰減 ”再次意味著未指定的所需參考值比當前實際電平低10 dB （衰減會降低音頻電平）。

對于JD值的規范，定義了導數單元，其指的是特定的JD參考電平。音頻信號有兩個非常常見的參考電壓：

1.    第N個參考值是1伏。當在上面的公式中將其用作Vref變量時，結果單位為dBV（以1伏為單位的dB）。

2.    第二個公共參考值是0.775伏特，當在上面的公式中用作Vref變量時，這導致單位dBu。

這些測量單位（dBV和dBu）用于指定JD值（例如+4 dBu），而不是相對值（例如10 dB的衰減）。

由于dBV和dBu通常用于指定音頻信號電平，因此有時需要在區分彼此時注意。由于分貝的對數性質，以dBu和dBV測量的信號之間產生的差異始終為2.2 dB（0 dbV = 2.2 dBu）。幸運的是，在許多情況下可以忽略這個小差異，因為它應該被構建到您為錯誤/機會留下的余量中。

名義和共同的JD值

音頻信號的范圍很廣，從大約-60到+30 dBu。設計單個電路以適當地適應如此寬的范圍是不實際的，因此每個音頻設備被設計成在信號上更佳地操作，這些信號落入更窄的值范圍內。該窄信號范圍的理想（平均）值稱為標稱值。

音頻處理系統（例如前置放大器，混頻器和其他所謂的線路輸出設備）通常以相對高的電平（大約-15dBu至+ 5dBu）輸出音頻信號。相比之下，麥克風輸出的信號電平要低得多（約-60 dBu至-40 dBu）。這種輸出差異產生了通用術語“ 線路電平 ”和“ 麥克風電平 ”。

雖然“線路電平”信號沒有單一的JD電平，但有一些常見選項。專業音頻設備通常以+4 dBu或0 dBu輸出，而一些更加面向消費者的齒輪輸出為-10 dBV（-7.8 dBu）。因此，“線路電平”信號可能相差12 dB，具體取決于所使用的齒輪。

麥克風電平也顯著變化，但通常不低于-60dBu且不高于約-20dBu。甲麥克風前置放大器接受話筒電平信號，并且在線路電平放大這些信號，以輸出。

大多數專業音頻設備使用dBu或dBV單位指定輸入和輸出電平。但是，有一些齒輪可以指定電壓方面的信號電平。這可以是平均均方根（RMS）電壓，峰值電壓或峰峰值電壓。在任何情況下，使用上面的公式或在線提供的許多網站和應用程序很容易將這些級別轉換為dBu。

音頻工程師通常關注的是從-60 dBu到+30 dBu測量的信號電平  ，相對于按慣例建立并由設備供應商選擇的參考電平單位（0 dB）。

動態范圍

我們經常談到音頻信號電平，好像它們是不變的。但是，我們可以從示例音頻剪輯的可視化中看到情況并非如此。我們如何為一個變化如此迅速且如此不可預測的信號分配一個奇異值？

我們使用兩個值，而不是用表示“信號電平”（顯然隨時間變化很大）的奇異值來描述信號。

1.    第N個是電平的平均值（RMS），用JD值表示（例如+4 dBu）。

2.    第二個值稱為動態范圍，表示信號從該平均值變化的程度，以dB表示（隱含參考值是RMS值）。

例如，如果我的信號的平均（RMS）值為-20 dBu但峰值為-7 dBu，則其動態范圍為13 dB（-7 dBu減去-20 dBu）。

雖然RMS值和動態范圍當然不能捕獲音頻信號的所有屬性（例如頻率內容），但它們對于許多音頻處理功能（例如混合，放大和記錄）來說足夠好。

剪裁

為什么用RMS值和動態范圍描述信號很重要？為什么平均（RMS）值不足以描述信號？答案是削減。

什么是剪輯？

每一件電子音頻設備都有一個JD的上限，它可以接受的信號電平，通過其電路處理并作為其輸出產生。如果信號超過這些限制中的任何一個，它將被“修剪”。該上限通常稱為剪切點。

從上圖可以看出，削減信號僅僅防止信號達到其更大幅度，因此簡單地導致稍微更安靜的音頻。不是這種情況。削減信號不僅會改變其幅度，還會使信號失真（增加原始信號中不存在的諧波）。一旦信號被剪切，它就會永遠改變 - 無法恢復原始信號。

當信號接近限幅點時，模擬系統開始逐漸將信號四舍五入到限幅點。相比之下，數字系統通常更加突然地剪切信號，允許信號以其自然速率增加，直到它到達剪切點。出于這個原因，模擬削波被認為比數字削波更寬容或“更不刺耳”。這種評估有些正確，但在混合和錄制音頻的過程中，盡可能完全避免剪輯（模擬和數字）。

如何避免剪裁

避免削波通常是確保沿音頻信號鏈正確設置所有設備的問題。這包括從麥克風（或其他聲源）到記錄介質和/或揚聲器的所有內容。

為避免剪裁，必須：

1.    了解您正在處理的信號的RMS電平和動態范圍，以及

2.    選擇和設置設備，為這些信號提供足夠的空間。

簡而言之，如果任何一臺設備的電平超過了限幅點，請將信號向下轉，直到峰值始終低于限幅點。

這聽起來很簡單，但還有一些其他問題需要考慮。

1.    “ 當我調低音量以避免削波時，部分音頻現在太安靜了，無法聽到。”

2.    “ 領獎臺上的第N位演講者很好，但下一位演講者聲音更大，導致剪輯。”

3.    “ 在聲音檢查期間，水平很好，但在演出期間，一切都在某種程度上更響亮，導致剪輯。”

在第N種情況下，調低電平以避免削波不僅會影響信號的峰值（響亮部分），還會降低信號較安靜部分的電平。這可能意味著某些較為安靜的詞性變得聽不見，或者某些低水平混合的樂器不再被聽到。您可以在多大程度上降低音量，并且仍然可以清晰地聽到音頻的所有部分。

第二種情況說明信號可能不會隨著時間的推移而保持不變 - 尤其是在舞臺上更換揚聲器或舞臺上的樂隊時。在這些情況下防止削波的快速解決方法是在演奏期間調整音量以適應講臺上的新揚聲器，但這是一種反應性和不切實際的解決方案，需要您在對信號進行這樣的調整之前已經錄制了音頻。

第三種情況類似于第二種情況，主要區別在于：領獎臺上只有一個樂隊或演講者。然而，即使在講臺上只有一個人或團體，他們的聲音水平也可能在整個事件中發生變化。揚聲器（或樂隊）通常會在演講/演奏過程中平靜地開始并變得更加生動，從而導致RMS和峰值水平大幅提升。再一次，在這一刻調整這種情況并不是一個很好的解決方案。當您意識到需要關閉信號時，已經發生削波。

幸運的是，有一些信號處理技術可以幫助解決這些問題。

信號處理

可以部署硬件和軟件效果來塑造音頻信號，為您的觀眾提供更清晰，更悅耳的聲音，并確保您的設備免受破壞性信號的影響。

三種更常見的信號處理效果是：

1.    均衡器

2.    壓縮器

3.    限制器

均衡器

到目前為止，在本文中，我們只關注調整整個音頻信號的電平。均衡器是有意地以不同的量調整音頻信號的不同頻率的設備（硬件或軟件）。

均衡器（或通常稱為EQ）用于增強信號質量并解決諸如反饋之類的特定問題。

EQ的目的是“塑造”信號的聲音，包括調整各種頻率范圍內的電平，不調整信號的整體（RMS）電平，也不會顯著影響其動態范圍。

音頻混音器具有一些EQ功能是很常見的。這些功能可能包括輸入高通濾波以及低頻，中頻和高頻范圍電平調整。專用均衡器通常提供更詳細的控制，提供更多頻段。

像本文中的許多主題一樣，整本書都是關于均衡的。本文僅提及EQ，以便從其他信號處理硬件/軟件（如壓縮器和限制器）中進行清晰定義。

壓縮器

壓縮器用于降低音頻信號的動態范圍。我們的想法是減少更響亮的峰值并輕推更安靜的部分，以創建一個變化不大的信號。您必須巧妙地應用此效果，因為信號水平的峰值和谷值是聽覺體驗的重要部分。您只想將這些峰和谷馴服到所需的程度，以提供聽起來舒服且相對容易處理的信號。

對于直播或室內現場體驗，壓縮需要實時應用，并且通常使用專用設備實施。但是，如果您的觀眾只能聽到錄制的音頻副本，那么通常更好不進行壓縮錄制（留下大量空間以避免任何剪輯），然后在后期制作階段應用壓縮。更近從16位模擬到數字（A / D）轉換到24位A / D轉換的轉變意味著您可以非常保守水平（留下大量空間）并且仍然具有非常完整和動態的信號用于發布-生產。

限制器

許多人將壓縮機與限制器混淆，但實際上它們對于不同的目的具有不同的效果。限制器旨在限制音頻信號的峰值電平。與壓縮不同，它不是為了減少動態范圍，而是為了防止偶然的大峰通過系統進入放大器和/或揚聲器。在大多數音頻設置中，限制器緊接在信號鏈中的壓縮器之后。

您可以將限制器視為“受控剪切”功能。它的工作是識別肯定會被剪切的信號（例如放大后進一步向下），并盡可能優雅地修剪它們。理想情況下，信號鏈中此點不會有任何大信號峰值，但實際上很難完全防止這種峰值偶爾發生 - 限制器用于預測這些峰值。

限制器主要用于保護下游設備（放大器和揚聲器）免受破壞信號電平的影響。它不用于增強信號（與壓縮和均衡器不同），而是在JD必要時以受控方式降級信號。

放大器

在將信號施加到揚聲器之前，音頻放大器用于將音頻信號從前面提到的“信號處理”電平（例如+4 dBu）增加到更高的電平。音頻放大器的目標是產生一個輸出信號，該信號與幅度以外的所有區域的輸入信號相匹配。在信號鏈的混合，EQ，壓縮和限制階段的上游執行音頻信號形狀或內容的所有有意修改。

輸入/輸出規格

每個信號處理裝置（例如混頻器，編碼器，記錄器，放大器）都為其音頻輸入/輸出端口指定了一系列可接受的信號電平。這些級別規范使用戶能夠確定這些信號處理設備可以輕松連接在一起，以創建高質量的信號處理鏈。

理想情況下，一臺設備的輸出規格將與下一個下游齒輪的輸入規格完美對齊，但實際情況并非總是這樣。因此，用戶需要了解這些規范并確定任何規范不匹配以及如何更好地糾正它們。

雖然未明確說明，但輸入和輸出規范通常對1 KHz正弦波測試信號（用于測試音頻信號的人工創建的聲音）有效。

輸入規格

輸入規范通常采用更大信號限制的形式，并指定可能連接到輸入端口的內容。這些規范還可以包括可用于將輸入信號調整到理想/標稱電平的輸入衰減或增益量。

更大信號限制表示輸入信號發生失真（削波）的點。該限制可以根據電壓（RMS，峰值，峰峰值）或dBu來指定。

輸出規格

輸出規格通常采用兩個值的形式：標稱輸出和更大輸出。標稱輸出是儀表讀數為0 VU時信號的RMS（平均值）。更大輸出表示信號在開始失真（剪輯）之前可以達到的更高值。

測光

模擬儀表

模擬儀表通常被稱為“ VU儀表 ”，并通過顯示信號的RMS值來提供信號響度的一般感覺。這些儀表設計為具有緩慢的攻擊和增益，因此它們不響應短期峰值，而是表示較長期的平均值。

理想值位于秤的中心位置（0 VU點），儀表上的所有其他點以dB為單位表示。更好操作設備，使輸入和輸出信號調整到非常接近0 VU點。您的設備將在此級別內發揮更佳功能。

彩色燈用于提供儀表的簡單視覺讀數。綠色表示等于或低于0 VU點的電平，黃色表示顯著高于0 VU點的電平，紅色表示非常接近削波的電平。在理想的設備操作下，綠燈保持穩定，第N個黃燈或兩燈偶爾亮起。

數字儀表

數字儀表有時也被稱為VU儀表，但它們的組織方式與模擬儀表的不同。

數字儀表的刻度將0置于更頂部，這表示剪切點。與模擬VU表不同，其中0是信號電平目標，使用數字表，您將希望保持您的電平遠離0。

數字儀表上使用的單位是dBFS（相對于滿量程的dB）。儀表上的所有其他點表示滿量程（削波點）以下的dB數。與模擬儀表類似，綠色，黃色和紅色燈用于輕松讀取當前信號電平。

·         綠色通常保留用于-18 dBFS或更低的信號，

·         黃色表示-9 dbFS和-18 dBFS之間的信號

·         紅色表示高于-9 dBFS的信號。

數字儀表響應可以有很大差異。與模擬VU儀表一樣，數字儀表提供慢速響應以反映平均值。還有峰值表，顯示當前峰值，準峰值表，提供峰值和長期平均值之間的平衡。應該注意的是，很少的米顯示JD或真實的峰值，因此應該謹慎以避免數字削波。

在某些情況下，使用單獨的LED指示已發生削波。雖然這不能反映信號被削減的嚴重程度（持續時間和數量），但它仍然是一個非常方便的指標。

模擬/數字儀表校準

當使用模擬設備（例如混合器）為數字設備（例如編碼器/記錄器）供電時，您希望將模擬儀表的輸出（理想情況下為0 VU）與數字儀表上的大約-18 dBFS對齊。這是設置的良好起點，然后您可以使用儀表進行監控，以確保您有適當的信號余量。

已經施加壓縮的信號（例如，掌握的音樂）通常比實況音樂信號需要更少的凈空。然而，對于現代數字設備，試圖將余量限制在信號嚴格要求的范圍內幾乎沒有收獲; 更好是安全地玩，盡可能留下比必要的更多的凈空高度。

示例場景

讓我們回到示例場景，并將一些信息付諸實踐。

回顧：你已被聘請錄制和播放現場活動，這是一個民謠歌手彈吉他。表演者已經有一個模擬調音臺，您將從中收到音頻輸入。

模擬混頻器的規格如下：

1.    0 VU = +4 dBu

2.    更大輸出= 21 dBu

您正在使用的數字錄音機上的模擬音頻輸入規格是：

1.    更大輸入電平= 0.707 V RMS

2.    輸入增益調整= 0至30 dB

您需要做的第N件事是將數字錄音機上的輸入規格轉換為以dBu表示，以便您可以將其與模擬混音器預期接收的電平進行比較。這可以通過上面提供的公式或使用任意數量的在線轉換器來完成。

更大輸入（dBu）= 20 * log（0.707 / 0.775）= -1 dBu

在比較數字重新編碼器的更大輸入規格（-1 dBu）和模擬混頻器的預期輸出電平（+4 dBu）時，我們可以看到我們遇到了問題。混頻器的RMS輸出預計為+4 dBu，高于錄像機的更大輸入規格。直接將此信號輸入到錄像機將導致削波，因為錄像機的信號太高（太熱）。為了解決這個問題，我們需要在模擬混音器輸出和錄音機輸入之間插入一個衰減器（有時也稱為衰減器或衰減器）。這使我們能夠將來自調音臺的信號電平降低到更適合錄音機的水平。

下一步是計算需要多少衰減。為此，我們需要知道我們的信號需要多少空間。有了民謠歌手和他的原聲吉他，我預計會有15分貝的空間。為了獲得15 dB的裕量，我們對錄像機的模擬音頻輸入需要比-1 dBu的更大輸入規格低15 dB。換句話說，輸入必須低于-16 dBu。因此，衰減器需要將混頻器輸出信號降低約20dB。我們可以選擇一個20 dB衰減器，但我建議留一點余量并選擇一個25 dB衰減器。25 dB衰減器將混頻器輸出電平降至-21 dBu。然后我們將錄音機中的輸入增益調整設置為+5 dB 將信號電平提升到我們想要的-16 dBu。

我們現在設置為在數字錄音機的音頻信號上有15 dB的余量。雖然這個級別應該足夠多，但選擇比我們要求的稍大的衰減器會給我們一些額外的余量，以防我們發現我們需要超過15 dB的余量（這就是聲音檢查的目的）或者如果水平來自混頻器略高于0VU（+4 dBu）。如果是這種情況，我們只需重新調整數字編碼器的輸入增益即可。

摘要

熟悉音頻信號的性質（RMS +動態范圍）以及與之相關的各種測量單位，您可以讀取和解釋音頻設備輸入/輸出規格，并確定如何設置數字錄音機以確保更佳質量錄音可能。您還可以使用正確的術語與音頻專業人士交談，并了解要詢問的問題，以確保他們為您提供的音頻信號沒有任何意外。