相信學(xué)習(xí)音樂(lè)制作的同學(xué)在混音階段經(jīng)常會(huì)碰到各種關(guān)于聲音的單位,其中具代表性的可能就是分貝家族的單位了,如dBSPL、dBm、dBu、dBV、dBFS等。
那么,這些單位分別表示什么,又有什么區(qū)別呢?
一、描述聲音信號(hào)強(qiáng)弱的單位:分貝(dB)
我們都知道,聲音本質(zhì)上是一種物理上的波,這種波傳到我們的耳膜上引起耳膜的振動(dòng),然后轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)傳遞到我們的大腦,我們就聽(tīng)到了聲音。
描述聲音的指標(biāo)有很多,如音高、音色、音量等等。其中,我們常見(jiàn)的“分貝(dB/decibel)”,就是用來(lái)描述聲音信號(hào)的聲強(qiáng)級(jí)的一個(gè)單位,在某些時(shí)候也可以近似地理解成描述聲音大小的一個(gè)單位。
不過(guò),值得注意的是,“分貝(dB)”這個(gè)單位其實(shí)是一種相對(duì)的概念,即它并不能像描述頻率的“赫茲(Hz)”、描述質(zhì)量的“克(g)”、描述長(zhǎng)度的“米(m)”那樣給出一個(gè)客觀(guān)的量,而只能給出兩個(gè)相同物理量的比值。
畢竟,“分貝(dB)”這個(gè)單位并不是聲學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)屬單位,其一開(kāi)始是來(lái)源于長(zhǎng)途電訊的計(jì)測(cè)的,后來(lái)才被應(yīng)用在電工、無(wú)線(xiàn)電、力學(xué)、沖擊振動(dòng)、機(jī)械功率和聲學(xué)等領(lǐng)域。
二、不帶后綴的dB(dBSPL)
我們常見(jiàn)的分貝家族的單位應(yīng)該就是不帶后綴的“dB”了,其完整形式應(yīng)該是“dBSPL”,其后的“SPL”是“Sound Pressure Levels(聲壓級(jí))”的縮寫(xiě)。
因此,我們可以看到,這個(gè)單位側(cè)重的是聲音的振動(dòng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng),即聲壓(單位為Pa)。聲強(qiáng)級(jí)與聲壓的平方成正比,遵循I=(P^2)/Z的關(guān)系。其中,I為聲強(qiáng)級(jí),P為聲壓,Z為媒介的特性聲阻,而Z又等于聲速(C)和密度(ρ)的乘積。
前面我們提到了,分貝是一個(gè)比值。所以既然有與其成正比的值,那么相應(yīng)地就有與其成反比的值。
這個(gè)成反比的值是人為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)聲壓值。在dBSPL的語(yǔ)境下,則是人耳在1000Hz的頻率下能聽(tīng)到的小的聲音的聲壓值,大小是0.00002Pa。我們規(guī)定聲壓在這個(gè)值的時(shí)候聲音信號(hào)的聲強(qiáng)級(jí)為0dBSPL。
我們發(fā)現(xiàn),如果僅僅只是具體的聲壓與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲壓的比值的話(huà),那么得出的分貝值只能為正數(shù),一些聲壓小于0.00002Pa的聲音的分貝值也是正數(shù),這顯然不合理。
因此,在具體的公式中,我們還引入了對(duì)數(shù):
其中,I為聲音信號(hào)的聲強(qiáng)級(jí),單位為dBSPL;P為我們具體測(cè)定的聲壓,單位為Pa。之所以這里有個(gè)平方,是因?yàn)榍懊嫣岬搅?,聲?qiáng)和聲壓遵循I=(P^2)/Z的關(guān)系。
可以看出,這個(gè)公式直接計(jì)算出來(lái)的值是沒(méi)有單位的,在這里我們?nèi)藶榈丶由蟙BSPL的單位,簡(jiǎn)寫(xiě)為dB。
三、dBm、dBu、dBV
事實(shí)上,在分貝家族的單位里,只有dBSPL是與物質(zhì)世界中的聲波有直接關(guān)系的,剩下的單位都是間接地表示物質(zhì)世界中的聲音信號(hào)的聲強(qiáng)級(jí)的。
其中,dBm、dBu、dBV這三個(gè)單位都是與電信號(hào)相關(guān)的,通過(guò)表示電信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)間接反映聲音信號(hào)的聲強(qiáng)級(jí)。畢竟,現(xiàn)在的很多音頻文件都是以數(shù)字信號(hào)的形式儲(chǔ)存于電腦等電子設(shè)備中的。
與前面的dBSPL類(lèi)似地,dBm的計(jì)算同樣也涉及到一對(duì)單位相同的值的比值,一個(gè)是具體的測(cè)定值,一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)值。這里選取的測(cè)定值是聲音的功率,而標(biāo)準(zhǔn)值則是0.001W這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率值。
這里的這個(gè)“P”不再是壓強(qiáng)了,而是功率了。同樣,可以看出,這個(gè)公式直接計(jì)算出來(lái)的值也是沒(méi)有單位的,在這里我們?nèi)藶榈丶由蟙Bm的單位。
dBu的計(jì)算跟dBm是一脈相承的,其選用的兩個(gè)值分別是具體測(cè)定的電壓值和標(biāo)準(zhǔn)電壓值。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓值可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)功率值和上世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)電阻600Ω計(jì)算出來(lái),約為0.7746V。dBu的公式為:
這里的“U”是具體測(cè)定的電壓。對(duì)于這個(gè)公式直接計(jì)算出來(lái)的值,我們加上dBu的單位。這里之所以有二次方,是因?yàn)殡娮枰欢〞r(shí)功率與電壓的平方成正比。
接下來(lái)的dBV其實(shí)跟dBu是一類(lèi)的,只是二者的標(biāo)準(zhǔn)電壓值不同。計(jì)算dBV所用到的標(biāo)準(zhǔn)電壓值為1V,這是在標(biāo)準(zhǔn)電阻為1000Ω的情況下計(jì)算出來(lái)的。dBV的公式為:
對(duì)于這個(gè)公式直接計(jì)算出來(lái)的值,我們加上dBV的單位。
四、dBFS
終于到了跟dBSPL、dBm、dBu、dBV都不同的dBFS了。如果說(shuō)dBSPL、dBm、dBu、dBV這幾個(gè)單位衡量的至少都是模擬信號(hào)的話(huà),那么dBFS的對(duì)象就是純數(shù)字信號(hào)了。
此外,dBFS與它們的一個(gè)很明顯的區(qū)別就是,0dBFS是這個(gè)單位的標(biāo)定大值,所有超出0dBFS的值都屬于異常情況。這個(gè),通過(guò)觀(guān)察dBFS的后綴“FS(Full Scale,滿(mǎn)刻度)”也可以看出端倪。
宿主軟件中常見(jiàn)的調(diào)音臺(tái)上的電平的單位就是dBFS。我們可以觀(guān)察到,這里的電平一般都是負(fù)數(shù),偶爾電平呈正數(shù)的時(shí)候電平條就會(huì)變色,這就是提示你電平超過(guò)0dBFS了,需要進(jìn)行調(diào)整。
一般來(lái)說(shuō),我們?cè)谒拗鬈浖行陆üこ痰臅r(shí)候,往往都會(huì)提示我們選用采樣精度,如16bit、24bit和32bit(float),而dBFS的計(jì)算在不同采樣精度下也是不一樣的。
拿16bit來(lái)舉例。16bit的格式可記錄的聲音的動(dòng)態(tài)范圍為2的16次方也就是65536個(gè)單位。假設(shè)我們測(cè)定的某個(gè)音頻的動(dòng)態(tài)為D,如果想要將D的單位換算成dBFS,就需要運(yùn)用到下面的這樣一個(gè)公式:
可以觀(guān)察到,當(dāng)D小于65536的時(shí)候,I總是為負(fù)的;當(dāng)D等于65536的時(shí)候,I為0;而當(dāng)I大于65536的時(shí)候,I大于0,屬于異常情況。
另外,當(dāng)D等于0,也就是沒(méi)有電平的時(shí)候,I等于負(fù)無(wú)窮,這時(shí)電平的值也會(huì)變成“-∞”的記號(hào)。
以此類(lèi)推,我們可以得到24bit下的dBFS的計(jì)算公式為:
32bit下的dBFS的計(jì)算公式為:
以上的這三個(gè)公式計(jì)算的結(jié)果都沒(méi)有單位,我們?nèi)藶榈亟o結(jié)果加上dBFS的單位。
五、總結(jié)
讓我們簡(jiǎn)單地總結(jié)一下。分貝其實(shí)并不是一個(gè)表示聲音大小的單位,其表示的是一對(duì)相同物理量的比值,其具體的值取決于被觀(guān)測(cè)的物理量和相應(yīng)的人為規(guī)定的基準(zhǔn)值。
其中,dBSPL的被測(cè)量是聲壓,其基準(zhǔn)值是0.00002Pa;dBm的被測(cè)量是功率,其基準(zhǔn)值是0.001W;dBu的被測(cè)量是電壓,其基準(zhǔn)值是0.7746V;dBV的被測(cè)量也是電壓,其基準(zhǔn)值是1V。
與以上幾個(gè)都不同,dBFS的被測(cè)量是數(shù)字音頻領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)值,其基準(zhǔn)值在不同采樣精度下不同,16bit下是65536個(gè)單位,24bit下是16777216個(gè)單位,32bit下是4294967296個(gè)單位。
我們?cè)谏钪新?tīng)人說(shuō)的“分貝”一般指的是dBSPL,這個(gè)值可正可負(fù),理論上來(lái)說(shuō)沒(méi)有上下限;在音樂(lè)制作中,我們常遇見(jiàn)的“分貝”多數(shù)情況下指的是dBFS,這個(gè)值絕大多數(shù)情況下是負(fù)的,且有理論上限0dBFS。
本文來(lái)源:上和弦 ,若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們將及時(shí)更正、刪除,謝謝。
本文作者:辰諳