認識頻譜儀軟體 - midifan：我們關注電腦音樂

分享到：

說到「頻譜」這個詞，它好像是一種很神秘的東西，有一次有人在棚里問我這個軟體是什麼，答曰：頻譜儀。其納悶地問我：頻譜儀不是治病用的么？真是讓偶哭笑不得，結果，現在竟然還出現了「頻譜水」，喝了會如何如何對身體好，說到底還是老百姓缺乏科學知識的結果，才使得那麼多打著「科學」幌子的賺錢辦法出現……在這篇文章中，我們來說一說我們在音樂製作中經常要用到的一種軟體：頻譜儀。在寫文章之前，我先來點一支頻譜煙……哈哈哈哈

言歸正傳。究竟什麼是「頻譜」？這要從波形本身說起。我們知道，一切聲音都是由振動產生的。之所以自然界中的聲音千變萬化各不相同，是因為它們的振動也各不相同。我們看吉他、琵琶或者其他弦樂器，它的每一根琴弦的直徑都是不一樣的。琴弦越粗，聲音也就越低。反之則越高。很顯然粗的弦就不如細的振動得快。音高不同的產生，就是由於振動的頻率不同。很顯然頻率越高，音高就越高。

聲音頻率的單位是赫茲，英文簡寫為Hz。赫茲 (1857-1894)，是德國物理學家，他發現了電磁波，為了紀念他，人們用它的名字來做為頻率的單位。所謂一赫茲，就是一秒鐘振動一次。那麼440Hz呢，當然就是每秒振動440次。這個聲音就是音樂中的標準A音，是樂器定音的標準。而鋼琴中央C的頻率則是261.63Hz。

我們人的耳朵能夠聽到的頻率範圍，是20Hz到20000Hz。也就是說，這個範圍內的聲音是人類能夠聽到的所有聲音。低於這個頻率範圍的聲音叫次聲波，而高於這個頻率範圍的聲音叫做超聲波，這些聲音，人類都已經不能聽到了。次聲波可以用來製造殺人武器，因為人體內髒的固有的振動頻率是0.01?20赫茲之間，屬於次聲波，如果發射振動頻率與人體內髒的振動頻率相同或接近的次聲波，就會引起各種臟器的共振，殺人於無形。所謂現在的那些治病的「頻譜儀」，要是真的能發出和人體相同頻譜的波，那這種東東肯定很受恐怖分子的喜愛。呵呵，幸好那是哄不懂科學知識的老百姓用的。高於20KHz的超聲波，已經廣泛地應用於醫學、軍事等等各方面。比如潛艇使用的聲納、超聲波碎結石等等技術。

我們的聽到的音樂，當然都在人耳可聽到的這個範圍之內：20Hz到20KHz。所以這個範圍之外的頻段，和我們的音樂沒有關係。

比如下面的表格中是我們常見的一些人聲的基頻範圍：

根據傅立葉分析，任何聲音可以分解為數個甚至無限個正弦波，而它們往往又包含有無數多的諧波分量。而它們又往往是時刻在變化著。所以一個聲音的構成其實是很複雜的。將聲音的頻率分量繪製成曲線，就形成了頻譜。測量和描述聲音頻率特性的圖形顯示儀器，我們稱之為「頻譜儀」。

在通常的頻率測量中，頻率的表示方法常用倍頻程和1/3倍頻程。倍頻程的中心頻率為31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16KHz這十個頻率，後一個頻率均為前一個頻率的兩倍，因此被稱為倍頻程，而且後一個頻率的頻率帶寬也是前一個頻率的兩倍。在一些要求更精細的情況下，頻率劃分更細，比如1/3倍頻程，就是說把每個倍頻程再劃分成三個頻帶，中心頻率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、10K、12.5K、16K、20KHz等三十個頻率，後一個頻率均為前一個頻率的21/3倍。

除進行物理聲學上的研究以外，做為我們音樂人所使用的頻譜儀，大多都是用來顯示聲波從20赫茲到20000赫茲之間各個頻段的聲音分布情況，也就是人耳能聽到的這個頻段。因為音樂都在這個頻段內，超過這個頻段的頻譜儀，如100Hz到5KHz的，一般用於科學研究，和我們音樂製作沒有關係了。

早期頻譜儀都是模擬分析的。頻譜儀的原理就是將聲音信號通過一系列不同中心頻率的模擬帶通濾波器。每個帶通濾波器相當於一個共振電路，其特性由中心頻率（步進的）、頻帶寬度及響應時間表示。在聲音信號通過濾波器後，經過平方檢波器，並進行平均之後，在每個頻率上測定所傳輸的功率，從而得到信號的頻譜。

傳統的頻譜儀受到濾波器性能的制約，因為模擬電路本身的特性所局限，濾波器的帶寬和響應時間成反比，也就是說模擬濾波器的頻率分辨力與時間分解能力之間存在矛盾。因為頻譜儀所測量的往往都是非穩態聲，一般來說，都是使用若干個濾波器來覆蓋整個頻率範圍，並將信號同時並聯地輸入到這些濾波器上去。或者使用中心頻率能夠從低到高連續變化的濾波器。隨著科學技術的不斷進步，現在我們所使用的頻譜儀，已經不再是那些笨重而不準確的模擬儀器，而是軟體。它分析的其實是經過了AD轉換的數字信號。比起模擬濾波器，數字濾波器當然要更加迅速和精確，但頻譜儀軟體所測量的，是AD後的信號，也就是數字信號，因此這個信號是否準確，還要取決於音頻介面的性能。

目前的軟體頻譜儀有很多。大致可以分為獨立運行的和插件類兩種。不少音頻軟體也都自帶頻譜儀。而且，除了顯示頻譜之外，頻譜儀軟體往往都帶有其他功能。比如聲場、相位等等測量和顯示。它是音樂製作中不可缺少的重要工具。

下面我們先來以Pinguin這個獨立運行的頻譜儀軟體來看一下頻譜儀軟體的使用方法

Pinguin的界面如下圖：

圖1：Pinguin頻譜儀，點擊放大

在Device里設置聲音來源的埠即可使用。它由4個部分組成。我們依次來看一下：

1．PPM：電平表。顯示左右聲道的聲音電平大小。

2．Analyzer：分析儀。這是頻譜儀的頻譜顯示主窗口，也是最重要的部分。Pinguin的頻譜顯示是16Hz到20KHz，也就是說其低頻測量範圍比人耳的最大限度還要低一些。這是有必要的。因為在電腦音樂中有一些音色的音域是很隨意的，所以含有低於20Hz的低音成分也是很正常的，這時頻譜儀就可以顯示出來。當然，人耳是聽不出來的。在這個窗口上點擊右鍵可以調節其各項數值，比如響應時間、保留峰值顯示、左右聲道選擇以及顯示顏色等。

3．Stereo Meter：立體聲場儀。它很形象地顯示出這個聲音的聲場。左右聲道完全相同的時候，其顯示為一條豎線。而左右不同的時候，這個窗口就會很直觀地看出聲場的變化。這個圖形左右越寬，聲音越開闊，聲場也就越寬。如果其顯示為一條橫線，則表示聲音完全反相。

4．Correlation：相位差儀。最右邊是相位完全同相，在0度右邊均顯示為綠色。過了0，就顯示為紅色，最左邊則是完全反向。一般音樂要盡量避免過中間的0，（特殊效果除外）過0變紅，則左右相位有問題，這樣的音樂如果轉成Mono的時候（比如在電視機上播出），就會出現相位抵消現象，丟失聲音。

常用的獨立頻譜儀還有SonoScope。它的功能，使用方法和Pinguin基本一樣，不過要按下Start鍵才開始工作。其顏色、顯示精度、顯示模式均可自由調節。

圖2：SonoScope頻譜儀，點擊放大

獨立的頻譜儀軟體，優點在於使用簡單，無需打開其他音頻軟體。而插件式的頻譜儀軟體則需要像其他效果器插件一樣運行在宿主軟體中。在製作音樂和錄音、混音的過程中使用則非常方便。下面是目前常用的插件式頻譜儀LXI。

圖3：插件頻譜儀InspectorXL，點擊放大

它由幾個組件組成。其大致構和Pinguin大同小異。如電平表、立體聲場、頻譜顯示、相位差等。這個頻譜儀插件的精確度很好。值得一提的是，它的顯示方式比較多樣。比如頻譜顯示，它有三種顯示方式，一種是顯示各頻段峰值所構成的曲線圖。如圖：

圖4：峰值曲線，FFT運算（快速傅立葉轉換演算法）

另一種是傳統的柱型圖，如圖：

圖5：柱型圖（1/3倍頻程）

還有一種光譜分析圖。這種「光譜」顯示很有意思。其不同的顏色代表著不同的強度，可以一目了然地看出各個頻段的情況，非常直觀。

圖6：光譜分析圖

另外常用的頻譜儀還有Waves效果器插件包里自帶的PAZ，也很不錯。

圖7：PAZ頻譜儀

在音樂製作中，頻譜儀的作用是理性與感性的完美結合。在我們依靠監聽音箱、監聽耳機來感受聲音的同時，頻譜儀還可以給我們更加直觀的數據。一般來說，混音時，音樂作品的每個聲部都可以分別用頻譜儀來測試，也可以觀看整體的頻譜情況。需要注意的是，頻譜儀僅僅是一種輔助手段，而不是一種依賴和依靠，混音時，我們要相信頻譜儀的數字，更要相信自己的耳朵。當然，前提是監聽設備要準確。對於沒有專業監聽的音頻初學者來說，頻譜儀無疑是必需的軟體之一。