MakeNoise03 - 振幅/響度/音量/增益 大亂斗

來自專欄 Make Noise7 人贊了文章MakeNoise01 - 聲音是什麼？?

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振幅/響度/音量/增益，這大概是 Sound engineering 入門的第一捆容易混淆的概念們。

(|3」∠)

振幅 Amplitude

振幅 Amplitude 是在波動或振動中，距離平衡位置或靜止位置的最大位移。 ?

最大正位移與最大負位移之差，稱為值域（range）或峰-峰幅度，是常規振幅的兩倍。

音源的振幅（物理量）與頻率、頻譜包絡以及時域包絡等其他因素一起，影響聲音的響度（感知量）。順便複習一下，頻率是聲源每分鐘震動次數的物理量，音高是感知量。

響度 Loudness

我們常用 Sound pressure level (SPL) 值來測量聲音的響度，單位為 dB。

不過 dB 並不是可以測量的物理量，它只是一個單位。來看看以下幾個概念，有助於我們理解響度到底是什麼：

• 聲壓/聲強（acoustic pressure）：是指聲波通過媒質時，由振動所產生的壓強改變數。聲壓的數值很大，不便於計算和描述，於是人們取了一個人耳剛剛能聽到 1kHz 聲音時候的聲壓值作為標準。
• 聲壓等級（SPL）：是描述聲音大小的物理量，用聲壓值除以上面提到的標準聲壓值，取了對數再乘以10，就得到 SPL，公式見下圖。
• 分貝（decibels/dB）：是描述物理量比值的單位（分貝不僅用於聲學，多用于衡量各種信號的強度、增益等）。

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從以上公式容易看到，響度和聲壓並不是線性關係。一個聲波大概需要 10 倍的壓強，才能讓我們在聽覺上感受到 2 倍的響度。

Fletcher-Munson 曲線總結了人耳對響度的敏感性。人耳對 3kHz~4kHz的聲音最敏感，其他頻率區域的聲音往往都需要經過放大才能被聽清。 ?

常見的響度範圍

大多數人能識別 3dB 的聲音幅度變化。下圖給出了常見的聲音場景的響度：

• 0 dB: 幾乎安靜無聲
• 40-50 dB: 室內環境音
• 50-60 dB: 低語聲
• 60-75 dB: 談話聲
• 80-85 dB: 最佳聲音響度區域，在混音時最高不應超過 85 dB
• 90 dB: 工廠雜訊，長時間暴露在這種環境中會損傷聽力
• 100 dB: 嬰兒哭聲
• 110 dB: 汽車喇叭
• 120 dB: 會引起疼痛和聽覺損傷的響度閾值
• 140 dB: 相當於連續猛烈敲擊軍鼓1分鐘
• 150-160 dB: 飛機引擎聲

不同槍支發射時的 SPL：

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Sound engineering 里的音量 Volume 和 增益 Gain 的區別

Volume 和 Gain 是初學者常常容易混淆的兩個概念（就像我現在……??????），在各種教程和工具界面里會頻繁出現這兩個詞，它們似乎都可以翻譯為「音量」。但它們是兩個不同的概念。

Gain

Gain 用來表示信號的強度，是音頻輸入信號和輸出信號差異的幅度。

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

可以說，gain 控制的是「進入」聲音設備的信號。

在數字音頻中，Gain 常用的單位是 dBFS。0 dBFS 是數字音頻中的最大值，正常值都為負數。如果大於 0 呢？音頻就會出現削波和失真。

Volume

Volume 是聲音大小（響度）的值，單位是 dBSPL(dB Sound Pressure Level)，測量的是聲波在環境中的壓強值。可以說，volume 控制的是從聲音設備「輸出」的聲響大小。

在混音時，volume 值保持在 80 dB 左右最佳。增大響度叫 boost，減小響度叫 cut。

在軟體中的使用場景

現在，我們知道可以將 Gain 理解為對信號的調整，將 Volume 理解為處理完成後聲音響度的聽覺感受。

這正好可以對應到 Max/MSP 和 Ableton Live 的實現中。

Max/MSP 很擅長數字信號處理，主要在信號層面做底層的調控。所以在 Max/MSP 中只有控制 gain 的對象，而沒有調控 volume 的對象。

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而 Ableton Live 善於處理音頻，疊加各種音效和編排音軌。控制每一個音軌的音量是最基本的功能之一。在界面功能中，它會把信號的 level 描述為 volume：

Volume in ableton live

從上面的視頻中可以看到，這個音軌的 peak level 是 -14.9，不會超過 0 ，實際上它控制的還是信號的 gain。

小結

• 振幅：波動的最大位置，並不是響度的唯一影響因素
• 響度：用物理量聲壓級 SPL 來測量，一般用簡化的單位 dB 來表示響度這一感知量
• 音量：在音頻處理時表示響度的概念，更多是指音頻輸出時聽覺感受到的聲音大小
• 增益：在音頻處理時表示信號強度的概念，更多是指音頻輸入與輸出時信號強度的差別

它們都是對聲音「大小」的不同描述，現在是不是更清晰一些了？

Ref

• Audio Engineering 101 - A Beginners Guide to Music Production
• Sound: Crash Course Physics #18 - YouTube
• Sound pressure - Wikiwand
• 響度與振幅與分貝的關係是什麼？ - 知乎
• Fletcher–Munson curves - Wikiwand
• Tips from a Recording Engineer: The Critical Difference Between Gain and Volume
• Gain vs Volume - Production Concepts - YouTube

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