2021年4月15日 星期四 05:38

理解采样间峰值

深入研讨 理论知识 理解采样间峰值

采样间峰值是D/A转换过程中的一个现象,即重建滤波器制造出的超过0dBFS的信号电平。
采样间峰值是D/A转换过程中的一个现象,即重建滤波器制造出的超过0dBFS的信号电平。

采样间峰值现象是困扰新手母带工程师的一个问题。许多发烧友坚持认为这是所谓的响度战争导致的,我们本可以完全避免这种形式的失真。而另一些人则认为,采样间峰值是一个很少见的现象,根本不值得关注。

那么,采样间峰值究竟是什么呢?是否值得我们去关注呢?

感受峰

要理解采样间峰值的含义,我们需要深入理解数字领域的信号电平,尤其是数字到模拟的转换过程。众所周知,数字领域的信号电平是以连续的数字表示的,最响的录制信号是0dBFS(0dB Full Scale)。在数字领域中,当信号以超过0dBFS的电平进行录制时,波形中超过0dBFS的采样将被“削掉”。当然,大部分的数字录音都会留有充足的动态余量——所有工程师都害怕碰到“数字用尽”的窘境。

MP3转换处理也会在峰值信号中引入糟糕的失真,而Sonnox推出的Pro-Codec可以预防这些问题的发生。
MP3转换处理也会在峰值信号中引入糟糕的失真,而Sonnox推出的Pro-Codec可以预防这些问题的发生。

在混音和母带处理阶段,工程师们很容易将最终的信号增加到0dBFS。现代音乐中大部分的响度都来自激进的砖墙限制。它将峰值作为处理目标,让母带冲到0dBFS,但同时又不让听众听到削波的发生。在这个电平就是一切的世界里,这种处理方式完全能够理解。你得确保自己的歌曲更响,至少,是与竞争者一样的。但是,在我们将峰值表挤压到0dBFS的时候,是否考虑到了音频的质量?

过还是超越

之所以将母带处理到0dBFS,完全是因为我们假设数字信号电平是一个绝对值——换句话说,就是任何东西都不能超过0dBFS。在我们设置好最终混音或母带的电平后,还有一系列的信号路径需要考虑。我们无法直接听到数字音频,所以每一段数字音乐都需要转换为模拟信号,这样才能被听到。作为这个转换过程的一部分,数模转换器采用了一类重建滤波器——将步进式的数字波形通过插值法制造成平滑的最终输出。

作为插值处理的一部分,重建滤波器会在最终的输出电平上制造一点细微的差异。当然,对于大部分的动态范围来说,这些小的电平变化根本不值一提。但在接近0dBFS的信号上,这些小小的电平变化就会造成问题。在这里,不同级别的转换器和电子元件存在的问题程度不同。发烧级的D/A转换器能提供这些动态余量,但廉价的CD播放器则没有动态余量来容纳这些采样间的峰值。简单来说,就是在录音室中,你的混音听起来没有失真,但可能会在廉价的hi-fi设备上发生峰值削波。

当混音经过“激进”的母带处理并转换成有损的音频编码,如MP3时,会发生什么变化呢?虽然这不是采样间峰值问题的一部分,但也值得注意。为了让数据按照指定数量进行衰减,许多编码应用了各种形式的滤波来减少音频信息,有损的编码通常应用着严酷的滤波处理。与D/A转换处理阶段中的重建滤波器一样,编码滤波也会在未压缩的原始音频文件与数据压缩后的版本间制造出一定程度的电平差异。正如你所预见的,数据压缩的程度越大,音频就越容易出现失真。

Ozone的Maximizer通过对转换后可能存在的峰值电平做出预估来避免采样间峰值的出现。
Ozone的Maximizer通过对转换后可能存在的峰值电平做出预估来避免采样间峰值的出现。

值处理

认识了采样间峰值背后的问题和缘由,那有什么实际的措施可以用来避免它们呢?当然,最直观的解决方案就是在母带的峰值电平和0dBFS之间留出一定程度的动态余量。问题就是这些建议措施之间也存在差异,有的发烧友坚持认为-3dBFS是唯一安全的峰值电平,而另外一些则理所当然地将母带电平做到了-0.3dBFS。问题是,在CD播放器和DAC之间有太多的类型,这个恰当的安全空间很难去定义。而且,我们还没有考虑音乐本身的动态和音色的品质呈现。

另外,还有一个解决采样间峰值的简单办法,就是使用改良的数表,比如在SSL的X-ISM(www.solidstatelogic.com);或者,数据压缩失真方面,使用Sonnox的Pro-Codec(www.sonnoxplugins.com)。以X-ISM插件为例,数字有限脉冲响应(FIR)滤波器被用来模拟D/A转换中典型的插值处理,处理后的音频将进入一个“模拟的”采样间削波指示器。理论上讲,这个数表会在采样间峰值可能发生的时候进行指示(当然,它的结果不是绝对的),以便你更好地设置最终的动态余量。

SSL的X-ISM插件模拟了D/A重建滤波器的行为,指示了采样内峰值可能出现的位置。
SSL的X-ISM插件模拟了D/A重建滤波器的行为,能指示出采样间峰值可能出现的位置。

最大动态余量

因为能够实时地进行编码,所以Sonnox的Pro-Codec可以在最终文件渲染完成之前,识别出任何不需要的峰值失真。当然,以数据压缩为例,你可以通过增加动态余量或改变数据压缩量(比特率越高,失真越少)来减少不必要的失真。不过,使用之前提到的X-ISM插件,你可以在动态余量的设定上做出更加明智的决定,避免日后出现问题。

除了提升动态余量和使用高级数表外,你也许会对一些“采样间”产品感兴趣。比如,iZotope的Ozone,在它的Maximizer控制中就包括了采样间探测(Intersample Detection)模式。当你激活采样间探测模式时,Ozone的Maximizer能有效地根据D/A转换后的电平(而不是当前数字采样的电平)来应用砖墙限制。简单来说,这是一种基于最终信号电平的智能限制形式,能够有效地回避采样间峰值,获得最大的响度。

呼吸空

采样间峰值的问题是响度战争中不可避免的产物,也是音乐行业缺乏规则和标准的表现。在很大程度上,我们可以用-3dBFS的峰值电平来解决采样间峰值的问题,像其他行业,如电影、电视广播,都有对最终信号电平和响度标准的严格限定。不过,音乐行业的散漫态度让响度战争愈演愈烈,音频品质被人抛至一边。当然,最讽刺的事就是,人们根本不在乎峰值电平,因为响度的主要依据是表示平均值的RMS电平。

当越来越多的工程师、音乐人和听众开始理解采样间峰值现象时,我们就更容易认真地去考虑音乐的品质。行业驱使的举措,比如“Mastered for iTunes”,便是行业人对响度和数据压缩问题的一些反思。因此,在未来,应该会有更少失真,更高比特率的标准出现,那时候,采样间峰值就将成为历史。

以下视频是来自Fabfilter的专家对采用间峰值的解释和探索:

原文地址:MusicTech

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乐极客创办人,独立音乐制作人,混音师。

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前期制作的重要性

好的,让我们假设你正在准备下一张专辑的录制。你已经找到了很多乐手,并且安排好了工程进度表。 那现在干什么?是不是直接就开始录制了?先等等,别像只饿狼一样。还有一个很重要的步骤需要你去做,那就是前期制作。 什么是前期制作? 前期制作是整张专辑的计划阶段。这时候,你会拿到歌曲最简化的形式(通常是吉他或钢琴加上人声),然后去计划应该怎样围绕它展开录音。 这是整个过程中很重要的一个阶段。如果我们把录制一张专辑比喻为做生意。那么,你就需要生意的计划。如果你没有计划而贸然行事,最后可能会为此抓破头皮。 编配的命运 前期制作在处理歌曲编配的问题上有着重要的地位。我并不是指专辑中曲目顺序的编排。当然,那也是你需要考虑的事,但在前期制作阶段并不是最重要的。 我指的是一个歌曲的轮廓或结构。在副歌与主歌之间的段落应该有多长?桥段是不是要再长一点?前奏应该多长?到底需不需要前奏?歌曲的速度保持不变还是有所变化? 你需要去问这些类型的问题,因为一旦开始第一个录制工程后,你就被锁定了。当歌曲的某些部分录制完毕后,就更不可能更改歌曲的编配了。 编配是一首歌的主干。你可以改变乐器来适应整首歌曲,但基本的布局还是一样。这就是一开始就要做好决定的原因。 前期制作的步骤 也许,整个前期制作的概念对你来说都很新。你会很想知道,实际中的操作应该是怎样的。这里有一些可以采纳的建议: 决定曲速 对于是否应该录制节拍器轨道,大家都各持己见。有人会说,音乐需要呼吸和流动,严格的速度会限制创造力。虽然这么说是有一定的道理,但很多乐手抱怨的原因都是自己无法在稳定速度下演奏。 如果你正在录制整支乐队,每个人都是一起演奏的,至少试着用一下节拍器。如果表现力真的会因此受到抑制,那就不用节拍器,让乐手自己演奏。捕捉充满感情和动态的表现要比固定速度下呆板的演奏好得多。 然而,如果你是采用叠加的方式录音的话,那最好设置固定的速度,这样会给你很大的帮助。下面是一些原因。 你可以录制单一部分的多条音轨。如果它们都是在同样的速度下录制的,那么在需要的时候,你可以回过头用不同的音轨代替。比如,吉他手在主歌的地方 没有问题,但到副歌的地方出了错。与其让他演奏一条完美的音轨,不如让他多录制几遍,就算最后没有完美的轨道,你也有很多备用的轨道可以做拼贴。 当你决定要在歌曲中加入MIDI乐器的时候,固定的曲速让你能更容易地对MIDI部分进行量化,并且可以对歌曲做循环播放。 有固定的曲速可以防止乐手演奏得过快。你应该经常遇到这样的事。当歌曲的能量增强时,乐手也会加快自己的速度。我自己就是这样。在表演的时候,我总是会演奏得快一些。在工作室中,我会用节拍器来控制我的演奏。 创建标记 大多数录音软件都有自己的标记系统。这是一种标示歌曲不同部分的简单方式。例如,前奏,主歌1,副歌等等。 有了这些标记,你会更有创造力,特别是在前期制作的阶段。让我们假设你已经有了歌曲的编配方案,但是还不确定在什么时候让鼓进入,或者什么时候加入 背景和声。那试着标记出这些不同的想法吧。这样在下一次打开工程时,就不会忘记了。事实上,在Pro Tools中,你可以对标记做笔记(如图),所以你可以在每个部分记录下你想要尝试的东西。这些会跟随工程一起保存,所以不用拿出笔和纸记录。 录制粗稿 粗稿是指进行基本的,快速的录音,用它作为你的指导。最典型的,是用吉他或钢琴配合人声,在设定的曲速上录制。(开始我会用“X”表示,比如X吉他,X人声这样。) 粗略录制不需要太注重音质。因为通常来讲这些部分之后都会被替换。录制粗稿的目的是让你能听到编曲和歌曲的速度,以决定之后的工作。 我建议你在第一次录音工程前先进行粗稿的录制。你可以在接下来的几天内反复聆听,然后思考编曲中是否有需要修改的地方。 既然这些轨道并不重要,那么你可以对它进行自由的划分。当你在做复制粘贴的时候你不需要太计较过渡部分是否平滑。这时候最重要的是确定编曲是否合适。 一旦有了自己喜欢的编曲,你就可以开始录制“真实”的部分了。最后,就可以将粗稿的那一轨删掉了。 加以时日 当前期制作完成后,你可能急着想开始录音,让它赶紧出炉。然而,请确认前期制作到第一次录制之间留有一些缓冲时间。让粗稿有一点时间进行“酝酿”,特别是你对于要录制的歌曲感觉还相对较新。 当完成一首歌的创作后,我通常都会做一个快速录音。再过几天,我会回头听一下这个录音。通常每一次我都会想出一些好的点子。给自己一些时间,能让我在最后的录制前做一些更改。 我知道,这个准备看起来很浪费时间,但是它却可以防止你在录制途中发生变故,其实是在节省时间。所有你喜欢的专辑都不是一时兴起就录完了的。他们都会做很周密的计划。我们不会在音乐中听到计划,但我们可以听到表现完美,编配精心的专辑。 你有什么关于前期制作的技巧想要分享吗?请给我们留言。 (作者:Joe Gilder 编译:Logic Loc)
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