软件的内部处理精度(Precision)到底意味着什么【转载】

葫芦娃

楼主 葫芦娃说：
答应大家写这篇文章很久了,一直没有时间.今天豁出去一个晚上,给大家写出来.本来这篇文章是在我 的新教程里面的.但是在春节的时候,我不小心把已经写好 100 多页的教程格式化了,现在只好重新写. 每一个从事声音制作的人,都非常重视声音从录制到混音再到成品的每一个过程.都会尽可能的使用 更加高级昂贵的设备.以充分保证声音的品质. 那么,我们能够改善的环节都有哪些呢?好的话筒,好的话放,好的效果器,好的 ad/da 转换器,好 的监听音箱, 等等……既然我们讨论的是软件, 那么在这所有的过程当中, 我们忽略了什么呢?那就是软件. 软件对于我们,早已经不仅仅是起到一个多轨录音机的作用了.而在更大的程度上代替了传统的调音台的 作用. 业界几乎有一个惯例,就是用数字工作站(软件)录音,然后分轨输出到模拟调音台上面混音.但是 这样做是不是真的有意义呢?去年,曾经有过一次讨论,就是到底软件能不能代替传统的模拟调音台.大 家的意见似乎是偏向于软件还不能代替调音台.归根结底,原因就是因为音质问题.大家总是觉得,经过 软件 mix 出来的声音,总是不如硬件调音台出来的好.到底是不是真的这样呢?我将会在这篇文章里面给 大家一个答案. 首先,我们要考虑的就是,到底软件在混音的时候,对声音都干了些什么.有没有哪些过程是我们所 无法知道的呢?答案是肯定的.作为用户的我们,无法知道软件的处理核心以及原理到底是什么. 人们在评价硬件设备的时候,一个很关键的参考就是主观听感.现在几乎任何一款专业声卡,都可以做到 近乎完美的平直频响曲线,但是,为什么还有那么多的优秀的 ad/da 转换器在生产并且销售呢?答案就是 主观听感!声音制作的关键就是要好听.而不是什么频响曲线的限制.所以,很多著名的 ad/da 转换器的 频响曲线并不平直.但是声音很好听.所以主观听感成为了评判设备的一个重要依据. 在国外,曾经有人做过类似的主观听觉测试.集中了一批著名的制作人和录音师(Digidesign 在发布了 Pro Tools HD 之后就曾经做过这样的测试) ,让他们分辨从工作站里面出来的声音和从顶级模拟调音台出来的 声音.结果发现,没有人能够准确地分辨出来.从这个角度来说,软件录音的音质是完全没有问题的.但 是,如果用软件混音,问题就会出现了.大家很早就发现了,用软件混音出来的声音层次感以及细节的重 现,远远不如用模拟调音台.这是为什么呢?这就涉及到软件的处理精度了. 在这个讨论当中,我们首先假定你的一切外部硬件设备都是无可挑剔的,令人满意的.接下来,我们就要 去探索软件在混音的过程当中,到底对声音作了些什么. 目前主流的混音软件的处理精度有 24bit,32bit,48bit 等等.Cubase SX 2.0 以后支持 32bit 处理精度(之 前是 24bit) ;Samplitude 2496 自从我所知道的 4.7 版本就已经支持了 32bit;Sonar 在 4.0 版本的时候开始 支持了 32bit(之前是 24bit) ;Logic Audio 使用 32bit 处理;Pro Tools Mix 以及 Pro Tools LE 使用 32bit 处 理;Pro Tools HD 采用 48bit 处理.那么不同的处理精度会带来什么样不同的结果呢? 我们首先来看一下一个具有 24bit 处理精度的数字工作站所能够具有的性能. 一个 24bit 精度的数字工作站 能够传送高达 146db 动态范围的声音信号.这样的动态范围已经超越了当今市场上所能买到的最好的 ad/da 转换器的动态范围.
为了简要地说明 bit 数目与信噪比(动态范围)的关系,我给大家说明一下计算公式:在没有使用抖晃处理 (dither)的系统当中,信噪比=bit 数目 X 6.02 +1.76db.举例来说,24bit 无抖晃处理的数字录音系统, 能够记录 146db 的动态范围.我们通常会简化为:1bit=6db. 在电平逐渐降低的时候,声音的失真就会变得明显.在电平非常低的时候,声音的失真会变得很明显.为 了减少这种失真,我们使用一种叫做抖晃处理(dither)的工具.这种处理为声音信号加入少量的噪声,使 得低电平信号变得更加活跃,这样就可以记录下更多的声音细节信息. 在使用 TPDF(triangular probability distribution function)抖晃处理的系统当中,信噪比=bit 数目 X 6.02 3db. 一个 24bit 的, 使用 TPDF 抖晃处理的数字录音系统可以最多记录 141.5db 的动态范围. 比不使用 dither 减少了 4.5db.但是如果不使用抖晃处理又会如何呢?大家知道,在数字音频的电平降低的时候,会导致 失真度的增加,电平越低,失真越严重!我们都喜欢透明的清晰的声音,但是这样的声音是以丰富的声音 细节作为基础的,而数字声音电平降低所导致的失真却丢失了大量的声音细节.使得声音不再透明,不再 清晰.早期的 CD 产品就曾经因此饱受贬抑.并且是数字声音得到了"冰冷"的评价.尤其是那个时候的 CD 唱片的平均电平远远小于现在的 CD 唱片.而如果正确地使用了 dither 处理,那么这种数字失真可以完全 被剔出.而且我们依然能得到 140db 的声音动态.所以,由于使用抖晃处理所损失的那 4.5db 是完全值得 的. 那么 24bit 的处理精度够不够用呢?那要看你干什么了.如果你仅仅是用来录制和回放单轨的声音,并且 这个声音的动态范围不超过 140db,那肯定是够用了.那么如果你要使用 24bit 的数字系统进行多轨混音 呢?并且不能让总电平超过 0db.还够不够呢? 这里,就要说到现在我们在使用的调音台的布局原理了.现在我们所使用的调音台都是使用加法运算的. 也就是说,如果你将多轨完全不相同的信号以相同电平混合在一起,轨数枚增加一倍(1 轨增加到两轨,2 轨增加到 4 轨,4 轨增加到 8 轨……) ,总电平将会提升 3db.如果你将多轨完全相同的信号以相同电平混 合在一起,轨数枚增加一倍,总电平将会提升 6db.那些使用多个话筒录音得到的信号,比如鼓组,钢琴 等等,轨数加倍,电平的提升会不固定在 3 到 6db 之间. 我们假设,将 64 轨完全不相同的 0db 电平的信号混合在一起,总电平将会是+18db.为了不让声音过载, 我们必须把每一轨的推子拉下来 18db.那么我们已经知道了,1bit=6db.那么每一轨的推子拉下来 18db 将会使所有本来 24bit 的声音变成了 21bit 的声音. 那么 21bit 的声音是不是就无法接受呢?那也要看你想干什么了.目前绝大部分的 ad/da 转换器只能达到 120db 的信噪比,而没有经过抖晃处理的 21bit 的声音能够达到 127.76db 的动态范围,听起来好像也还可 以.但是,事情不是这么简单的.因为丢失了 bit 数,不仅仅损失了动态范围,而且还损失了非常珍贵的声 音细节.而且,当你把这 64 轨的声音混合到一起的时候,这 64 轨声音由于丢失细节所产生的失真也会被 加到一起.这样看来,情况好像就不是很乐观了. 于是,产生了 32bit 的处理精度.为什么是 32bit 呢?我们可以设想,一个 128 轨的调音台(目前超过 64 轨的分轨比比皆是) ,将 128 轨完全不相同的 0db 电平的信号混合在一起,为了不让总电平过载,我们需 要最少 7bit 的空间,来承受超出的那部分电平.而且,几乎所有的调音台推子的最高电平都不会是 0db, 大部分都是+6db.于是,我们需要再增加 1bit,于是,就成为了 32bit 处理.这样,我们就不用担心声音 会破掉了.内部处理是不会破的.如果总推子上的电平超过了 0db,只要把总推子拉下来就可以了.
这样看来,好像 32bit 处理已经足够了.到底是不是这样呢?我来问大家一个问题,答案就昭然若揭了! 谁在混音当中能够让所有的推子都保持在 0db 或者更高?也就是说,在一个最高电平是+6db 的调音台上, 每一轨之间的音量差异最多也就能有 6db.这肯定不行!所以,我们还要在必要的时候把推子往下拉,那 么往下拉推子,就又会丢失 bit 数,并且损失声音细节!看来 32bit 还是不太够. 那么,到底多高的处理精度才够呢?这样看来,我们不但要在 0db 以上增加 bit 数,还要在 0db 以下增加 bit 数,用来保证即使把推子拉下来,也不会损失声音的细节!那么,我们需要在 0db 以下增加多少 bit 数 呢?通常,当我们在混音当中把推子拉到-30db 以下的时候,声音就几乎听不到了.那么,也就是说,我 们最少还要增加 5bit 处理精度,达到 37bit.那么把推子拉到-30db 以下,声音真的完全听不到了吗?不会 的.那么到底多少才够用呢? 当当当当! Tools HD 采用了 48bit 处理精度, 0db 以下加上了 16bit, Pro 在 也就是说, 当你把推子拉到-96db 的时候,你的声音依然是 24bit 的.这样,就彻底解决了以往数字调音台在降低电平的时候损失声音细节 的问题了!当这个问题被解决以后,模拟调音台还有什么优势呢?当然,有人觉得模拟调音台在主观听觉 上要好听一些,没关系,那你可以混音完毕以后,在顶级模拟调音台上过一遍,加上你认为好听的声染, 就可以了. 而且,现在超过 48khz 采样频率的声音,更加完美地记录了声音的复杂的相位信息.使得模拟调音台混音 看来没有太多的必要了. 当然, 如果你迷恋模拟调音台的声音, 也没关系, 买一条顶级模拟调音台的 channel, 也不过几万块,混好的声音从上面过一下,就可以了,总好过买整整一台顶级模拟调音台吧? 据我目前所掌握的消息,除了 Pro Tools HD 以外,还有一部分声卡的硬件 dsp 处理超过了 32bit 精度.比 如 Apogee 的声卡,同样是 48bit 内部处理.只不过没有那么多轨就是了.还有 rme 的全部声卡,都采用 40bit 内部处理,可以让你把推子拉到-48db 而不损失声音细节! 最后说一句,大家别打我,我不是给 Digidesign 做广告,只是借助这个产品为大家讲述不同的内部处理精 度到底能起到什么样的作用!还有一些软件,播放声音的时候明显靓丽许多,比如 Logic Audio,能够明显 感觉到高频部分比原来的声音更加亮丽!就是因为它采用这样的方式来弥补 32bit 处理所带来的不足.通 过增加高频带来声音更多的细节感. 关于 Pro Tools HD 是如何在 dsp 运算当中做到 48bit 处理的,以后有机会再给大家讲解!
本文出自 midifan月刊


倪科

沙发 倪科说：回楼主葫芦娃
楼主，建议以后发这样的文章最好写明转自网络，这篇文章我在某网站上看到过了，难道发文的大神是您啊？还有，您不只是发了这一篇文章的，如果追究版权那要吃官司哦！希望楼主谨慎。网文没有说不让转载，但是，为了作者利益还是写清楚出处会比较好。本人忠告，绝无恶意，如若有冒犯之处还望楼主海涵。

王晓波

板凳 王晓波说：回沙发倪科
楼主在帖子底部有标明文章出自midifan月刊。

琴韵晓波

地板 琴韵晓波说：回沙发倪科
为了保险起见，我还是帮楼主在帖子标题上添加上转载字样吧。

葫芦娃

5楼 葫芦娃说：回沙发倪科
好的，多谢你提醒，好在老王已经帮我添加上了转载的字样了。