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削波的概念以及用法

TinG 添加于 2022-02-06 ·

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Audio Clipping(音频削波)是我们许多人都遇到过的现象。“音频削波”十分常见,在宿主软件、扬声器或声卡上通常会表示为红色的视觉来作为警示。遇到这种情况时,我们大部分的做法都是降低各种推子或旋钮,以让削波消失。当然这只是经验之谈,我们有必要把音频削波的概念、听感和处理方法也深入讲解一下。


什么是音频削波?

音频削波,是指在模拟或数字系统中,音频信号被放大到超出最大限制。这种情况也可以叫做Overdrive(过载),并且和吉他踏板效果器一样(吉他效果器也有叫过载的),二者都可以产生失真并降低音频信号的质量。

下面的图示展示了发生削波时的情况,削波使音频波形产生了失真。一般而言,音频波形看起来应当是光滑圆润的,但削波会直接“削掉”部分波峰和波谷,使之成为一块“砖头”。如果通过扬声器来播放这种“砖头”,就会产生刺耳的、不自然的噪声,这种噪声不仅听起来很难受,还会损坏你的扬声器。

当扬声器削波时,产生的现象在听觉上便可反映为“断续感”或者“失真”。如果令扬声器长时间处于削波状态,那么就会开始过热,并且损坏的风险会急剧上升。但很多扬声器都内置有预防措施来避免这种情况的发生,比如预装类似于限制器的软削波电路来限制噪声和失真现象。这些软削波电路一开始是在80年代用来限制扬声器的输入信号的,比如输入信号比扬声器所允许的最大电平还要大10dB,那么软削波电路就会限制该信号,以避免出现削波。


音频削波后听起来是什么样的?

 

削波是一种会导致声音失真的现象。失真在重金属和摇滚吉他中十分常见,但那种失真一般都是故意的,而且听起来也比较有感觉。在音乐行业中,有三种程度的失真,它们分别是:

  • Overdrive
  • Distortion
  • Fuzz

这三种程度听起来都很明显,但第二种和第三种的失真特别明显,程度最轻的是Overdrive。有时候Overdrive只会带来很少量的失真,甚至不会让人注意到。当你开始注意到音频质量有所损失,并且出现断续感时,失真就发生了(实际上要小于人耳可听闻的程度,这里是从实际应用出发)。Fuzz的程度最重,甚至可能会让人感到不悦。对于应该避免的偶然削波,和故意做出来的失真吉他,主要的区分方式就是削波是否发生在整个音频上(吉他和所有其它声音),并且有没有让声音变得难听。

上面红色的那条音频非常清楚地表明了削波的视觉效果,也很好地说明了失真的后果。削波会使音频损失辨识度和细节,使得声音不再清晰,取而代之的是出现了噪声、爆音、咝咝声等对音频无益的成分。


如何避免声音削波?

最需要注意的是,如果在设备链靠前的阶段产生了削波,那么不管你有没有设置正确的电平,最终都会导致削波。

比较直观的例子就是电脑上用来播放电影和音乐的VLC播放器,这种播放器允许用户将音量设置到200以上。如果你把电脑的扬声器声音设置地特别小,但把VLC播放器设置到很大很大,那么声音最后还是会削波,只不过带着削波整体听起来比较小罢了。

这个现象也叫做Gain Staging(增益分级),做好增益分级可以使削波消失,并确保后续不再发生削波。在处理削波的过程中,分清Volume(音量)和Gain(增益)的区别也是很重要的!


结论

导致削波的主要原因之一,就是音频信号在前往扬声器或耳机的过程中,在某个节点音量过大。这时在模拟系统中电压就会过高(电压代表音量和振幅),或者在数字系统中位深就会溢出。

要理解音频削波的基本概念,或掌握避免削波的方法,并不需要你先去考个什么电气工程师或者掌握特别高深的技术细节。只是这种现象时有发生,很多人都已经习惯了去处理它而已。

经过本文的介绍,你应该已经知道了什么是削波、削波的听感和避免削波的方法,更加深入的东西需要大家继续保持学习!


作者简介

本文作者名为Samuel Matthews,今年33岁,居住于曼切斯特。他专门代写杂志论文,并写有自己的侦探小说。Samuel喜欢学习新事物,也喜欢认识不同的人。他的爱好是旅行、运动和打鼓。


本文出自《midifan月刊》2022年01月第190期

 

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