-18 dBFS 就是新的 0 dBu
- 撰文：RUBEN TILGNER
- 编译：PBK @ iKnowMusic
- 校对：Sing T @ IKnowMusic
- 原文：https://www.elysia.com/18dbfs-is-the-new-0dbu/
概述
在专业音频领域中，音量电平的设置始终是个经久不衰的话题。事实也证明了其重要性：若您能在现场或录音棚中始终采用合理的音量电平设置，您就已经完成了混音工作的一大步。关于正确设置音量电平这门艺术，大家各有各的术语和说法，无论是“增益分级管理”（Gain Staging）、“音量电平平衡”（Leveling）、还是“增益结构”（Gain Structure）都大同小异。然而在实际工作中，即便是经验丰富的音频工程师，在何为“正确”的音量电平设置这一问题上通常也仅是略知一二。
就像解释足球的越位规则一样，想要成功获得平衡的音量电平状态，可谓是既简单也复杂。尤其是当数字和模拟设备需要在同一环境下进行协同工作时。本文将为您提供关于如何轻松管理“动态余量”（Headroom）的详实技巧，并针对“如何在数字制作环境中集成管理模拟硬件设备”这一问题提供有价值的思路。
那我们就开始吧！
数字vs.模拟
针对这一点，有个好消息，就是您不必在数字和模拟中做出“二选一”的抉择，因为在当下音乐制作（亦或混音/母带）场景中，我们两者皆需，而您只用了解一点专业知识就能令他们的协同工作顺畅无比。但实际情况是：一方面，数字现场调音台和数字录音系统的规格正变得越来越精巧，另一方面，其输入/输出通道的数量以及最大音轨数量也在与日俱增。
面对如此庞大的输入信号数量和音轨数量，我们就更需要始终保持合理的音量电平设置。好，我们从信号源开始讲起，并提出一个简单的问题：“您为什么需要一台话放设备？”答案也很简单：我们需要利用话放将麦克风信号放大为“线路信号”（Line Signal）。因为调音台、音频接口或DAW通常都在“线路音量电平”（Line Level）下运行，而非麦克风音量电平。包括“信号接入点”（Insert Points）或音频输出接口在内的所有音频接口也都是如此。问题在于我们实际需要多高的话放增益量？是否有一个“正确”的音量电平值呢？
答案是不存在一个放之四海而皆准的数值，不过确实有一个已在实际工作中得到充分验证的合理建议。该建议就是利用话放设备将所有输入信号的音量电平调整至线路音量电平。因为线路音量电平就是音频系统在运行时的最佳音量电平。
那么问题来了，到底什么是线路音量电平呢？在哪里可以读取其数值？接下来所撰述的内容就有些复杂了。在定义线路音量电平时需要用到“参考音量电平”（Reference Level），而参考音量电平根据不同的标准也会有所不同。根据德国广播标准，专业级音频设备的参考音量电平是+6 dBu（1.55V RMS，-9 dBFS），其在0 dBu时的参考电压为0.775 V（RMS有效值）；而在美国，模拟参考音量电平则为+4 dBu，其对应的参考电压为1.228 V（有效值）。此外，在专业音频技术中还会用到0 dBV的参考音量电平，其对应的参考电压正好是1 V（RMS有效值）；民用消费级音频设备（美国）的参考音量电平为-10 dBV，其对应的参考电压为0.3162V（RMS有效值）。在本文中，我们将主要以+4 dBu这一参考音量电平为例，因为大部分专业级音频设备都以此为线路音量电平。
dBu & dBV vs. dBFS
那么+4 dBu到底有什么含义呢？
在音频系统中，通常以对数比值单位“分贝”（dB）表示音量电平。然后有一个十分重要的点也需要了解的，就是数字和模拟调音台中的dB表头是不同的，任何一名曾经从模拟调音台换到数字调音台（反之亦然）的人想必都是知道这一点的。因此，先前的音量电平设置方法显然已经不再适用了。
原因何在？简单解释就是：模拟调音台大多都以0dBu（0.775V）作为参考音量电平，而数字调音台则采用欧洲广播联盟（EBU）制定的数字音频音量电平标准。根据EBU制定的这一标准，曾经模拟领域中的“0 dBu”如今就等同于-18 dBFS（Full Scale，满刻度）。数字调音台和DAW的用户们，请牢记：-18 dBFS就是新的0 dBu！
这句话听上去简单，但实际并非如此，因为dBu和dBFS这两种单位之间无法直接换算。不同的模拟设备有着不同的模拟电压，因此也就对应着不同的数字音量电平。许多专业级录音设备的额定输出（Nominal Output）为+4 dBu，而民用级音频设备则通常采用dBV为计量单位（即以-10dBV为参考音量电平）。更复杂的是，他们在“动态余量”（Headroom）方面也存在着巨大差异。在模拟设备中，当VU表的指针在0 dB附近时，也仍存有很大的动态余量。
而且在模拟信号产生“软削波”（Soft Clipping）失真之前通常还有20 dB的余量。而数字设备就没有这么“宽容”了，其音量电平值一旦超过0 dBFS就会产生“硬削波”（Hard Clipping），并带来糟糕的听感，这就意味着数字设备有其固定的上限，音量电平至此就不能再高了。
我们应将以下内容牢记于心：
模拟领域中的音量电平计量单位为dBu和dBV，而数字领域中的音量电平计量单位为dBFS。相应地，模拟调音台与数字调音台或DAW上的表头也不同。模拟表头中的读数以dBu为参考。
如果模拟表头显示的读数为0dB，就意味着调音台的输出音量电平为+4 dBu，此时仍有充裕的动态余量；而数字表头的刻度范围通常为-80至0 dBFS，其中0 dBFS代表产生削波失真的界限。为了更直观地对比二者的区别，我们再复习一遍这个公式：0 dBu（模拟）= -18 dBFS（数字）。许多数字音频设备都能用该公式进行音量电平换算，比如Yamaha的数字调音台，但并非全部数字产品都是如此。
以ProTools为例，他所采用的参考音量电平就是0 dBu = -20 dBFS。这种差别通常出现在欧洲和美国的音频设备之间。好在这一差别不会对我们的实际操作造成什么影响。因为当我们为音频信号设置合理的音量电平值时，两个dB的差距其实是无关紧要的。
浮点运算
那我们为什么还要考虑DAW中的音量电平配比问题呢？首先，现代的绝大部分DAW都采用浮点运算，这就为用户提供了几乎无限的动态余量和动态范围（理论上为1500 dB）。由于DAW的内部动态极大，以至于不可能出现削波失真，因此大家对此的普遍观点是“在采用浮点运算的数字音频软件中，您可以随心所欲地调节音量电平值，只要别让总输出过载就行。”这句话在理论上是对的，但若将其应用于实践就会产生很多问题。原因有二：首先，输入音量电平过高会使得一些插件（通常是模仿经硬件设备的插件）的表现不佳，并出现可闻的信号劣化；在极高的音量电平下工作还有第二个不良副作用：即无法在DAW中“插入”（Insert）模拟硬件设备。
其次，大多数常见的DAW都采用32 bit浮点运算的音频引擎，因此削波失真仅会发生在进入DAW的途中（如话放信号过载）或从DAW输出的途中（DA数模转换器信号过载）。但是这种情况比您想象得更常见。举个例子：使用过商用音频素材的人都知道，通常这类成品音频素材都经过了“响度标准化”（Normalized）处理，其响度最高的部分很容易就能达到峰值表的上限，即0 dBFS。假如我们同时播放几段这类音频素材，且其中有两段素材的音量电平值在某刻同时达到0 dBFS，那么此时总线上就已经出现削波失真了。
因此，您需要尽一切可能避免DAW中出现过高的音量电平值。
噪音发生器（Noise Generator）
到目前为止，我们已经讨论了削波失真和动态余量，但还未讨论与之相反的情况，即模拟和数字音频系统如何应对非常低的音量电平？在模拟领域中，情况如下：信号音量电平值越低，有用信号就越接近“本底噪声”（Noise Floor）。这也意味着此时的“信噪比”（Signal to Noise Ratio）并未达到最佳比值。低音量电平信号与本底噪声“同台竞技”，就不可避免会对声音品质造成“附带伤害”。
因此，在模拟环境下，我们应始终保持合理的音量电平值，并使用信噪比良好的高品质模拟设备。这是在重要的工作场景（例如录制古典乐或动态很大的音乐）下保证模拟录音尽可能无噪声的唯一方法。那么在数字领域中情况又如何？
好消息是，在数字领域中您无需担心本底噪声的问题。因为他根本不存在。然而，在数字环境中，低录音音量电平会导致其他的问题，这些问题的原因与数字信号转换器的工作方式有关。
在信号音量电平达到满刻度（0dBFS）时，24 bit AD模数转换器的每一“比特”（Bit）都会被占用。另一方面，低音量电平信号的量化位深则更低。在使用24 bit信号转换器时的一个重要公式是：1 bit = 6dB，根据此公式可得出：24 bit = 0dBFS，-6 dBFS = 23 bit，-12 dBFS = 22 bit。在线路音量电平（-18dBFS）下，我们则可以获得21 bit的高分辨率。
这也意味着，极低的信号音量电平（如-60dBFS = 8 bit）也会导致音频分辨率的下降。
推子位置也是增益分级管理的一部分
在建构稳固的“增益结构”（Gain Structure）的过程中，还有一个经常大家被忽视的细节，那就是推子的位置。首先，推子也有分辨率（即调节精度），而且是非线性的，无论是模拟调音台、数字调音台还是DAW中的推子都是如此。0 dB刻度附近的分辨率就远高于较低刻度上的分辨率。
因此，为了尽可能细致地混音，推子的位置应位于0 dB刻度附近。当我们在DAW中创建新工程时，其推子的初始默认位置即为0 dB，且大多数DAW都是如此。完成这一步后，我们终于可以开启话放并设置适当的录音音量电平了。此外，我们也建议您将数字环境下所有信号的音量电平都设置为-18dBFS RMS有效值/-9dBFS（峰值），也就是本文开头提到的线路音量电平，因为数字调音台和DAW就是为处理此类信号而设计的。现在，我们已将通道推子推至0 dB附近，接下来的问题是：如何降低混音中音量过高的信号？
这里有几种方法可供选择，但其中一些并不值得推荐。比如，您可以降低话放的增益。但此时我们向DAW输入的信号就不再是线路音量电平了。如果将这种方法应用于模拟调音台，就会导致较低的“信噪比”（Signal to Noise Ratio）；如果将其应用于数字调音台，则会出现这种情况：即所有的发送信号（如乐手的监听混音、设备接入点等）也都不再是线路音量电平了。既然这样，那我们就把通道推子调低吧！
但这么做我们就离开了推子的最佳分辨率区域，在该区域中我们能够以最高的精度调节音量。在录音室中，这种方法可能“只会”降低操作的舒适感，但如果在有PA扩音设备的大型现场活动中，他就会酿成大问题。这就是在推子的最佳区域内操作的重要性所在。
举个例子，如果我们一开始将推子的输出音量电平值设为-50 dB，那么就几乎不可能用推子将主人声的音量仅提升两个dB，即使您只将推子向上稍微移动几毫米，音量电平也会很快达到-40 dB，并造成音量的大幅跳跃。
解决该问题的方法是：我们可以先用音频“子编组/编组”（Subgroup）功能进行大致的音量平衡。如果没有这项功能，也可以用DCA编组或VCA编组。输入信号会被相应地分配到各个子编组（或DCA/VCA编组）中，例如，鼓、镲片、人声各编一组，吉他、键盘和贝斯各编一组。
在编组功能的帮助下，您可以先大致设置各路乐器和人声信号之间的音量平衡，然后再用通道推子做小幅度的音量修正。
特别提示：建议您将“效果返回”（Effect Return）路由至相应的编组而非总线上，比如将鼓声混响效果返回至鼓编组，或将人声混响效果返回至人声编组。这样您在调整编组音量的时候，其效果量也会被一同调整，于是就能让信号/效果量的比例始终保持不变。
DAW中的增益分级管理
巡猎线路音量电平
首先，有一个误区需要被澄清，即“增益”和“音量”不是一回事，调节增益不等于调节音量。简而言之，“音量”（Volume）是处理后的音量，而“增益”（Gain）是处理前的音量。再说得简单一些，增益就是输入音量电平，音量就是输出音量电平！
要想获得清晰的增益分级管理，下一个重要步骤就是确认数字调音台或DAW使用了何种音量电平表，以及线路音量电平在这些表头中对应着哪个刻度？许多数字调音台和DAW都采用混合式表头。就拿Studio One 5举例，其表头的刻度范围为-72 dB到+10 dB，其总输出表头的刻度范围为-80 dB到+6 dB。
Studio One表头的刻度设计介于模拟dBu表和数字dBFS表之间。很多DAW都采用了类似的设计。另一个重点是要知道表头上显示的是RMS值（亦称平均音量电平）还是峰值（亦称峰值音量电平）。如果我们只读取峰值音量电平表，并且依此将信号控制在线路音量电平（-18 dBFS）附近，就会使得整体信号音量电平过低，尤其是像军鼓这类瞬态快、动态大的音频素材。因为音轨的动态范围越大，其峰值音量电平就越高，平均音量电平也就越低。
这也是为何鼓音轨能够迅速点亮峰值表的削波提示灯，而他在RMS表上的引起数值变化却不大。
不过在Studio One中，我们可以读取全部的所需信息。Studio One表头中的蓝色部分显示峰值音量电平，而白线部分则始终显示RMS平均音量电平。还有一点很重要，那就是要留意表头的“测量点”（Tap Point）在哪里。在做音量电平均衡时，表头应当显示“推子前”（Pre-Fader）的音量电平值，尤其是在通道中已经插入了插件或模拟设备的情况下。
这些操作将对“推子后”（Post-Fader）的音量电平值产生极大影响。
关键词：插件
此外，数字插件也需要合适的音量电平下工作。市面上仍有一些采用“定点”（Fix-Point）运算的插件和模仿经典硬件设备的插件，他们就不适合在高输入音量电平下运行。而且有时很难辨认插件本身使用的是哪种音量电平表，以及其线路音量电平对应的刻度在哪。下面这张截图就说明了这一问题。
在截图中，我们能明显看出BSS DRP402压缩插件配有dBFS表，且该表头所显示的线路音量电平参考值为-20 dBFS。
图中的bx_townhouse压缩插件与BSS DRP402插件都有着同样的输入信号，但其表头的显示结果却和后者完全不同。在此，我们可以推测由于bx_townhouse是一款模仿模拟设备的插件，因此其表头设计也更接近模拟VU表。
修复过高的音量
在录音棚或音乐工作室的工作环境中，我们经常会遇到一些亟需混音的、录制不当的录音素材。经验丰富的音频工程师们应该都会同意这一点。诸多素材均为那些经验不足的音乐人或初级录音工程师所录制的，且都有音量过高的问题。
那么怎样才能使让其音量恢复至合理水平呢？在数字环境下，若音轨没有出现数字削波失真，想调整其音量并非难事。调低音轨的音量不会对声音本身造成影响，我们也不必担心本底噪声的问题。在任何DAW中，您都能通过各种手段将音频的波形（振幅）降低至所需的音量电平值，ProTools中的“Clip Gain”功能就是其中之一。
另外，每款DAW都会提供用于调节音量电平的Trim插件，您可以将其挂载至音轨的第一个插入插槽中，以降低该处的音量电平。如果您添加的所有音轨都有音量过大的情况，也可将该插件用于总线中。我们之所以不用DAW调音台上的虚拟推子做这项工作，是因为这些推子是“插入后”（Post-Insert）的，他们只改变音量而非音轨的增益度，这一点我们在上文中也提到过。
在DAW中使用模拟设备
DAW与模拟音频设备的“混搭”组合有其特殊的魅力。模拟设备的快捷、实感的操作体验和独特的声音特质，也是这一组合的吸引力之所在。模拟设备的角色可以是前期设备（如话放），也可以是插入效果器（如压缩类效果器）。请注意，如果您想在音频接口上接一台外置前期录制设备的话，应当使用线路输入接口接入，并旁通掉音频接口的内置话放。
在效果器插入模式下，纯模拟设备必须要经过AD/DA（模数/数模）转换才能进入DAW的信号链。因此配置一台高品质的AD/DA转换器是很有必要的。当音量电平在24 bit转换器内达到满刻度时，其对应的动态范围为144 dB，但此时即便是高端的数字转换器也会不堪重负。
所以，以插入模式链入处理链的模拟设备也应在线路音量电平下运作，以便为数字转换器留出足够的动态余量，尤其是当您打算用模拟音频设备做信号提升时。
这就更需要充足的动态余量了。
另一方面，如果您仅用插入设备做“减法式均衡调节”（Subtractive EQ Setting），也可以采用较高的发送和返回音量电平。不过目前我们只需要关注插入操作本身的音量电平设置方法。这里有以下几点应当注意。
审视整条信号处理链
在DAW内部的音量电平设置总是恒定且容易理解的。然而，当我们在DAW中集成模拟设备时，就必须审视整条信号链，有时甚至要重新对其进行调整。我们先从DAW的发送音量电平开始。同样地，发送至音频接口输出端的信号也应为线路音量电平。下一步需要您查询一些信息。我们先在音频接口的技术规格中查找到输出端的参考音量电平值，然后再让接入DAW回路的模拟设备的输入端音量电平值与之相匹配。
比如，如果音频接口带有平衡XLR输出接口，我们就可以将他与模拟设备的平衡XLR输入接口相连接。但我们又该如何连接参考音量电平为-10 dBV的非平衡音频设备呢？
许多音频接口的线路输入和输出部分都会配置+4 dBu/-10 dBV的切换开关以应对上述情况。在音频接口的技术规格中，您可以找到他在0 dBFS下对应的模拟音量电平值有哪些。某些音频接口也会提供不同音量电平值的切换功能。
例如，在RME Fireface 802这款音频接口中，您可以在+19 dBu、+13 dBu和+2 dBV之间切换。另外有一点需要强调，即许多elysia的产品都能够处理约为+20 dBu的最大音量电平，无论信号是从音频接口的输出接口发送至模拟设备，还是从模拟设备的输出接口返回至音频接口，这一整条信号处理链都可以在该音量电平下运行。在理想情况下，若返回信号的线路音量电平值与发送信号的线路音量电平值一致，他就可以直接返回至DAW中。此外，我们还需对模拟设备本身进行监测，确保其输入和输出信号都没有出现失真。否则，这些失真信号将会原封不动地返回至DAW中。
除此之外，插入音量电平值还取决于模拟设备的类型。相较于瞬态塑形器（比如elysia的nvelope），EQ设备仅会对频率进行小幅提升或削减，因此在使用后者时就无需过分考虑插入音量电平的设置问题。瞬态塑形器则不同，在某些参数设置下，他会产生RMS表难以检测到的峰值音量电平。
若情况糟糕的话，他还会产生只能被听到而无法被读出（在没有峰值表时）的失真。接下来的另一个典型错误操作，就是将压缩器的补偿增益设置得过高。
在设置不当的情况下，压缩器的输出接口和音频接口的返回输入接口都会过载。因此您应始终监测着设备连接上的所有四个接口（模拟设备的输入和输出+音频接口的输入和输出）的音量电平平衡状态。不过别担心，我们还有其他辅助手段。
在DAW中，均会提供相应的外部硬件效果器的插入模式调用方式，我们将在本文的最后一部分介绍他们。
使用插入式插件！
当您在DAW中调用模拟硬件亦或对其进行集成管理时，不妨使用“插入式插件”（Insert Plugin），而且几乎所有DAW都会提供这类工具。比如Reaper的“ReaInsert”插件、ProTools的“Insert”插件、以及Studio One的“Pipeline XT”插件。
其跳线设定步骤也非常简单。
我们先将音频接口的线路输出接口连接至硬件设备的输入接口，然后将硬件设备的输出接口连接至音频接口上未被占用的线路输入接口。接下来，我们在插入插件中将音频接口的输入和输出选为信号源（详见上方Pipeline XT插件截图），这样就完成了连接操作。
接下来，我们再讨论一种典型的“发送&返回”型连接方式。根据不同的“缓冲区大小”（Buffer Size）设置，AD/DA（模数/数模）转换也会或多或少地产生较大的“传播延迟”（Propagation Delay），并造成一些问题，尤其是当我们做信号的并联处理时。这意味着什么？假设我们在DAW中将军鼓信号分为两路，第一路信号通道留在DAW中，仅用无延迟的门限类插件处理；第二路信号通道经由Pipeline XT插件离开DAW，并进入elysia mpressor压缩器，然后再返回DAW。
由于经过了AD/DA（模数/数模）转换这一过程，第二条军鼓音轨相比第一条音轨产生了时间延迟。为了让两条军鼓音轨在时间上保持一致，我们就需要对其进行“延迟补偿”（Latency Compensation）。您可以手动移动第一条军鼓音轨，也可以直接点击Pipeline XT插件中的“自动”按键以开启自动延迟补偿功能。后一种处理方法更为快速精确，且他的另一个优点是能够确保插入信号的相位与工程中的其他音轨的相位一致。您还能够利用该插件轻松调整外置硬件设备的音量电平。比如，若外置设备中已经出现信号失真，您就可以在插件中降低发送音量电平并同时提高返回音量电平。
以上内容也是本文的最后一条建议。关于何为正确的音量电平设置、以及会对增益结构和数字+模拟的“混搭”组合产生较大影响的所有相关问题，应该都有了结论。这些问题并非像一些理论和数字神秘主义论调所主张的那样，按照一个精确的dB数值去调节就能得到解决。
总之，您仅需大致遵从这些建议，就足以获得不错的结果并实现合理的音量电平设置，从而更加轻松、快速地完成混音工作。
祝大家混音愉快！
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