声音的值
声音的峰值、有效值、平均值,声音信号有占空比。
峰值:它是指信号在一个完全周期内(周期信号)或一定长的时间内(非周期信号)的最大瞬时绝对值 ;
Up=│u(t)│max(-T/2≤t≤+T/2)
有效值(或称方均根值):它是信号瞬时值平方平均值的平方根值,也即它是用与声音信号相同功率的直流信号强度来代表的数值(功率概念);
Urms=[∫ u2(t)dt/T]1/2
平均值(也称整流平均值):它指声音信号瞬时绝对值的平均值,也即将声音信号进行全波整流(取绝对值)后的直流分量数值(取平均值,电压概念)。
Uavg=∫ ∣u(t)∣dt/T
准峰值:它是用与声音信号相同峰值的稳态简谐信号的有效值表示的数值。(用Uq-p表示)
Uq-p=Up/√2=Up/1.414=0.707Up
准平均值:它是用与声音信号相同平均值的稳态简谐信号的有效值表示的数值。(用Uq-a表示)
Uq-a=√2∏/4*Uavg=1.11*Uavg

简易算法
Urms=0.707*Up,有效值等于峰值的0.707倍
Up=1.414*Urms
Uavg=2/∏*Up=0.637*Up
Uq-p≈ 0.707*Up
Uq-a=1.11*Uavg
这里发现准平均值也是有效值rms,实际上现场测量的即不是准确的有效值也不是准确的平均值。同时有效rms也相当于是准峰值电平,约峰值的70%。实际上波形改变,几种值也会改变,并出现较大的差异。

比值关系:
up/urms≈(1~5)或20lg up/urms≈(0~+14)dB
up/uavg≈(1~4.4)或20lg up/uavg≈(0~+13)dB
uq-p=1/1.414up≈0.707 up
uq-a=1.414/4 πuavg≈1.11 uavg
uq-p / urms≈(0.7~3.5)或20lg uq-p / urms≈(-3~+11)dB
uq-p / uq-a≈10.84~2.8 或20lg uq-p / uq-a≈(-4~+9)dB
声音计量表种类
峰值计量表:峰值检波器,按简谐信号的峰值确定刻度;
准峰值计量表:峰值检波器,按简谐信号的有效值确定刻度,也即它的刻度值比信号的峰值低1.414倍,也就是乘0.707倍(低3dB);- 如 PPM 表,表示音乐信号的某一瞬时的信号最高峰值。

有效值计量表:平方律检波器,按简谐信号的有效值确定刻度;
平均值计量表:平均值检波器,按简谐信号的平均值确定刻度;
准平均值计量表:平均值检波器,按简谐信号的有效值确定刻度,也即它的刻度值比信号实际的平均值高1.414/4 π倍(约高0.9dB,粗略计算高1 dB)。- 如 VU 表。
VU表
当电流的功率为1毫瓦,VU表指示0dB,音量响度表,表示响度。
VU 指示表的对照0 VU 的实质有效电平位准是 + 4 dBm,( 准平均值1.228V ),VU实际展示的是电压变化,并且有上升和下降时间,是电压的积分值,可以比较直观的观测音量大小及持续时间,但有积分所以瞬态值不能实时反映。
-4 VU=0 dBm,( 0.775V )
0 VU =+ 4 dBm,( 1.228V )
3 VU = + 8 dBm,( 1.946V )


VU表不能反映出声音信号的峰值变化,它基本上反映出声音信号的听感强度(所以叫音量单位表),所以在扩音、电台的广播中运用较多。因为跟不上信号的实际准平均值电平(dB值)的变化,不能将VU值与dB值相混淆。
PPM 表
Peak Program Meter,反应非常迅速,能显示更精确的峰值电平。
0 dBm 或 0 dBu ( 0.775 V ),这相当于参考零电平位。
PPM 的刻度标示是对数标示的,BBC标准的PPM整个标示刻度范围由七个标记点组成。从1 到7 每个分割表示分配区分4 dB 的电平位准改变变化,中间的那个标记点是PPM 4 ,它是设定去指示在0 dBm 或0 dBu ,常态工作运转的最大讯号极限是PPM 6 ,或称为 + 8 dBu。

也有-50到+5的PPM表

PPM表可以准确地反映出那些突来的强信号包络变化(上升快),而且又便于眼睛的观察(下降慢),能及时地反映出声音信号的过载失真情况。不能直接反映出信号给人的听觉强弱感,因此PPM表的指示值不能表示信号的响度。
PPM表实际上是准峰值电平表,因为它是采用峰值检波器而按简谐信号的有效值确定刻度的(也用电平值标示)
上面的PPM表0dB相当于1.55伏的声音信号准峰值(+6dBu),从0dB至满刻度有5dB的余量,以红色作为警示。
PPM表的时间特性规定为:其指示值的上升时间是1~10ms,非常短,可以准确地反映出突来的强信号包络变化;其下降时间为1.5s(信号下跌20dB所需的时间),相当长,以便于眼睛的观测。

但真正我们用的PPM标准都不一样
EBU标准的为-12~+12dB,零点就相当于0.775V(0dBu)。
而DIN标准为-21~+6dB,零点相当于准峰值1.55V(+6dBu)。

这是调音台上的PPM表,说明书上会告诉我们它上面的0dB是0dBu,这样我们就知道了。
dBFS数字表
满刻度电平0dBFS就是设备在正常设置下达到削波时所对应的模拟信号电平值。国家广电总局发布的《数字音频设备的满度电平》行业标准,满刻度电平0dBFS 对应+24dBu。

表头转换
有这么多表头:

每个表头的0dB定义还不一样:

标准写一写:
- 4 VU = 0 dBm
0 VU = + 4 dBm ( 100% 调制百分百 )
3 VU = + 8 dBm ( 满 VU )
PPM 4 = 0 dBm(BBC 标准1-7) PPM 5 = + 4 dBm,PPM 6 = + 8 dBm
0 dBFS = + 24 dBm
在输入正弦信号的时候,PPM表指示在+4dBu的同时VU表指针应该指在0VU上。因为有些专业设备是把+4dBu作为标准操作电平的。所以+4dBu的正弦信号是一个标准的参考信号,我们是人为地把它定义为0VU的。
0 dBu = - 20 dBFS ( 美规 ) - 22 dBFS ( 欧规 ) = - 4 VU = 0 . 775 V?
+ 4 dBu = -16 dBFS ( 美规 ) = -18 dBFS ( 欧规 ) = 0 VU = 1 . 228 =1 . 23V?
上面的数字转换就是正确的吗?
这里有个问题,数字表是与采样有关的,采样不同数字表头就不同,因此还需区分采样率以及标准。
举例:
l 16 bit的数字表头 0VU=-12dBFS
l EBU 24-bit 0VU=-18dBFS
l SMPTE 24-bit 0VU=-20dBFS
如下图所示:

由于有准峰值与准平均值,单一正弦波是相等的,也就是说送入1KH单一正弦波VU指示0dB(EBU标准),PPM表也就指示为0。
但对于音频而言,准峰值与平均值是不相同的。
VU表的示数与PPM表的示数之间的关系是根据信号的不同而不同的。比如说,未被压缩的军鼓信号有很大的峰值电平,但是其响度并不算很大。这样的信号在调音台上反映出来就是PPM表有很高的电平指示(可能会到黄色与红色之间),但是VU表却指示一个很低的值(-10VU左右)。而如果是一台合成器的信号,那么PPM表在绿色范围的时候VU表可能已近指向0VU了。
之间的比约为2.8,20log2.8=9dB。这样PPM表指示+9dB时,UV表才会指向0VU左右。前级PPM指标到+12dB时,UV表才会指向+3dB左右。
而DIN标准就不一样,如果一样采用单一正弦波那PPM显示-6dB,VU表约0dB。这样音频信号时PPM显示约+3dB时,UV即约为0dB。
但音乐准峰值与平均值是不相同的,变化很大的。
下表就很清楚了:

越说越晕,算了扯不清楚了,我们就按下面执行:
现代调音台上的PPM表,说明书上会告诉我们它上面的0dB是0dBu,也有可能告诉我们0dB是+4dBu,这样我们就准确知道了。
EBU标准,PPM为0dB,数字表应为-20dB
DIN标准时,PPM表为-6dB时(比EBU高6dB),数字表为-20dB。
0dB是0dBu就这样了
0 dBu = - 20 dBFS ( 美规 ) - 22 dBFS ( 欧规 ) = - 4 VU = 0 . 775 V?
+ 4 dBu = -16 dBFS ( 美规 ) = -18 dBFS ( 欧规 ) = 0 VU = 1 . 228 =1 . 23V?

Headroom头顶空间
音乐是有个峰值因素的,我们得知道表头反映给我们的是什么?我们不能用数字表头时音乐信号都往0上面靠!
正弦波峰值与有效值的比值约为3dB(20log(1/0.707)),对于非周期音乐信号就是准峰值与准平均值的比值。典型音乐信号的波波形因数为12dB。


大多数音乐峰值因数在6-20dB,最大可达24dB,多数在6-12dB的范围内,因此音频需保留上限头顶空间(headroom),防止失真。但过高的余量不利于提高信噪比,易造成设备资源浪费,系统一般有6-12dB的峰值余量即可,回看数字音乐即有20dB的余量(-20dBFS=0dB一般即可)。
同理,设备的头顶空间也就意味着价格,比如功放!

上图的参考点就是模拟表头上的0点,有PPM的0点,也有VU表的0点(都是不同的,设备不同也会不同的)。也有0Vu,+4dBu,甚至非专业的-10dBV(-10dBV = 316mV = -8dBu),最终是大概了解它,在混音或现场扩声时留足空间,在设备选型时留足空间!
但在对于音响系统或调音台上,我们应该使用最大可用余量来最大限度地减少噪音。为获得最佳增益,您应该将输入(前置放大器)的电平提高到尽可能高的水平,并保持系统有足够的空间。
评论区