RMS или LUFS? Способы измерения громкости

Измерение и контроль различных параметров аудио сигнала один из важнейших аспектов записи, сведения и мастеринга. Давайте раскроем некоторые из тайн этого процесса, чтобы вы могли работать с точными данными и знать, когда и какой тип измерений лучше использовать.

Какая самая важная часть вашей цепочки записи? Это микрофон или микрофонный предусилитель? Ваш выбор DAW? Как насчет ваших динамиков или усилителя?

Правильный ответ: ни один из вышеперечисленных. На самом деле это скромный измерительный прибор.

Удивлены? Тогда, учтите это: без точных измерений уровня вы не знали бы, как настроить регулятор на входе, что может привести к шуму (или, что еще хуже, искажениям) в вашем сигнале, не знали бы, когда ваш сигнал уже начал попадать в зону клиппинга. Вы не знали бы, насколько эффективна ваша динамическая обработка. И вы не смогли бы обеспечить надлежащим образом сведенный для мастеринга микс.

В этой статье мы разгадаем тайны измерения звука и обсудим, какие способы лучше использовать.

"Олдскульные" измерительные устройства

В дни аналоговой записи измерительные приборы фактически показывали уровень электрического сигнала в качестве отображения уровня аудио сигнала. Существовало три основных типа измерителей:

1. VU-метры (Volume Units meter): Первоначально это были пассивные электромеханические устройства, включающие движущуюся стрелку, отражающую звуковую энергию. Более поздние версии также включали светодиод Peak, который загорался, когда был достигнут определенный уровень. VU-метры имели время интеграции 300 мс и относились к измерителям уровня т.н. средних значений. Эти приборы из-за своей большой инерционности не успевали отреагировать на короткие импульсы уровня и игнорировали их.
   
   
2. PPM (Peak Program Meter): Чуть более продвинутая версия VU-метра с малым временем интеграции (5 мс), PPM лучше работает в отношении мгновенной транзиентной составляющей. Эти приборы дают звукорежиссёру возможность следить за самыми короткими из воспринимаемых на слух выбросами текущего уровня, которые, при превышении допустимого предела, могут вызвать неприятные нелинейные искажения. Но, в отличие от VU-метров, которые имеют относительно равные времена атаки и релиза, счетчики PPM имеют очень большое время восстановления, в некоторых случаях более 1,5 секунд! По этой причине они не могут отображать переходные процессы, которые происходят во время этого «спада», и они также плохо показывают изменения уровня непрерывного сигнала. Поэтому, их можно назвать пиковыми только условно, а более точное их наименование QPPM - измерители квазипиковых значений (quasi-peak program meter).
   
   
3. Измерительное устройство Dorrough Loudness Meter, разработанное инженером Майком Дорро в 1980-х годах, отображает как средние, так и пиковые уровни в одной итерации с чрезвычайно быстрым временем отклика («баллистическим»), и достаточно точно для этого времени отражает транзиенты.

Современные цифровые технологии позволяют использовать альтернативные типы измерений, которые могут использоваться в сочетании с традиционными измерителями (или вместо них).

Измерение RMS (Root Mean Square) является более точным способом определения громкости по сравнению с традиционными аналоговыми устройствами. RMS-метры, по существу, эмулируют VU-метры и предназначены для лучшего отображения воспринимаемой громкости, показывая среднеквадратичный выходной уровень, рассчитанный в течение короткого периода времени. RMS обычно будет отображаться ниже эквивалентного пикового метра, поскольку пики усредняются в общей громкости, что дает более стабильный и непрерывный уровень, который ближе к нашему восприятию по сравнению с быстро меняющимся уровнем.

Однако, в отличие от человеческого уха, который имеет различную чувствительность на разных частотах (т.е. мы воспринимаем изменения громкости на средних частотах гораздо более остро, чем на низких и высоких), измерители уровня "старой школы" не могут различать частотные диапазоны. Чтобы учесть это, была создана совершенно новая шкала измерения, называемая LUFS (аббревиатура от «Loudness Units Full Scale» (полномасштабная шкала громкости)).

Шкала LUFS широко используется в индустрии вещательного телевидения. Она также используется в видеоиграх и стриминговых сервисах. Некоторые игровые компании указывают, что музыкальный трек должен находиться в пределах определенных уровней LUFS, чтобы они могли лучше предсказать, как он будет балансировать с другими звуками игры.

Знайте свой временной диапазон

Еще одна важная концепция современного измерения громкости - это время измерения. В законах психоакустики говорится, что мы воспринимаем громкость от среднего уровня, а не мгновенные пики - другими словами, очень короткий переходный взрыв (даже на высоком уровне) не будет сильно влиять на наше восприятие громкости, но подобный, который длится полсекунды или более, будет иметь большое влияние, до такой степени, что это может вызвать дискомфорт.

За последние несколько лет было установлено и стандартизировано несколько временных шкал, наиболее распространенные из них:

Momentary моментальные измерения 400 мс сигнала, достаточные для кратчайшего измерения общей громкости.

Short Term Краткосрочная средняя громкость в период от 1 до нескольких секунд, с некоторым перекрытием между временными срезами.

Long Term (иногда называемый Integrated Loudness) показывает средний уровень громкости всего трека.

True Peak В цифровых цепях даже мгновенные, неощутимые на слух пики уровня передачи становятся причиной сильнейших искажений, выражающихся в щелчках и тресках. Поэтому не показывающий пики короче 5 мс квазипиковый прибор, вполне удовлетворявший по точности требованиям аналогового вещания, для контроля уровня цифрового сигнала оказался непригоден.

Цифровой сигнал необходимо измерять практически безынерционным измерителем, реагирующим на импульсы длительностью менее 0,1 мс, т.е. дающим возможность измерить мгновенные значения сигнала. В литературе измерители мгновенных пиковых значений стали называться "истинно-пиковыми" (True peak) или SPPM (Sample peak program meter) т.е. "измерителями пиков программного уровня с точностью до сэмпла". Измерители мгновенных значений имеют шкалу, отградуированную в dBFS, т.е. в децибелах относительно полной цифровой шкалы уровня сигнала. Этот уровень, обозначенный на шкале прибора отметкой 0 dBFS, является пределом, превышение которого приводит к клиппингу.

Больше измерений!

Наилучший подход - найти измеритель (лучше всего комбинацию типов измерителей, особенно если речь идет о коммерческой деятельности), который наилучшим образом подходит для вашей деятельности, и музыки, которую вы записываете, сводите или для которой делаете мастеринг. Например, если вы в основном просто записываете демоверсии в домашней студии, простой, но правильно откалиброванный измеритель VU может быть все, что вам нужно, чтобы избежать перегрузки и убедиться, что вы оставляете себе достаточный запас. Если вам нужна более высокая точность - например, если вы занимаетесь мастерингом или работаете над коммерческими версиями - RMS, True Peak и LUFS вам в помощь.

Имейте в виду, что нет оснований ограничивать себя только одним измерителем. В конце концов, вполне возможно, что сигнал будет выглядеть одним образом на одном типе измерителя, но совершенно по-другому на другом. Например, звуки ударных с выраженными транзиентами, подобные бубну, обычно вызывают только незначительные колебания на медленно реагирующем измерителе VU, в то время как голос соло может звучать относительно тихо, даже если стрелка PPM прыгает.

После того, как вы определили тип(ы) измерителей, который хотите использовать, вставьте их не только в конце вашей цепочки, но и там, где они, по вашему мнению, могут понадобиться (например, может быть полезно иметь измерители до и после после динамических процессоров, таких как компрессоры или лимитеры).

И самое главное, часто сверяйтесь с данными измерителей, когда вы записываете, сводите и выполняете мастеринг. Это ключ к получению хорошего продукта и предотвращению неприятных звуковых сюрпризов.