動态餘量對于現場擴聲、錄音甚至對于買輛舒服的車來說，都是一個非常重要的概念（headroom，在汽車上則翻譯為頭上空間）。我們可以忽略掉買車的部分，但是音頻相關的“headroom（動态餘量）”是絕對不容忽視的。由于對于數字音頻和模拟音頻來說，“動态餘量”有着不同的含義，因此在接下來的文章中，我會分兩方面來講。

模拟音頻中的動态餘量

從技術層面來講，動态餘量（單位是dB）指的是一個系統内不失真信号的最大電平值與系統設計的平均電平值的比。舉個例子，假設你有一套家庭錄音系統，平均電平值為-10dB。如果在保證信号不失真的情況下，還能再在平均值的基礎上将聲音提高8dB的話，那麼這個時候的動态餘量，便是18dB。

注意這裡的關鍵詞是“不失真”，也就是說，當動态餘量消耗完畢之後，便會發生失真。退一步說，在一個Marshall堆疊系統中，動态餘量用盡反而是件好事。但是對于PA系統或者混音系統來說，這絕對不是一件好事。

在一個平均信号電平值為4dB的模拟調音台上，它的VU儀表通常都是經過校準的，也就是說，它的0VU的刻度其實表示的是 4dB。不過，平均電平值為 4dB的專業設備，通常來講都能夠提供 24dB的輸出電平，因此在0VU的時候，你将會有20dB（24-4=0）的内置動态餘量，來保證那些突發的電平增加（比如那些唱黑嗓的歌手）以及強烈的瞬态響應可以在不失真的前提下準确再現出來。（圖1）

圖1：模拟調音台和專業音頻設備，在0 VU以上都有着非常顯著的動态餘量。

不過，我們真的需要全部的動态餘量嗎？我們不是應該希望信号電平盡量大一些，這樣才能提高信噪比嗎？emmm…是這樣，但是呢，重點在于，盡管VU表上表示的平均電平值（也叫RMS），但是由于波峰因素的影響，音樂是沒辦法用一個單純的“平均值”來衡量。這也意味着音頻信号的峰值數和平均值的比，會比平均值高10-20dB。盡管這個數值對于監聽平均電平值來講非常重要，因為它們與人的聽覺感知密切相關，不過你還是需要留意監聽的峰值電平，以防會有突然突破動态餘量的信号出現。

很多人沒有意識到，在音樂錄音中，峰值瞬态變化可以達到平均電平值（RMS）瓦數的十倍之多。這也意味着在一個模拟音頻系統中，如果一個音樂工程的RMS是40瓦特，那麼它的峰值可能需要400瓦特才能做到準确再現。

動态餘量，PA系統和混音

在PA系統或者模拟音頻錄音調音台中，為了最大限度地降低噪音，您可能需要充分利用所用能利用的動态餘量。而為了獲得最佳的增益分級，則需要将電平推到和輸入電平最為接近的位置。而使用麥克風的時候，将話放的增益調整好之後，将整個調音台的其他部分的增益都設置在相應區域。使用諸如電吉他等等線路輸入設備的時候，将樂器的輸出設置為最大的安全電平，保證不失真，随後再适當調整混音器即可。

我已經盡力了，長官！

如果你看過《星際迷航》的話，那麼你一定知道這句首席工程師Scotty最常說的台詞。（編者注：《星際迷航》的粉絲們也應該知道，再原作中，James Doohan其實從來都沒把這句話說出口過。）雖然這句話指的是無法達到足夠快的速度來擺脫某種可怕的問題，但它也同樣适用于動态餘量——因為從根本上來講，限制動态餘量的主要因素，是電源。舉例來說，如果系統的可用最大電壓是15V，那麼就沒辦法再現超過15V的峰值信号。

那麼功率放大器和揚聲器呢？

這才是最有趣的地方。首先，功率放大器的電平控制是不能調整輸出的。放大器可以從始至終以完全放大的模式運行。（錄音棚中的監聽音箱的工作原理也是大同小異的。）輸入控制會改變放大器的電平，這很好，因為這使得整個動态餘量在整個過程中都是可用的。但是同時這也意味着您需要格外注意不要将輸入電平提升過高，導緻占用了動态餘量。

揚聲器和功率放大器不同，它沒有那麼充足的動态餘量。而發送過多信号也會造成諸如失真甚至燒掉揚聲器等等問題。由于現代的有源揚聲器，都是包含揚聲器本身和驅動揚聲器的功率放大器的，因此通常都會帶有一些保護措施（限制器），用來限制電平并保護揚聲器。而無源揚聲器搭配獨立的功率放大器，更容易發生這種問題——揚聲器和功率放大器“相處不融洽”。而如果功率放大器出現失真導緻削波的話，則會提高信号的平均電平，産生更多的高頻能量，因此更容易發生類似高頻過載等情況。

數字錄音中的動态餘量

接下來就會逐漸開始變得複雜了，您要穩住陣腳，沉下心來，好好琢磨琢磨。

首先，數字系統中的0dBFS（FS的意思的滿刻度）意味着系統可以處理的最大電平值。因此和模拟系統中所建立的“不可見”的動态餘量不同，0dBFS則是可以達到的最大電平。這也是為什麼許多數字錄音的專業人士在低于0dBFS的-18dB這個點上來校準他們的錄音系統（DAW）的原因，因為它創造數字系統本身所沒有的動态餘量。雖然，在-18dB而不是0dB錄音的話，同樣也意味着放棄了3比特的分辨率。但是，對于24比特的錄音來說，隻需要低至21比特即可，而這個數值還是比大部分硬件設備的真實分辨率要高很多的。（這是因為，由于轉換器本身的原因，比如嘶嘶聲，比如線路闆布局的不準确性等，導緻24比特的轉換器并不會真的有24比特的分辨率。）并且還可以獲得足夠的動态餘量，來應對峰值、共振以及突然的電平增加。

但是，這并不是動态餘量在數字系統中發揮作用的唯一地方。動态餘量與動态範圍有關，一旦在計算機内部捕捉到了聲音信号，DAW就可以擁有一個帶有幾乎不受限制的動态範圍的音頻引擎。而在這個引擎中，是幾乎不可能出現超出動态餘量的情況的。這也是為什麼即使個别通道已經“蹿紅”，而聲音并沒有失真的原因。而且，每個DAW在通過數模轉換器來将數字信号輸送回硬件設備所在的模拟音頻世界時，都會有一個虛拟的結算日。因此便擁有了無限的動态範圍。普遍公認的最佳做法，是将主推子放在0dB，然後使用各個通道上的推子來創造平衡感。而不是把各個通道上的推子都推到最大，然後再下拉主推子以保持平衡。如果将主推子放在0dB，憑借着DAW的極高分辨率的音頻引擎，各個通道上的推子保持在-18dB左右通常是百利無一害的。

這部分如果想深入了解，歡迎閱讀Audio Gear的《了解信号電平》的文章。

啊哦…采樣失真

這是一種特别的，偷偷摸摸超越動态餘量的方式。這種失真會導緻很多問題，但是棘手的是無法确定它們的來源。

出現這種問題的原因，是由于大部分的數字儀表會将實際數值可視化。因此，數值如果是0dBFS的話，在儀表上顯示的便是0。然而，數字音頻轉換回模拟信号的時候産生的實際數值，可能會遠大于采樣本身。如此一來便産生了采樣失真的可能性。

如果部分采樣的電平已經用盡了最大可用動态餘量的話，采樣失真便會發生。而這種高電平的采樣，此後會流經數模轉換器的平滑濾波器，由此來輸出模拟信号以重塑原始波形。這個重建的波形的振幅可能會高于采樣的峰值電平，這也意味着波形現在已經超出了播放系統的最大可用動态餘量（圖二）。除非通道的儀表可以提醒你是否發生了采樣失真，否則，您必須多留出幾個dB的餘量來避免這種情況。通常來講，母帶工程師們都會建議，絕對峰值電平不要超過-1.0dBFS。

圖二：模拟音頻系統中的波形采樣（A），将數字音頻的電平提升到了最大可用動态餘量（B），并在通過重塑模拟音頻波形的平滑濾波器（C）時，超過最大可用動态餘量。（圖片來自Hal Leonard所著的《家庭音樂錄音指南》）。

如果您創建了一個數字音頻文件（或者CD之類的）用來進行播放的話，都會有被潛在的采樣失真沖破動态餘量，進而導緻回放系統産生失真的可能。但是還有一個問題就是，在您混音的時候，如果忽視了存在采樣失真的可能性的話，那麼您的監聽系統也很有可能會産生失真現象，進而影響到您的混音質量。

而這個問題的嚴重程度，一般來說是取決于音樂素材本身的。我曾經見過沒有産生任何采樣失真的工程，甚至還見過動不動就超過 3.0dB的工程。幸運的是，現在的儀表系統也在不斷完善，很多都會使用基于歐洲廣播聯盟R128标準的True Peak計量，而這種計量方式可以顯示出是否發生了采樣失真。

因此…所謂采樣失真又成為了一個在混音的時候多在主推子上留出幾個dB的餘量，而不要直接推到0dB的理由。把主推子推滿這個工作，還是留給母帶工程師吧。

直流偏移：動态餘量小偷

直流偏移并不是一個讓人喜歡的話題，也不是一個常見的話題。但它卻是減少動态餘量（主推子異常、剪輯時發出噼裡啪啦的聲音、效果器無法正确運行等問題）的罪魁禍首。

在模拟電路時代，如果電路的輸入信号為零，理論上來講輸出信号也應該是0V。而當具有大量增益的運算放大器開始逐漸流行開時，芯片内部的缺陷或者運送放大器的輸出端直流電，有的時候會導緻放大器的輸出會産生幾毫伏的靜态直流電壓。

通常情況下，這幾毫伏的電壓并不會造成什麼應縣，但是如果直流偏移後面還跟着一個提供大量增益的元件的話，即使是微小的電壓，也會變成一個尤為巨大的輸出電壓。舉個例子，如果輸入端的直流偏移為 0.002V，而像麥克風前置放大器這樣的電路，具有60dB的增益（放大系數為1000），那麼輸出端的直流偏移量便會成為2V（還記得我們剛才提到的限制動态餘量的電源嗎？）。

比較簡單的解決方法是電容耦合——我們不需要徹底紮進這個亂麻中，隻需要使用一個組織直流電壓的電容，比如抵消電容即可。但是不要使用交流電源，比如音頻文件。總而言之，有些元器件有着比直流電還低的頻率響應，這些電壓才是我們想要使用的。

對于數字音頻，直流偏移主要有兩種表現形式：

• 将具有直流偏移的模拟信号錄制到一個音頻接口中（例如MOTU、PreSonus等），将低頻響應降至比直流電低的水平，而不是将其滾将至20Hz之類的。
• 如果問題超出了您能控制的範圍，那麼就将直流偏移添加到一個文件中，并傳輸進電腦。

無論是哪種情況，直流偏移都會表現為信号基準線，與“真正的”0V基準線是不匹配的（圖3）。

圖3：使用兩個鼓時，第一個鼓具有非常明顯的直流偏移現象。而第二個則是已經被處理過，修正了直流偏移。由于有更多的可用動态餘量，因此第二個鼓有着更高的峰值電平，而其正極的峰值消耗剛好用掉了最大可用動态餘量（圖片來自Hal Leonard所著的《家庭音樂錄音指南》）。

想要解決這種基于軟件的數字音頻程序的直流偏移問題，主要有兩種方法：

• 大多數的專業級數字音頻編輯和多軌錄音軟件都會自帶DC偏移的校準功能。一般位于處理菜單下方，并帶有變化增益、反向、翻轉相位等等功能，或者也有插件的形式。此功能可以分析信号并加上或者減去所需要的校正量，以确保0dB真的就是0dB.
• 使用斜率較高的高通濾波器，切斷所有低于20Hz左右的信号（即使是相對溫和的12dB/倍頻程濾波器，0.5Hz的信号也會下降超過60dB）。在實踐中，切掉頻譜中不常用的部分永遠都不是一個壞主意。大多數的揚聲器都無法再現那麼低的音頻信号，隻會占用放大器功率和帶寬而已。

直流偏移通常不是主要問題，但是直流偏移的存在，時不時地會使音質變糟，并且悄悄減少可用的動态餘量。

好吧，動态餘量确實不是很讓人興緻盎然，不過...

…它依舊是我們所處的音頻世界的一部分，無論這個世界是模拟的還是數字的。而有的時候，動态餘量問題可能不會造成什麼後果，但有些時候又會對聽感造成極大的影響。因此，請确保您已經對您的系統進行了分析和增益分級，以保證可以最大化地利用動态餘量——并且不會超過它。

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