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LUFS ? 響度測量和音樂的關係

LUFS ? 響度測量和音樂的關係

Loudness(暫譯為響度)。「響度」刻意和「音量」做一個區隔目的在於描述人耳對聲音大小的感受,它和音量有時候並非完全正比的關係。從以前到現在有很多不同的研究來計算響度,到了近代有一個國際標準規範被廣泛應用在廣播領域就是LUFS或LKFS,而它在數位錄音中則作為測量響度的單位,它是根據ITU-R BS. 1170和EBU R128的規定來計算響度的大小。在這之前我們先來瞭解人耳是如何感知聲音的大聲或小聲的。

人耳如何感覺響度?   

一、響度與頻率的關係
記得我們先前提過的Fletcher–Munson curves或稱為equal-loudness contours。他說明了人耳對於響度的感受基於頻率不同而有所不同。
Lindos0404.jpg例如說我們以40 phon這條曲線來舉例(phon為響度的單位)40 phon在1kHz對應的聲壓為40 dB SPL,但是在100 Hz對應的聲壓為大約60 dB SPL,意思就是說在1 kHz 40dB SPL和100 Hz 60dB SPL對人耳來說為同一個響度(也就是聽起來一樣大聲)都是40 phon. 

這說明了人耳對各頻率的反應並非一樣的,人耳對中頻比較敏感,中頻比較突出的聲音我們會認為它比較大聲。

  

二、響度與信號持續時間的關係
人耳感知響度和訊號持續的時間也有關係。如果訊號持續時間低於200ms,那麼人耳對響度的感受會下降,會覺得聲音沒有那麼大聲。所以當我們使用儀器來測量響度的時候,反應時間成了一個重要的因素。

根據以上因素我們可以知道,測量人耳對於聲音大小的感受是相當不容易而且複雜的一件事,而LUFS為目前規範中較為適合測量響度的新單位。

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簡述LUFS計算過程

ITU-R BS. 1170
我們知道測量響度為一件相當複雜的事情,但是ITU使用了一個簡單的解決方案。他們使用簡單的濾波曲線過濾掉一些頻率,來達到我們測量的目的。
如附連結ITU-R BS.1770-4 建議書圖2為第一階段的濾波,其考量到人體頭部對聲音感知的影響,所以對2kHz以上做4dB的提升。
第二階段的濾波如附連結ITU-R BS.1770-4 建議書圖4,為RLB weighting curve濾掉低頻的部份。
以上兩階段的濾波總和我們稱之為k-weighted filter。
如附連結ITU-R BS.1770-4 建議書圖1,經過兩階段的濾波後,分別計算不同聲道的方均根值。然後補償不同方位的聲音落差後,就可以得到我們的響度大小LKFS(Loudness,K-weighted, relative to Full Scale )。

EBU R-128
EBU延續了ITU的響度算法並建議排除目標響度以下10LU的(LU等同於LKFS為單位的相對變化量表示,1LU=1dB)並將LKFS改名為LUFS(Loudness units relative to Full Scale)。這樣可以排除突然無聲或是極小聲的片段被列入響度的計算,對於公播的節目建議響度為-23LUFS。當我們使用Loudness Meter測量LUFS時,我們會得到三個不同的數據Momentary Loudness、Short-term Loudness、Integrated Loudness中三者的不同在於測量時間長度不同分別為0.4S和3S,而Integrated是使用ITU-R BS.1770所描述,排除極端數的方法計算整體內容所得。 

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LUFS和傳統儀表差異

經過上述的過程,我們可瞭解到LUFS將心理聲學的因素考慮進去做了濾波,所以對不同的頻率和不同方位的聲音有不同的加權計算,使得它計算的結果可以更貼近我們對聲音大小聲的感受。傳統Peak Meter只能顯示每個瞬間的訊號大小,往往不能反應人耳真實對音量大小的感受。RMS Meter為計算每個瞬間的訊號量的方均根值,是一個較為平均的數據,和LUFS不同的是它並沒有濾波也沒有將多聲道矯正合併計算,雖然可做為可靠的參考,但LUFS可更準確反映人耳的感受。

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一般響度錶我們可以得到的數據

Integrated Loudness(積分響度) 可以說是整體內容的響度的平均值,現今廣播的規範在歐洲地區為-23LUFS(0 LUFS為內容響度最大值)。

Short-term Loudness (短期響度)測量時間為3秒,可以反應片段的響度大小。

Momentary Loudness (瞬時響度)測量時間為400毫秒,可以反應瞬間的響度大小。

Loudness Range(響度範圍)以LU為單位(1LU=1dB),它可以表示整個內容從最小聲到最大聲的響度差距,並且會排除最小聲的10%和最大聲的5%的極端數據,又稱為LRA。

True Peak  有別於傳統Sample Peak Meter,True Peak使用Oversampling來測量inter-sample peak,確保我們保有足夠的空間,如果True Peak超過0很有可能在回放的時候會產生失真。單位為dBTP。

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響度和音樂的關係

在音樂製作上,對於整體內容的響度別沒有明確的規定。有一陣子的流行音樂都以大響度為訴求,希望自己的音樂比別人大聲而容易被觀眾注意到。但現今大部分人聽音樂的平台都是串流平台像是Spotify、iTunes、YouTube,而這些平台都有實施Loudness Normalization(響度標準化)。他們會將超過他們平台規範響度的音樂降低音量播放,但不見得每個平台都會把低於規範的音樂增加音量播放,也不見得每個平台都是使用LUFS為測量單位,目前已知使用LUFS測量的有Spotify、YouTube、TIDAL,他們都用-14LUFS為標準。

PS.
1.大部分的平台只是單純降低音量播放並沒有增加任何的處理在我們的音樂上。
2.對於內容的響度有的平台以專輯為單位,有的平台以歌曲為單位。

由於大部分的流行音樂響度都超過-14LUFS,而增加響度的方式往往是透過Limiter來縮減音樂的動態,也就是說越大響度的音樂,動態有可能是越小的。所以當所有音樂都被使用相同響度來播放的時候,動態比較大的音樂就有機會在副歌的時候比別人大聲一點點,這時候大響度的音樂變的在這些平台上沒有太多的優勢,反而是動態大的音樂會有比較好的播放效果。


>>更多資訊

ITU-R BS.1770-4 建議書

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bs/R-REC-BS.1770-4-201510-I!!PDF-C.pdf

EBU R-128建議書

https://tech.ebu.ch/docs/r/r128.pdf

音樂響度社團

https://dynamicrangeday.co.uk/


>>好用工具

測量你的音樂在不同平台回放的音量

https://www.loudnesspenalty.com/



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