深入探讨关于Pro Tools 混音母线的迷信与传说
• 前言
欢迎大家，本文将全面讨论 Pro Tools 的混音，涉及 Pro Tools 的基本信号跳线、调音台插件工作原理、信号以何种格式/如何进行来回传输，希望借此能为你提供充足的信息，使你成为更专业的工程师与调音师。我们将详细地从算法方面探索 Pro Tools（别担心，我们会尽力说得详细） ，其中部分是关于信号叠加（Summing） ，还有一些关于数字声频工作原理的共识。
Pro Tools 是一个全面的、一体化的录音、编辑、处理与混音平台，这无需多言——它已成为我们业内无处不在的空气。但在我们接受 Pro Tools 的过程里，有无忽略一些关于音频设备及其内在音频品质重要的原理？
声频接口的音质测量并不难，通过主观试听可能还更容易进行判断。同样，音频工作站[输入到输出]这个基础流程的音质也很容易测量，通过专业的听力训练后也能小心地判断出来。这是测试工作站的简易办法。
但如果你想知道上百条音轨在混合时发生了什么音质的变化，就比较难了。我们同样可以通过执行听音试验来得出最终结果，这需要请数位知名的制作人与工程师、加上一定的设备进行多次测量。结果非常明显：在一个严格执行的模拟控台与数字控台的音质对比中，迄今无人能准确判断所听的总线输出到底来自于外部调音台，还是 Pro Tools。
Pro Tools 的一种“标准”用法是，将其作为一个多轨录音机，然后连接外部控制台进行音频混音直到最终输出。这种方法本身很好，能将控制台自带的 EQ 与动态处理用到
混音中，然而，这样会丧失掉 Pro Tools 更强大的一面——音频数据与自动操控的紧密结合，同时也失去了统一 session 文件中的调音台架构、通道名、效果器处理与其它设置，以及牺牲了整个工程的便携性。
但如果你决定完全以 Pro Tools 进行工作（“在盒子中”混音），音质是否会有损失？本文将通过 Pro Tools调音台的工作方式，介绍一些关于模拟与数字录音的技术信息，以及最关键的内容——混音，并希望打破业内普遍存在的迷信。
• Protools混音与音质：陌生的伙伴
对于任何严谨的工程来说，混音平台各方面中最主要的一个方面，莫过于音质。其中每一轨录音的音质主要还是取决于模数转换器。字时钟的品质也是个关键，但这些并不在本文的讨论范围中。由于该主题的复杂性，我们将另外撰文进行阐述。 （笔者注：请见 Digidesign 第五份《192 Clock Jitter》 ）
一旦你开始关心音频回放音质，那么你需要考虑更多。首先，数模转换器与时钟源是决定音质的主要部分，但任何的处理与混音也对此有影响。我们先假定你对你的转换器音质很满意，现在你正打开 Pro Tools 查看音频的流程：我们先将一个 24-Bit 的音频从输入发送到最终输出，以测试系统性能。一个良好的 24-Bit 声频系统将能以 140dB 或更高的信噪比进行数字声频输送，当然 140dB 也许已经远高于我们现有的所有转换器。
简单谈谈 Bit 与信噪比的关系，你只需知道在一个无抖动（non-dithered）声频系统中，信噪比相当于Bit 乘 6.02，再加上 1.76 dB。例如，一个 24-Bit 无抖动系统里，理论信噪比为 146 dB，为了便于计算，通常把一个 Bit 看成是 6dB 信号。
当信号电平变低时，失真数开始增加。在信号电平极底时，失真将变得明显。为减少失真，我们通常使用“抖动” （dithering）处理。通过抖动，我们为信号加入了少量的噪音，让更低的 Bit 比常态更加活跃。这个过程使得底噪增加，但也使得更多的音频信息得以保存，我们马上来深入看看它的原理。
在一个使用了三角抖动（也叫 TPDF：Triangular Probability Distribution Function，三角概率分布函数）的系统中，其信噪比等于 bit数目乘 6.02，再减 3dB。一个 24-bit、TPDF抖动的系统理论上拥有141dB的信噪比。注意到：使用抖动与否将带来 4.5dB 的差异。我们再来详细解析一下。
讨论数字系统内的失真也非常有价值，在无抖动系统中，当信号电平减少时，音频失真会变得越来越严重。这意味着低电平的细节非常重要，音频失真会使得信号丢失、变差或超负载。早期的 CD深受此问题困扰，数字声频也背负了“刺耳”的罪名，尤其在回放宽动态范围的音乐时，这类音乐的平均信号电平通常小得多。
有了恰当的抖动系统后，由于加入了稍强的、规则的底噪，失真现象完全被抖动算法所消除了。因此在刚才提到的三角抖动算法中， 我们看到了 4.5dB 底噪的增加。 对于依然维持在 140dB 以下的底噪来说，这并不是坏事。
当然，要赶上上述数据的话，当今的数模转换技术依然有很长的路要走，目前最高品质的 AD/DA 转换器大约仅能传输 120dB 的动态范围。这点需要记住，因为在 24-Bit 声频系统中，许多人为噪声和失真都远低于硬件的底噪（无论你使用多么先进的转换器）。
那么，24-bit 精度足够吗？要看具体情况，如果你谈论的是录制或处理小于 140dB 动态范围的单个音频轨时，那么，可能够用。但如果需将多个通道混合在一起时，情况就
不同了，在这些通道的信号抵达总线时，可能已被损耗掉了相当的数量。
这关系到现代调音台拓扑原理，母线信号的叠加会带来调和增益。如果所有通道是精确的非相干（Non-Coherent）信号（注：例如以 1/4 周期叠加同一个信号） ，每次你叠加一倍通道数量时（从一轨到两轨，两轨到四轨等），音频输出电平将增加3dB，如果通道是精确的相干信号（Coherent Signal，例如，同一个信号），每次加倍输入数量时电平会增加6dB。真实世界的信号从多话筒拾音的交响乐团、鼓组到立体声钢琴之间都会有下降的趋势（注：即把它们看成非相干信号） 。
举个例子，一个 路调音台。路非相干输入叠加后的总增益将产生 18dB 或更高的输出电平。为了避免 24-bit 混音母线产生破音，你只得将每路推子往下拉 18dB以补偿。我们知道每 6.02dB电平的增/减相当于一个 bit 的增/减，于是我们看到的结果是，调整增益后我们得到的是 21-bit 的信号。
21-bit 信号的音质很差吗？也要看具体情况。在一个底噪为-120dB 的高品质转换器中，一个 21-bit无抖动信号拥有 127.76dB的动态范围，结果我们看到信号的底噪依然低于转换器的范围。当然，真实情况并非如此简单。首先，产品的高次失真通常容易被听到；另外，我们对这一堆通道的所做的全部改动只是单纯的叠加；最后，素材的不同也会让更高的动态范围变得很差。
因此 24-Bit 混音大概还不够。那么多少才足够呢？答案是：更多！更多！
• 抖动与双精度算法
你大概能想到：每次加倍声频通道数量，可以多增加一个 bit 的算法来保存其解析度，
为叠加的结果保留足够的动态余量（headroom） ，一个 128路调音台理论上需要 7个辅助 bit，在输出不破音的同时还保存全部的低电平信息。若推子有任何的附加增益高出 0（这非常普遍） ，最好也能容纳之。这意味着24-bit 母线应该扩展至最小 32-bit，以防止信号损失或削波。
这种想法没有将通道推子增益衰减时的情况考虑进去，当我们将混音总线进行往上扩展时，我们也需要往下扩展，在底部增添 bit 以保存推子拉下时的信号品质。那么需要在底部增加多少个 Bit，才能避免在推子拉下时的信息丢失？我们当然不会没听过推子在混音中会衰减到-30dB或更低，因此我们可以增添5个附加比特以保持低电平的解析度，这时所需的调音台精度达到了 37-bit。
这足够吗？大概够，但在使用 48-bit 混音总线的 Pro Tools 面前根本不值一提，Pro Tools 允许 128 通道叠加产生最大增益的同时而没有削波，而且能够在混音中让通道的推子衰减至-80dB或更低的同时，又保留 24-Bit 信号的全部细节。
Pro Tools TDM 系统镶入的 DSP 拥有普通的 24-bit 模拟输入，那么我们如何以 48-bit 信号进行操作呢？简单来说，我们通常使用一种操作模式叫做“双精度” ，即将一个 48-bit 信号切为两个 24-Bit 信号，然后单独进行处理。因为这些 24-bit 的 DSP 使用的是 56-bit 累加器，保持 48-bit 的结果并不是一个问题。难的是为信号做效果运算与跳线。 双精度算法要求更多的指令周期进行处理，因此如果你决定为整个系统构建双精度算法的话，既浪费资源又极度昂贵。最好的办法是在系统最需要的地方才保持双精度算法， 其它地方正常地使用 24-Bit、 140以上 dB动态范围。
这里是 Pro Tools 使用 48-bit 的详细图表
显示Bit在 48-bit精度下的分配情况。仔细留意常规 24-Bit以下可用的、用于保存低电平细节的动态范围，同时要注意到调音台近乎 288dB的动态范围。这时，将各通道推子拉下再提升主推子，与衰减主推子再提升通道推子将不会有听觉上的差异，因为混音总线的超大动态范围可以保存各通道的全部音频数据。记住，调音台的动态余量已经足够去容纳 128路最大电平、相干且无削波的信号（只要你将主推子衰减至足够避免DAC或
AES/EBU端口输出的削波） 。
显示主推子以在 48-bit范围内实际的按比例增加/衰减时的工作原理，如果主推子在session中并未用到，Pro Tools依然会将主推子作为一个幕后的 0增益进行运算。有了调音台抖动器插件，可以用高品质的抖动处理最终的 24-Bit输出信号。
• 更多关于抖动
我们之前提到减少声频信号 bit 的两种最普遍的方法，要么简单的截断
（Truncation） ，要么使用抖动器来截断。“截断”的意思是在我们的 48-bit 样本中，系统将最低的 24-bit“切掉” ，原封不动留下最高，或最大声的 24-bit 信号。
结果剩余的信号就产生了失真，也叫“量化误差” ，截断后，在信号电平稍高处， “量化误差”类似于白噪声，当信号电平下降时，噪音的干扰（对信号的干扰）更大，导致了失真。在一个 24-bit 系统中，这类失真通常在第 24个 bit 以下，或几乎 144dB 以下。
加入抖动后，失真就与信号非相关了，意味着失真可以根除，代价是增加了底噪。即使这样，加入噪音对音频所造成的破坏，比肆无忌惮的失真小得多。需要提醒，在一个非相关抖动的多轨叠加中，两个相干（Coherent）音轨叠加会产生 6dB噪声级的增加，两个非相干的噪音仅仅产生 3dB的底噪。
抖动有多种方法，每种所要求的处理方式不同。许多第三方抖动算法使用了“噪音整形” 。这种处理方式使用一种 EQ 曲线的原始白抖动噪音，对我们所不太敏感的频段加入一些能量。通过这样，抖动器可以降低失真引起的听觉效果——同时主信号保持不变。
下图显示对音频波形进行抖动处理的原理。第一个图像显示原始的信号；为信号加入抖动其实就类似于抹去每个阶梯的坎，或为每级量化电平制造一个“移除目标” 。如果你使用了准确的抖动处理，量化失真就被完美的消除了。第二个图显示“移除目标”在应用抖动后其量化电平的性质。
最后，信号的结果就如同一开始就没经过量化一样，虽然加入了一些噪声（图中无显示） 。抖动的最终效果，是让数字媒质的声音更加偏向模拟声，电平低而加入模拟设备般的底噪。适度利用抖动可以完全消除“量化梯级”的效果。因此在一个抖动处理良好的系统中谈论比特与采样率不够合适，最好是谈论底噪与动态范围。
• 本文到此结束?
那么，结束了吗？非也，下次我们会来谈论关于录音电平、插件、ADC 输出与调音台输入间的路由。我们还会研究各种各样的调音台插件。我希望本文能够证明：完全在 Pro Tools 内进行混音而无需任何外部调音台，并维持最高音质是完全做得到的。我们曾做过详细的听音试验：我们遇到的每个人，都无法分辨内部混音与外部混音之间的差异。
不过使用外部控制台依然有一定好处，你能用上控制台的 EQ 与动态处理，以及得到一些经过特殊的润色的声音。例如，经典的 Neve 80系列控制台带有 200系列单端放大镜，当电平提升时，能得到一种独一无二的、很好听的失真。 我并非打算说服你抛弃控制台的这些品质。我只是想说明：在 Pro Tools 里进行混音并不会丢失任数据或信息，当你将通道的推子拉下时并不会丢失任何信号，将通道推子进行衰减使总线音量衰减至-30，
与将总推子衰减 30 之间并没有任何差异。只要你能避免总输出出现削波、避免信号在到达输出之前也不出现削波，然后一切都很好。
注释 1：设置一个精确的混音对比听音实验很难，但值得花时间，我也强烈推荐。将来的会涉及详尽的一个混音对比听音实验。以往，在控制台使用 VCA（电压控制放大器）做自动控制来作为参考并不可靠。受 VCA 控制的通道，其信号电平将出现偏差，这时许多工程师能够对电平偏差 0.2dB 的个别乐器进行迅速定位并调整。这在听音实验中容易忽略，只是意识到会逐渐产生电平差异。一旦控制台进行重新校准，差异再一次消除了。频繁的在实验中核对信号电平是保证结论精确的一种方式，在我们的过去的听音试验中，我们避免了使用任何外部控制台的 EQ 或动态处理。我们仅将控制台作为调音台进行电平调节、PAN 旋钮与混音母线。
