认识频谱仪软件

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说到“频谱”这个词，它好像是一种很神秘的东西，有一次有人在棚里问我这个软件是什么，答曰：频谱仪。其纳闷地问我：频谱仪不是治病用的么？真是让偶哭笑不得，结果，现在竟然还出现了“频谱水”，喝了会如何如何对身体好，说到底还是老百姓缺乏科学知识的结果，才使得那么多打着“科学”幌子的赚钱办法出现……在这篇文章中，我们来说一说我们在音乐制作中经常要用到的一种软件：频谱仪。在写文章之前，我先来点一支频谱烟……哈哈哈哈

言归正传。究竟什么是“频谱”？这要从波形本身说起。我们知道，一切声音都是由振动产生的。之所以自然界中的声音千变万化各不相同，是因为它们的振动也各不相同。我们看吉他、琵琶或者其他弦乐器，它的每一根琴弦的直径都是不一样的。琴弦越粗，声音也就越低。反之则越高。很显然粗的弦就不如细的振动得快。音高不同的产生，就是由于振动的频率不同。很显然频率越高，音高就越高。

声音频率的单位是赫兹，英文简写为Hz。赫兹 (1857-1894)，是德国物理学家，他发现了电磁波，为了纪念他，人们用它的名字来做为频率的单位。所谓一赫兹，就是一秒钟振动一次。那么440Hz呢，当然就是每秒振动440次。这个声音就是音乐中的标准A音，是乐器定音的标准。而钢琴中央C的频率则是261.63Hz。

我们人的耳朵能够听到的频率范围，是20Hz到20000Hz。也就是说，这个范围内的声音是人类能够听到的所有声音。低于这个频率范围的声音叫次声波，而高于这个频率范围的声音叫做超声波，这些声音，人类都已经不能听到了。次声波可以用来制造杀人武器，因为人体内脏的固有的振动频率是0.01?20赫兹之间，属于次声波，如果发射振动频率与人体内脏的振动频率相同或接近的次声波，就会引起各种脏器的共振，杀人于无形。所谓现在的那些治病的“频谱仪”，要是真的能发出和人体相同频谱的波，那这种东东肯定很受恐怖分子的喜爱。呵呵，幸好那是哄不懂科学知识的老百姓用的。高于20KHz的超声波，已经广泛地应用于医学、军事等等各方面。比如潜艇使用的声纳、超声波碎结石等等技术。

我们的听到的音乐，当然都在人耳可听到的这个范围之内：20Hz到20KHz。所以这个范围之外的频段，和我们的音乐没有关系。

比如下面的表格中是我们常见的一些人声的基频范围：

• 男低音 80－320Hz
• 男中音 96－387Hz
• 男高音 122－488Hz
• 女低音 145－580Hz
• 女高音 259－1034Hz

根据傅立叶分析，任何声音可以分解为数个甚至无限个正弦波，而它们往往又包含有无数多的谐波分量。而它们又往往是时刻在变化着。所以一个声音的构成其实是很复杂的。将声音的频率分量绘制成曲线，就形成了频谱。测量和描述声音频率特性的图形显示仪器，我们称之为“频谱仪”。

在通常的频率测量中，频率的表示方法常用倍频程和1/3倍频程。倍频程的中心频率为31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16KHz这十个频率，后一个频率均为前一个频率的两倍，因此被称为倍频程，而且后一个频率的频率带宽也是前一个频率的两倍。在一些要求更精细的情况下，频率划分更细，比如1/3倍频程，就是说把每个倍频程再划分成三个频带，中心频率是20、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、10K、12.5K、16K、20KHz等三十个频率，后一个频率均为前一个频率的21/3倍。

除进行物理声学上的研究以外，做为我们音乐人所使用的频谱仪，大多都是用来显示声波从20赫兹到20000赫兹之间各个频段的声音分布情况，也就是人耳能听到的这个频段。因为音乐都在这个频段内，超过这个频段的频谱仪，如100Hz到5KHz的，一般用于科学研究，和我们音乐制作没有关系了。

早期频谱仪都是模拟分析的。频谱仪的原理就是将声音信号通过一系列不同中心频率的模拟带通滤波器。每个带通滤波器相当于一个共振电路，其特性由中心频率（步进的）、频带宽度及响应时间表示。在声音信号通过滤波器后，经过平方检波器，并进行平均之后，在每个频率上测定所传输的功率，从而得到信号的频谱。

传统的频谱仪受到滤波器性能的制约，因为模拟电路本身的特性所局限，滤波器的带宽和响应时间成反比，也就是说模拟滤波器的频率分辨力与时间分解能力之间存在矛盾。因为频谱仪所测量的往往都是非稳态声，一般来说，都是使用若干个滤波器来覆盖整个频率范围，并将信号同时并联地输入到这些滤波器上去。或者使用中心频率能够从低到高连续变化的滤波器。随着科学技术的不断进步，现在我们所使用的频谱仪，已经不再是那些笨重而不准确的模拟仪器，而是软件。它分析的其实是经过了AD转换的数字信号。比起模拟滤波器，数字滤波器当然要更加迅速和精确，但频谱仪软件所测量的，是AD后的信号，也就是数字信号，因此这个信号是否准确，还要取决于音频接口的性能。

目前的软件频谱仪有很多。大致可以分为独立运行的和插件类两种。不少音频软件也都自带频谱仪。而且，除了显示频谱之外，频谱仪软件往往都带有其他功能。比如声场、相位等等测量和显示。它是音乐制作中不可缺少的重要工具。

下面我们先来以Pinguin这个独立运行的频谱仪软件来看一下频谱仪软件的使用方法

Pinguin的界面如下图：

 图1：Pinguin频谱仪，点击放大

在Device里设置声音来源的端口即可使用。它由4个部分组成。我们依次来看一下：

1．PPM：电平表。显示左右声道的声音电平大小。

2．Analyzer：分析仪。这是频谱仪的频谱显示主窗口，也是最重要的部分。Pinguin的频谱显示是16Hz到20KHz，也就是说其低频测量范围比人耳的最大限度还要低一些。这是有必要的。因为在电脑音乐中有一些音色的音域是很随意的，所以含有低于20Hz的低音成分也是很正常的，这时频谱仪就可以显示出来。当然，人耳是听不出来的。在这个窗口上点击右键可以调节其各项数值，比如响应时间、保留峰值显示、左右声道选择以及显示颜色等。

3．Stereo Meter：立体声场仪。它很形象地显示出这个声音的声场。左右声道完全相同的时候，其显示为一条竖线。而左右不同的时候，这个窗口就会很直观地看出声场的变化。这个图形左右越宽，声音越开阔，声场也就越宽。如果其显示为一条横线，则表示声音完全反相。

4．Correlation：相位差仪。最右边是相位完全同相，在0度右边均显示为绿色。过了0，就显示为红色，最左边则是完全反向。一般音乐要尽量避免过中间的0，（特殊效果除外）过0变红，则左右相位有问题，这样的音乐如果转成Mono的时候（比如在电视机上播出），就会出现相位抵消现象，丢失声音。

常用的独立频谱仪还有SonoScope。它的功能，使用方法和Pinguin基本一样，不过要按下Start键才开始工作。其颜色、显示精度、显示模式均可自由调节。

 图2：SonoScope频谱仪，点击放大

独立的频谱仪软件，优点在于使用简单，无需打开其他音频软件。而插件式的频谱仪软件则需要像其他效果器插件一样运行在宿主软件中。在制作音乐和录音、混音的过程中使用则非常方便。下面是目前常用的插件式频谱仪LXI。

 图3：插件频谱仪InspectorXL，点击放大

它由几个组件组成。其大致构和Pinguin大同小异。如电平表、立体声场、频谱显示、相位差等。这个频谱仪插件的精确度很好。值得一提的是，它的显示方式比较多样。比如频谱显示，它有三种显示方式，一种是显示各频段峰值所构成的曲线图。如图：

 图4：峰值曲线，FFT运算（快速傅立叶转换算法）

另一种是传统的柱型图，如图：

 图5：柱型图（1/3倍频程）

还有一种光谱分析图。这种“光谱”显示很有意思。其不同的颜色代表着不同的强度，可以一目了然地看出各个频段的情况，非常直观。

 图6：光谱分析图

另外常用的频谱仪还有Waves效果器插件包里自带的PAZ，也很不错。

 图7：PAZ频谱仪

在音乐制作中，频谱仪的作用是理性与感性的完美结合。在我们依靠监听音箱、监听耳机来感受声音的同时，频谱仪还可以给我们更加直观的数据。一般来说，混音时，音乐作品的每个声部都可以分别用频谱仪来测试，也可以观看整体的频谱情况。需要注意的是，频谱仪仅仅是一种辅助手段，而不是一种依赖和依靠，混音时，我们要相信频谱仪的数字，更要相信自己的耳朵。当然，前提是监听设备要准确。对于没有专业监听的音频初学者来说，频谱仪无疑是必需的软件之一。