常用智能手机的声音响度和频响

游戏音频

iPhone手机听起来声音更好么?如果是的话,原因是什么?那么华为手机的声音情况呢?不同型号的手机声音差异很大,但即使做了好多年手机游戏,也没自己去好好比对和体验一下它们差异都在哪里,是不是会有一些简单的规律或者特征可循。于是就有了此番的探究。我的测试也很简单:

  • 常用智能手机的声音响度
  • 常用智能手机的频率响应

不同型号手机的声音特征差异很大,所以我只能挑选相对主流的型号来测试。当然,不同地区、不同年代的主流型号手机也不尽相同。我用来测试的型号是中国最常用的(就测试的2018年而言)。因为声学条件等限制,我并不奢望能够得出非常精确的数据和结论,只是希望回答我自己或者说大部分关心的、最直白的问题。如果能从中得出一些重要线索、并且能帮助我们做得更好,那就再好不过了。下面是我用来测试的手机:

  • iPhone 7 Plus
  • Huawei Mate 7
  • Vivo Y51A
  • Oppo R9 Plus

在选择用于测试的游戏时,我决定挑选的是一些当时比较主流的一些不同游戏类型(声音风格、响度和频响特征也因此不同)。我自认为这样或许更有参考意义。我选择的是中国手游市场上颇受欢迎的七款手游。

  • 《欢乐斗地主》
  • 《开心消消乐》
  • 《王者荣耀》
  • 《皇室战争》
  • 《阴阳师》
  • 《梦幻家园》
  • 《绝地求生》(出于好奇,事实上我测试了腾讯开发的两个版本)

测试方法

设备:

  • 话筒:Sanken CO-100(主话筒)和 Earthworks TC-20
  • AD:Apogee DUET FW
  • Mac Book Pro 15"
  • Senheisser HD25 AMP 耳机
  • Signal A:立体声白噪声(在 Pro Tools 中生成 60 秒长的 PCM WAV 文件,参考电平为 -11.9 LKFS,True Peak电平为 -8.1 dBTP)。这个样本作为主测试信号)
  • Signal B:立体声白噪声(在 Pro Tools 中生成 60 秒长的 PCM WAV 文件,参考电平为 -6 LKFS,True Peak电平为 -2.1 dBTP,目标电平为 12 LKFS)。这个样本作为参考信号。

步骤:

  • 在各款智能手机上使用各自自带的默认播放 App ,以各自的最大电平播放 Signal A。(每一款APP自身的频响差异是一定存在的,但是对此我也无能为力。不过,这样的测试方式或许更能体现出日常经验感受。)
  • 修改每款手机的话筒增益。确保话筒输入电平为 -11.9 LKFS。藉此,将 -11.9 LKFS 设为所有手机的参考电平。
  • 逐一试玩各款游戏并直接录制到 Pro Tools HD 12 中。

规格:

  • 参考电平:-11.9 LKFS (-12 LKFS)
  • 响度测试周期:30 秒
  • 录制时长:每款游戏 5 分钟以上

关于手机中的扬声器模组(感谢一位朋友给科普了一下)

  • 采用智能 DSP 处理 DA 的放大。
  • 通过温度和放大检测器将 DA 信息反馈给 DSP。
  • 由 DSP 实施自动增益控制 (AGC),来限制输出功率以保护硬件。AGC 的作用就像一个带有限幅器的压缩器。
  • 另外,每个厂商都可调节和定义 DSP 的 EQ 等参数,从而获得不同的音色和响应。

(注:其实包括iPhone在内的所有手机在这个单元上都差不多,几乎不存在本质差异。所以这个问题就变得有意思了。)

整个研究的最终目标是要帮助我们了解:

  • 目前常用手机的声音响度情况。
  • 当下流行手游的声音响度情况

(注:响度一定和频响有直接的关系,所以响度测试的同时也会涉及频响。)

一般响度参考电平

电影
-24LKFS
 
CD 母带
-15LKFS
(Soundcloud 中也是如此)
iTunes
-16LKFS
 
YouTube
-13LKFS
 
Spotify
-14LKFS
 
K-lab建议(手机)
-16LKFS
 
所有最大峰值目标电平均为 -1.5 ~ 4 dBFS
 
 

本人响度目标电平

音乐母带
-16LKFS
周期 30 秒
游戏音效
-16dB RMS
阈值 -45 dB。峰值 < = -3 dBFS
游戏母带总线输出
-16LKFS
端游/手游

扬声器输出的声音响度(含白噪声)

参考:30 cm距离。白噪声 -12 LKFS(iPhone 7 Plus 上),目标录制电平 -12 LKFS(要稳定在-11.9 太难了,所以取个整数吧)。

Picture3

结果:

  • 响度大于 -12 LKFS 的内容,实际听起来音量并不会更大。手机内部自动增益单元(见上文)在设备中的作用跟压缩效果器很像。
  • 距离手机30 ~ 40 cm 之间时,衰减电平约为 3 dB。所以,响度下降其实是很快的。这个设计是有一定道理的,一方面是节能,另一方面是避免更大范围的影响其他人(这是我猜的,虽然我只知道iPhone有这个理念)。
  • iPhone 7 Plus 的声音响度不是最小的(含白噪声,并且它的动态也并不比其他手机好)。不过,在iPhone 上游戏的声音平均响度是最小的。
  • Vivo Y51A 的声音响度是最大的(白噪声)。但是Oppo R9 却是游戏平均响度最大的手机。(这一点挺奇怪的,游戏的音乐音效可能更多集中在某些让OPPO敏感的频段上了?)
  • 所有这些测试中,声音响度最大的游戏是在 Oppo R9 上运行的《王者荣耀》,为 -14.8 LKFS。
  • 响度大于 -12 LKFS 的内容听起来音量并没有更大。-12 LKFS 估计是大部分手机的临界参数。事实上,基本上所有手机在用白噪测试时候获得的最大平均响度都没有超过 -16 LKFS,只在一些短时间内会超过-16,但也没有超过-12的参考线。
  • 同样的声源,在距手机 30 ~ 45 cm 之间的响度滚降都是相当明显,可见扬声器功率之小。

Picture4

由此可见…

任何响度大于 -16 LKFS 的源素材基本没有意义的。调整内容的频率、尤其是中高频,或许是最简单粗暴的方法。当然,这样也会让手机声音听起来很炸、很粗糙、没有“品质感”。

更多可供参考的图表(点击放大图片) 

 Picture5  Picture6  Picture9

Picture7   Picture8

 

 

 

常用智能手机的频率响应

Picture1

结论:

  • 在所有手机上,最为敏感的频率包括:220、500、1k、2.5k、3.5k、10k、11k、14k
  • 所有手机的扬声器频响都会从 1kHz (1kHz以下)开始滚降。所有场面激烈、素材丰富的游戏在 220 ~ 1000 Hz 之间的滚降都比较慢(也就是说,游戏声音出现的密度提升是能够有效保持响度的一个方法)。技术角度,选择1kHz是一个非常“安全”作法。
  • 所有 Android 游戏都从 220 Hz 开始上升。iPhone 7 Plus 则从 400 Hz 开始缓慢上升。这可能也是为什么 iPhone 7 Plus 虽然声音听起来较为轻柔、并且却可以感知到更多较低频的原因(心理声学基础)。
  • 所有 Android 游戏的高频都从 10 kHz (10K以上)开始截止(即开始滚降)。iPhone 7 Plus 基本上也是如此。不过,它在 16 ~ 22 kHz 之间会再次上升(我很怀疑这个现象是不是因为我的iPhone被我摔过)。
  • 在 11 kHz 左右衰减信号、并在高于 11 kHz 的范围减缓滚降,相信应该可以获得更加舒适平滑的亮度表现。具体请查看《皇室战争》和《梦幻家园》的频响。《绝地求生》同样可以印证这一点。这个特征可以让玩家长时间听扬声器、却不容易疲劳。
  • 在所有设备上都要特别注意控制和设计 4 ~ 5 kHz 频段的内容分配。(至于原因可以自己去猜)

Picture2

智能手机的频率响应很难用一篇文章来阐释清楚。为此,我随附了一份 30 页的 PDF 供各位探究。在这个 30 页的 PDF 中,您可以借助频谱来了解和挖掘更多细节,深入探索手游音频的设计技巧和策略。希望这些资料对您有所帮助! 

最后,我要感谢 NEXT Studios 提供的支持。尤其是来自NEXT 音频团队的张欣和张磊。

 

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杨杰 (Digimonk)

声音设计师

腾讯NEXT工作室

杨杰 (Digimonk)

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杨杰 (Digimonk) 自 1998 年开始从事游戏开发,拥有丰富的行业经验和技术知识。他曾供职于育碧 (Ubisoft)、2K Games、胜有声,维塔士 (Virtuos)以及腾讯北极光工作室,参与了超过 100 款游戏的声音设计制作。目前,他在腾讯NEXT工作室担任声音设计师。在 2012 年,他独立制作了高质量原创声音库 Foley Stage 并在全球范围内发行。之后,他又陆续设计制作了高质量原创声音库机器之心 (Heart of Machines)、微观世界(一) Microscopic World Vol. 1 和 北风 (Northern Wind),并在欧洲、北美、日本和中国发行。最新原创音效库 火气-中国武侠特效 (the art of Magic Kungfu)也现已上市。

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