频谱分析指南

频谱分析

频谱分析是以可视的方式展现音频文件的数据。每个音调都有其特定的频率：低音频率低，高音频率高。所有的这些频率都会被展现在频谱图上，其纵轴是频率，横轴是曲目时长。频率以赫兹（Hz）为单位。人类的听力范围大约是 20 Hz ~ 20 kHz。

当我们获得 FLAC 文件时，我们希望它们在质量上一丝一毫也不会下降，亦即「无损」文件。然而不幸的是，FLAC 文件有时会在无损内容旁带点儿有损（局部有损），或者更糟糕的，劣质转码，意味着被转码的源文件是有损的。

当有损文件被转换成无损文件时，最初因为有损压缩失去的那部分数据并没有恢复，无损文件与源有损文件具有相同的保真度，只是更大些。这对于无损音频无疑是一种滥用和破坏。当有损文件被转码成另一类有损文件时，有损压缩算法会再次应用于此文件，导致比算法应用于无损文件更多的损失。出于以上原因，将有损文件作为转码素材是绝对不应该的。

由于频谱图展示了文件的所有数据，因而它是你判断音频是否劣质转码的好帮手。每个文件都有一个相对标准的截止频率。

以此图为例，横坐标代表时间（Time），单位是秒，纵坐标代表频率（Frequency），单位是千赫兹（kHz），这在所有频谱图都是一致的，因为其目的就是表示音频的频率构成随时间变化的情况。对于给定的采样率，频率最大值也是确定的，为采样率的一半。CD 44.1 kHz 的采样率，其音频最大频率就是 22.05 kHz，也就是图中所反映的那样。

右侧有一图例，下面是单位，dBFS（Decibels Full Scale），这是因为确定的位深度能够记录的最大响度是有限的，所以将最响亮的点作为零点，那么声音轻一些，就需要用负值来表示。同样地，数值有颜色的对应，声音越响亮，颜色越明亮，声音越轻柔，颜色越黯淡。我们可以看到，对于真无损，其总体趋势是频率越高越轻柔，即从下到上，颜色从明亮向黯淡过渡。

CD／无损

零售 CD 中的歌曲以及无损歌曲，其频率应全程冲到 22 kHz。由于无损格式之间的转码保留了所有的数据，FLAC、WAV（PCM）、ALAC 等的频谱看起来应是完全相同的。

不过，不同的流派的频谱看起来不尽相同。上例是一首流行歌曲，所以多数频率表现都很明亮。但古典钢琴曲的视觉表现：

看起来差好多，是吧？但它仍然是无损的频谱！注意「白噪音」（紫光）仍然延伸到 22 kHz，即使它们没能派上用场。

MP3

不同类型的 MP3 具有不同的截断频率（frequency cut-off）。MP3 也倾向于在 16 kHz 处带有一个「隔断（shelf）」（你可以在频谱图上看到）。

MP3 320kbps (CBR) 的频率截断在 20.5 kHz。

MP3 256kbps (CBR) 的频率截断在 20 kHz。

MP3 V0 的频率截断在 19.5 kHz。

MP3 192kbps (CBR) 的频率截断在 19 kHz。

MP3 V2 的频率截断在 18.5 kHz。

MP3 128kbps (CBR) 的频率截断在 16 kHz。

劣质转码

在尝试判别劣质转码时频谱是怎样发挥作用的？比方说你从一个博主处下载了一首 FLAC 格式的歌。鉴定它是真无损而非劣质转码文件的唯一办法就是查看它的频谱。（像 AudioIdentifier 这样的程序在检测劣质转码时并不可靠。）

举个例子，如下的频谱来自一个 FLAC 文件：文件扩展名是 .flac，大小 21.8 MB，且听起来没啥毛病。

但是……哇哦，它看起来像是正常的 FLAC 频谱应有的样子吗？显然不是嘛！这个文件是从 MP3 192kbps (CBR) 转码成 FLAC 的。它是有损到无损的转码，即劣质转码。

软件

对于频谱分析，推荐使用 Adobe Audition (Windows or macOS)、Audacity (Windows, macOS, Linux) 或 SoX (Windows, macOS, Linux — command line only)中的任意一者。以上示例中的频谱图是使用 Adobe Audition CS 6 制作的。

虽然说你应当使用频谱分析来判断一个文件是否劣质转码，但你首先需要采用另一类软件来查看文件的比特率或编码预设。要达到这个目的，推荐 Windows 用户使用 Audio Identifier 或 dbPowerAmp，macOS 用户使用 dnuos 或 MediaInfo。