Sim, sox descompacta e comprime novamente os formatos com perdas durante o processamento (consulte man sox ), e a compactação iterada causará uma leve detoriação da qualidade.
Para alterar o ganho em um arquivo mp3, não é necessário recodificá-lo, porque os valores de ganho são separados dos dados codificados. Você pode usar aplicativos como mp3gain para alterar os valores de ganho diretamente, sem causar detoriação na qualidade do áudio.