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科普 | HiFi 基础谈:失真 Distortion

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发表于 2017-5-23 09:53:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
听HiFi,是玩弄失真的游戏。用电声器材重播音乐,其最终理想,是要把录音时所产生的一切音响,原原本本,一毫不变地在听者跟前再造出。简言之,这是绝无失真的音响“还原"。总言之,这也是绝无可能的事。换言之,以电子科技替代了真实乐器之表演,就必定有失真之产生。失真(Distortion),是在复制任何事物的过程中所产生的与原物不同的东西,在HiFi世界里,最常见的失真有两种:
  • 谐波失真(Harmonic Distortion)
  • 互调失真(Intermodulation)

以上是任何发烧友都应该认识的两种最基本失真形态,但一般玩十万级HiFi的人,往往又舍本逐末,满口相位,瞬态,延迟……而忽略了最原始的常识。着书立说之专家不妨把这篇HiFi基础谈作为幼稚园课本去读,因为这不是闹着玩的。待你对HiFi基础有了准确认识后,你才有资格写开玩笑的HiFi文章。

谐波失真骗人
谐彼失真,是讯号在被处理过程中,某一个谐波出现被强调或被抑制的错误。举例:我们先录一个小提琴G音,用频谱议去分析:G = 196Hz。在频谱上,G196(即第一谐波)的响度,只占总能量的0.1%,响度最强的是第3谐波,占总能量之45.2%。(图1)注意这G弦音量是以普通不强不弱的力度演奏出来,若用较弱或较强的力度,谐波结构也会改变,听起来使人觉得更柔和或更刚烈。所以,录音师做手脚,把原来较弱的音响增强,经混音器纳入主带里,以产生突出效果的做法虽然行得通,但不能过份。有经验的人一听就知那是“假"声。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 09:54:36 | 显示全部楼层
话说,上述G196之中级音量,在放音时各谐波的份量应该保持原庄,各谐波份量的总和,也应份等于100%(本例是99.9%)。任何一个谐波出现强调或抑制,谐波百份比总和大过100%或小于100%,就是谐波失真。很明显,谐波失真令到上述G196的小提琴音色不似小提琴。我们会说,是音色的“纹理"(timber)变了。

当然,谐波失真影响回放之线性,也是线性失真之一类。谐波失真是物理震荡(唱头,唱臂,喇叭),或扩大线路在处理讯号时按基周数目而在谐波周率上发生变化。线性失真却通常指固定的周率,例如某扬声器在1.5k至3.5KHz之间有+5dB线性失真。谐波失真以接近基音的第2, 3, 4次谐波的变化影响音色最大,因为这些谐波通常是决定音响特性致命部份。我们若仔细研究谐波的数学关系,就会知道,第2谐波周率是基周的1倍;G196的第2谐波是G392,也是G音。但第3谐波588Hz与G音扯不上关系。

由此可知,一切双数(2, 4, 6…)谐波都是基音的倍数,在音乐上,它们都是相距8度音,即一个倍音程(Octave)。而一切单数(3, 5, 7…)谐波却在音乐频谱上与基音缺乏和谐(悦耳)的关系。因此,我们不妨将单数谐波当为不和谐的谐波。耳朶对音乐化的谐波失真,即双数失真,不仅可以接受,而且甘之如蜜。第2,第4次谐波失真,对一些无经验(或资深专家)的耳朵来说,可能是“甜",“厚"、“有肉"的美声。第3,第5谐波,听来碍耳,没音乐感,不是味道。

曾经领教过一位仁兄自制的胆机,也真服了他,那中音及中高部份是浓浓厚厚但混浊得像泥浆的谐波失真、(当然还有互调失真),小提琴的弦粗比麻绳。他却自得其乐,自称天下无双呢。这也难怪,中音部份的“善性"(双次)谐波失真,不易分辨。中高频部份的谐波失真则比较明显。今日Hi Fi,较先进的AB类扩大器和响应敏捷的头、臂、喇叭等,都轻易能把谐波失真抑制在闻限内。据音响学家Olson的研究,人耳可接受高达5%的二次谐波失真,3%三次谐波失真。但时代进展令人们的耳朶更敏感,现在我们能够分得出低至2.5%的二次谐波失真。

谐波失真本身的相位(Phase按下不表)可能与原音不统一,时间亦有参差。因此便更能够将音响画面撑大。谐波失真影响音色的纹理,透明度,和乐器之平衡度。最记得的一次,是在爱群听Albert Chan的教导。唱Backhaus的“皇帝协奏曲",用Wharfedale喇叭,气势雄厚,钢琴排众而出。用Quad静电喇叭,画面清淡通透,钢琴却被乐队包围 ─ 缩了水。大伙儿齐说Wharfedale好嘢(好棒),Albert说:“This is Harmonic Distortion and Intermodulation!”
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互调失真拆耳
互调失真(IM),是音响器材在处理复杂讯号时那些讯号互相干扰混淆的结果。亘调失真是一种丑恶的非音乐噪音,耳朵对它最为敏感。我们一般口头上所讲的“拆"声,“散"声,主要成份就是IM。IM破坏听觉享受是有连销性的,因为IM的产生同时带来IM的谐波失真。IM是任何发烧友都能听得出的失真,在犀利的时候,喇叭播出来的噪音简直溃不成军。一块块,模模糊糊,音乐美感荡然无存。但,绝大多数群众却完全接受这种音响回放,他们认为这是理所当然。于是乎,这本来美丽的世界就有不少怕听IM的人日夜被IM污染强奸。的士司机大佬那部2 X 100W Car HiFi,喇叭装在乘客的脑后,距耳朵不及十吋之遥。

他不明白汽车HiFi要与路面噪音斗响的原理;司机位置听到70dB响度“好舒服"的IM,乘客耳边的SPL少说也有90dB!还有小巴大佬,他们把立体声的二声道一前一后装在车厢前后端、乘客要忍受有缺漏的Stereo,最要命是早轮由香港到哈尔滨都不可能一日听不到的Monica!半边Monica。

玩高级HiFi而爱上IM ─ 愈多愈好的人,炮党是中坚分子。1812临散场那段,大部份组合都只是一团糟。在这最长的几分钟里,唱头,唱针,唱臂,唱盘,扩音器,喇叭,天花,和炮党的屁股,都齐齐狂震,震到癫。伟大的柴可夫斯基!伟大的大炮!

IM是目前HiFi技术所没法消灭的顽强敌人,最极品级的组合,也有其本身的极限。在过份驱策之下,任何组合都会产生IM。因为,过载失真(Overload)的主要成份是削波(Clipping)和IM。

今日新潮青年,晚晚泡Disco的,大概可以忍受超过110dB SPL的Disco IM。在最劲的时侯,由Disco喇叭所射出来的音响尖刀,是回授(Feedback),最大声压(Peak),谐波失真,IM之大结合。曾经泡过一间disco,一进场就习惯的向最远角落找避难所(反正近音乐台的座位一早爆满)。但,小生歌星一出场,耳朶仍然吃不消。估计坐在台前的小兄弟们最起码要捱110dB中高音peak。耳膜痛得叫救命,唯有马上埋单,落荒而逃。这Disco音响唯一没有的,是我们叫做音乐的东西。

我对Disco绝无反感,但就佩服有些毫无质素可言的Disco音响承建商,佩服那群可以面对110dB刺耳peak的小兄弟。

为什么不用点想象力,冷静考虑一下,Rock, Pop、Jazz, Fusion…任何一种称得上为音乐的东西,管它110dB或60dB,是否都应份是如此的刺耳?

我们天生一对耳朵,都拥有享受美丽音乐的权利。在享受之前,先得弄清楚什么才是好的,真正的Hi Fi。

本期引入名词:
  • Distortion:失真.Harmonic Distortion:谐波失真
  • Intermodulation:互调失真.Linear Distortion:线性失真
  • Octave:八度音,倍音,倍频.Phase:相位
  • Overload:过荷,过载.Feedback:回授,回馈
  • Peak:声峯,波峯


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