HiFi基礎談 四:失真 Distortion

HiFi基礎談 四:失真 Distortion
十一月 10 10:57 2016

聽HiFi,是玩弄失真的遊戲。用電聲器材重播音樂,其最終理想,是要把錄音時所產生的一切音響,原原本本,一毫不變地在聽者跟前再造出。簡言之,這是絕無失真的音響“還原"。總言之,這也是絕無可能的事。換言之,以電子科技替代了真實樂器之表演,就必定有失真之產生。失真(Distortion),是在複製任何事物的過程中所產生的與原物不同的東西,在HiFi世界裡,最常見的失真有兩種:

  1. 諧波失真(Harmonic Distortion)
  2. 互調失真(Intermodulation)

以上是任何發燒友都應該認識的兩種最基本失真形態,但一般玩十萬級HiFi的人,往往又捨本逐末,滿口相位,瞬態,延遲……而忽略了最原始的常識。著書立說之專家不妨把這篇HiFi基礎談作為幼稚園課本去讀,因為這不是鬧着玩的。待你對HiFi基礎有了準確認識後,你才有資格寫開玩笑的HiFi文章。明未?

諧波失真騙人

諧彼失真,是訊號在被處理過程中,某一個諧波出現被強調或被抑制的錯誤。舉例:我們先錄一個小提琴G音,用頻譜議去分析:G = 196Hz。在頻譜上,G196(即第一諧波)的響度,只佔總能量的0.1%,響度最強的是第3諧波,佔總能量之45.2%。(圖1)注意這G弦音量是以普通不強不弱的力度演奏出來,若用較弱或較強的力度,諧波結構也會改變,聽起來使人覺得更柔和或更剛烈。所以,錄音師做手腳,把原來較弱的音響增強,經混音器納入主帶裡,以產生突出效果的做法雖然行得通,但不能過份。有經驗的人一聽就知那是“假"聲。

圖1

圖1

話說,上述G196之中級音量,在放音時各諧波的份量應該保持原庄,各諧波份量的總和,也應份等於100%(本例是99.9%)。任何一個諧波出現強調或抑制,諧波百份比總和大過100%或小於100%,就是諧波失真。很明顯,諧波失真令到上述G196的小提琴音色不似小提琴。我們會說,是音色的“紋理"(timber)變了。

當然,諧波失真影響重播之綫性,也是綫性失真之一類。諧波失真是物理震盪(唱頭,唱臂,喇叭),或擴大綫路在處理訊號時按基週數目而在諧波週率上發生變化。綫性失真却通常指固定的週率,例如某揚聲器在1.5k至3.5KHz之間有+5dB綫性失真。諧波失真以接近基音的第2, 3, 4次諧波的變化影響音色最大,因為這些諧波通常是決定音響特性致命部份。我們若仔細研究諧波的數學關係,就會知道,第2諧波週率是基週的1倍;G196的第2諧波是G392,也是G音。但第3諧波588Hz與G音扯不上關係。

由此可知,一切雙數(2, 4, 6…)諧波都是基音的倍數,在音樂上,它們都是相距8度音,即一個倍音程(Octave)。而一切單數(3, 5, 7…)諧波却在音樂頻譜上與基音缺乏和諧(悅耳)的關係。因此,我們不妨將單數諧波當為不和諧的諧波。耳朶對音樂化的諧波失真,即雙數失真,不僅可以接受,而且甘之如蜜。第2,第4次諧波失真,對一些無經驗(或資深專家)的耳朶來說,可能是“甜",“厚"、“有肉"的美聲。第3,第5諧波,聽來碍耳,沒音樂感,不是味道。

曾經領教過一位仁兄自製的膽機,也真服了他,那中音及中高部份是濃濃厚厚但混濁得像泥漿的諧波失真、(當然還有互調失真),小提琴的絃粗比麻繩。他却自得其樂,自稱天下無雙呢。這也難怪,中音部份的“善性"(雙次)諧波失真,不易分辨。中高頻部份的諧波失真則比較明顯。今日Hi Fi,較先進的AB類擴大器和響應敏捷的頭、臂、喇叭等,都輕易能把諧波失真抑制在聞限內。據音響學家Olson的研究,人耳可接受高達5%的二次諧波失真,3%三次諧波失真。但時代進展令人們的耳朶更敏感,現在我們能夠分得出低至2.5%的二次諧波失真。

諧波失真本身的相位(Phase按下不表)可能與原音不統一,時間亦有參差。因此便更能夠將音響畫面撐大。諧波失真影響音色的紋理,透明度,和樂器之平衡度。最記得的一次,是在愛羣聽Albert Chan的教導。唱Backhaus的“皇帝協奏曲",用Wharfedale喇叭,氣勢雄厚,鋼琴排眾而出。用Quad靜電喇叭,畫面清淡通透,鋼琴却被樂隊包圍 ─ 縮了水。大夥兒齊說Wharfedale好嘢,Albert說:「This is Harmonic Distortion and Intermodulation!」

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原文刊於1986年8月號《Hi Fi Review》

亙調失真拆耳

互調失真(IM),是音響器材在處理複雜訊號時那些訊號互相干擾混淆的結果。亙調失真是一種醜惡的非音樂噪音,耳朶對它最為敏感。我們一般口頭上所講的“拆"聲,“散"聲,主要成份就是IM。IM破壞聽覺享受是有連銷性的,因為IM的產生同時帶來IM的諧波失真。IM是任何發燒友都能聽得出的失真,在犀利的時候,喇叭播出來的噪音簡直潰不成軍。一舊舊,矇渣渣,音樂美感蕩然無存。但,絕大多數羣眾却完全接受這種音響重播,他們認為這是理所當然。於是乎,這本來美麗的世界就有不少怕聽IM的人日夜被IM污染強姦。的士司機大佬那部2 X 100W Car HiFi,喇叭裝在乘客的腦後,距耳朶不及十吋之遙。

他不明白汽車HiFi要與路面噪音鬥響的原理;司機位置聽到70dB響度“好舒服"的IM,乘客耳邊的SPL少說也有90dB!還有小巴大佬,他們把立體聲的二聲道一前一後裝在車廂前後端、乘客要捱冇左一邊的Stereo,最攞命是早輪由香港到哈爾濱都不可能一日聽不到的Monica!半邊Monica。

玩高級HiFi而愛上IM ─ 愈多愈好的人,炮黨是中堅分子。1812臨散場那段,大部份組合都只是一團糟。在這最長的幾分鐘裡,唱頭,唱針,唱臂,唱盤,擴音器,喇叭,天花,和炮黨的屁股,都齊齊狂震,震到癲。偉大的柴可夫斯基!偉大的大炮!

IM是目前HiFi技術所沒法消滅的頑強敵人,最極品級的組合,也有其本身的極限。在過份驅策之下,任何組合都會產生IM。因為,過載失真(Overload)的主要成份是削波(Clipping)和IM。

今日新潮青年,晚晚泡Disco的,大概可以忍受超過110dB SPL的Disco IM。在最勁的時侯,由Disco喇叭所射出來的音響尖刀,是回授(Feedback),聲峯(Peak),諧波失真,IM之大結合。曾經泡過一間disco,一進場就習慣的向最遠角落找避難所(反正近音樂台的座位一早爆滿)。但,小生歌星一出場,耳朶仍然吃不消。估計坐在台前的小兄弟們最起碼要捱110dB中高音peak。耳膜痛得叫救命,唯有馬上埋單,落荒而逃。這Disco音響唯一沒有的,是我們叫做音樂的東西。

我對Disco絕無反感,但就佩服有些毫無質素可言的Disco音響承建商,佩服那羣可以面對110dB刺耳peak的小兄弟。

為什麼不用點想像力,冷靜考慮一下,Rock, Pop、Jazz, Fusion…任何一種稱得上為音樂的東西,管它110dB或60dB,是否都應份是如此的刺耳?

我們天生一對耳朶,都擁有享受美麗音樂的權利。在享受之前,先得弄清楚什麼才是好的,真正的Hi Fi。

本期引入名詞:

Distortion:失真.Harmonic Distortion:諧波失真

Intermodulation:互調失真.Linear Distortion:線性失真

Octave:八度音,倍音,倍頻.Phase:相位

Overload:過荷,過載.Feedback:回授,回饋

Peak:聲峯,波峯

 

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Hi Fi音響 (Hi Fi Review) 於 1986 年 4 月創刊,以月刊形式發行,至今逾 30 載。

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