HiFi基礎談 六:相位

HiFi基礎談 六:相位
一月 24 10:58 2017

相位問題及各種形式的相位失真問題成為了影響擴音質素及聽音室環境的重要關鍵。

相位是音波推進的動態 / 時間特性。先用簡單例子解釋;兩個人在同一起點向同一方向同一速度出發,他們的動態 / 時間特性是“同相"(嚴格地說要同時起同一隻腳才算)。若一切條件不變,而出發方向不同,便產生“相位"偏差。方向相差 45 度,便有 45 度相位的差異,兩人以相反方向出發,便出現 180 度相位差,構成「正相」與「反相」之分別了。音波的相位問題,比上述兩個麻甩佬的關係錯綜複雜十萬倍。音波是一羣由 20 至 2 萬赫之間基週 + 諧波的連鎖反應。在演奏現場,我們聽到由音樂台上傳來的“直射波"與音樂廳四周反彈回來的“反射波"之混合體,其相位結構簡直“錯亂"到無法形容。但,我們的耳朶却最喜歡這種活生生的音響。

用燭光實驗解釋相位

為甚麼會講音樂廳的音響相位結構錯亂?直射波與反射波在空中相衝的結果,會產生新的音波,這就是上期提及的“和差音"(Sum and Difference)。兩個同相音波相遇,產生一個新音波,頻率是兩音波的總和:正 500Hz 與正 700Hz 相「加」,差生 1.2KHz 的和(Sum)音,反之,兩個反相音波相遇,便產生一個頻率為兩音波差值的差(Difference)音。我們唸小學上物理課時,一定親自做過“燭光實驗";一塊紙片在兩枝燃點的蠟燭間移動,在一個中央點上,紙面的正反兩面都看不見有燭光透過,這是證明光波相位作用的原始試驗。光波射在紙片正反兩面的光度相等時,產生抵消作用。依此類推,兩個同等強度,同樣週率,但相位相反的音波,在空間相遇便互相抵消。“和差音"的反應,跟核爆的連鎖反應有得比,所不同者,是音波連鎖反應能量衰減程度很快。和差音的活動情況,絕非相差 180 度的正、負相位那末簡單。因為,相位的差別由幾度至幾秒鐘不等。在教堂裏演奏音樂,直接音與反射音(是迴音而非殘響了)的混合,會是三秒鐘以上的相位時間差異了。音樂演奏所產生的和差音和超低頻(Sub-sonic),超高頻(Ultra-sonic)音域範圍,會由直流(0Hz)開始至十幾萬赫。算它是 1Hz 至 100,000Hz 吧,這超聽頻的音波結構形態,數十年來一直是電聲學界相當所謂“音樂廳臨場感"的來源。人耳聽不到這些和差音,但却可以體驗到它們的存在。Hi Fi 重播軟件,例如 CD,却只帶給我們 20KHz 上限。又怎會提供“音樂廳臨場感"呢。

Hi Fi 重播,起碼要將在音樂廳現場所錄到的 20 至 2 萬赫相位形態原原本本從揚聲器上交待出來。任何部份與原音有所出入,就叫做“相位失真"。

幾乎每一個 Hi Fi 組合的環節都有相位失真,唱頭,訊號綫,擴大電路,CD 機的解碼器,喇叭……上述各環中,CD 機和喇叭一直是相位失真最攞命的東西。

喇叭的相位失真,主要來自聲盆響應之不夠敏捷和分音器。分音器的結構,好比一道水閘,把由水管(喇叭綫)導入的“水"分高低閘開。若一組三路分音器是要經兩道閘的話,第一道閘將高中音“留後",先讓低週通過。第二道閘再將高音“留後",讓中音通過。可見,高、中、低音進入各該單元的時間已有先後之分。

此外,多單元體系每只單元本身的相位特性也不盡相同。猶如一隊紀律不良的軍隊,士兵在踏步時步伐及速度不統一,自然陣容凌亂。

相位失真與瞬態失真(Transient distortion)在技術上是兩個題目。但本質上都是相位(響應時間)的失真。機械性的瞬態失真(唱頭、喇叭)通常較難對付。但 CD 解碼器引起的相位/瞬態歧變,却是電子方面最令專家頭痛的失真。

Absolute Phase 絕對相位

前些時,有朋友發覺有些唱片重播效果不理想,在無計可施之餘,姑且把揚聲器接綫全部正負對調接,竟然發覺反相駁接之後音色比原來有改進,這個現象,就是音響重播專家們近年的新話題“絕對相位"。

絕對相位的簡單定義,是揚聲器所播出音響之相位狀態與錄音時咪高峯收入音響之相位狀態相同。咪高峯收入一個正相音波時,揚聲器也應該播出一個正相音波。

雖然時至今日仍有電聲學家堅持擴音器及揚聲器的相位失真並不影響聽覺,但另一派人士早就已堅持重播絕對相位的重要性。美國發燒寫稿佬把絕對相位被反轉了的現象稱為“倒後"(Backward)。即是說,咪高峯拾得一個“向前"(Forward)的波形時,揚聲器却播出一個“倒後"的波形。

絕對相位影響重播的真實感,是容易理解的。一個“倒後"體系,理論上是在重播現場音響的“倒影"。揚聲器在應該作凸出活動時反為變成凹入。聽得出這些分別的人更繪聲繪影地描述連那倒後音波所湊合的“倒後音場"都能聽得出。記憶中,最先論及絕對相位之人是 Sound Advice(執笠發燒刊物)編輯,亦即 Spectral 控音器設計人添文‧馬田(D.Martin)。後來,Absolute Sound 的皮亞遜和林莉就不停地討論它。

事實上,絕對相位的反應並非每位發燒友每套發燒機都能夠聽到。你只要學那位朋友一樣,揀張件頭較少的發燒碟(最有效的是人聲鋼琴伴奏,或大小提琴/鋼琴,或木管樂/鋼琴,用一對咪或三枝咪的立體聲錄音),先聽一段,然後將喇叭綫全部反相駁再聽(多路電分音玩家最簡單做法是將唱頭綫相位掉轉。MM 頭不適用此法。),如果聽出了分別,那是意味着體系本身的相位關係並不算太複雜。相位關係最繁複的是多路多單元電分音揚聲器,同一路裡的一串單元之間已出現相位參差,一串相位偏差達 ±10 度的高中音單元,不僅音色有寬闊感,而且音質有流暢感。

低音與中音或中音與高音單元之相位飄移,更動輒超過 ±100 度。因此,將唱頭全部反相所做成的 ±180 度相位轉移,在一柱本身已有超過 ±120 度相位飄移的揚聲器上恐怕好難聽得出分別。多路電分音揚聲器耦合的相位問題,來自電分音器綫路及單元特性的錯誤匹配,是多路電分音的致命缺點。我玩了二十年電分音,最後終於放棄多路體系,乖乖的玩二路,也是因為單元匹配及分音器的相位問題無法改善。環觀今日揚聲器分音器結構之進步,電子分音器的停滯不前實在是個倒退!

唱頭極性影響音場

言歸正傳,如果你的體系的確分得出“向前"及“倒後"音色的分別時,你就應該注意絕對相位的重要性了。

研究絕對相位,先要考慮所採用的放音軟件之相位真實性。既知多路分音多單元揚聲器很難建立起明確的相位統一狀態,就不難推想到多咪多頻道式錄音技術基本上是沒有絕對相位的技術。人耳在音樂廳裏欣賞音樂是可以體驗到完整的相位結構,但如果你是一個長有 24 只耳朶的太空人,而你在地球的音樂廳裏欣賞音樂時又可以把這24只耳朶隨意分佈在樂隊的周圍,那末,這 24 只耳朶所集合起來的情報就出現錯縱複雜的相位偏差。24 只咪高峯散佈在樂隊周圍進行錄音,足以做成 200 度以上的相位偏差。錄音師在將這 24 個頻道的訊號混合時,又可以自由營造相位效果以臻達某種需要的立體聲“分隔"感。例如,將右聲道小喇叭專用的頻道反相混入,這小喇叭就產生了超越左右揚聲器距離之“極右"音源。此外,就算在聆聽任何錄音時將唱頭反相都會聽出這個分別,但頗難判斷那一個“極向"才是絕對。簡單說一句,在製造唱片印模的過程中,有幾個步驟可能將絕對相位弄錯的,而有關的技師根本就不理會這些細節。

最有趣的一點,是市上有多款“上榜"名唱頭,都是特意在製作時“倒後"裝嵌出廠的。據 Absolute Sound 測試報告,光悅、Accuphase AC 2 和范登豪 EMT、Shure U-500 等皆屬“倒後"的唱頭。光悅擁躉,大概都相信它是菅野刻意製造出來的“特性"。如果閣下是光悅頭的擁有者,不妨將光悅的相位反轉試試。在我的組合上,把光悅頭輸出端紅與綠對調,白與藍對調,效果是整個音場扯向前方。協奏曲的獨奏樂器被推出在揚聲器的前面,而且響度加大,而樂隊的響度却相對地降低。中間聲道顯得更堅實,極左極右的情報量却似乎減少了。在另一位朋友家中試驗,結果也是一樣。有理由相信上述三種名唱頭是將絕對相位反轉企圖獲得更有“深度"的效果。假如你認為 Dynavector 音色太推前,請先勿把原因委諸紅寶石桿。把相位反轉,它的絃樂音色就不覺得推前了。

肯定是採用絕對相位方式臻達最佳效果的唱片,是犀飛叻“大力咳"(Sheffield Lab)。其他軟件未必能確立出絕對相位的好處。可能是聽音室環境未夠絕對吧。

絕對相位狀態,被一些發燒 CD 機製造者看中了,拿來做綽頭。據說,CD 碟的絕對相位好多時都是反轉者。正確的絕對相位,可以降低 CD 中、高音的不良刺耳聲及獲得深度更好的層次。你試過沒有?

無可否認,相位失真嚴重影響 CD 音質。因此,多路電子分音,百鳥歸巢式擴音器羣,配成隊兵咁多單元之揚聲器的組合,唱 LP 或會好聲(但定位隨音壓之變化而走動是可肯定),唱 CD 就沒可能了。

(原文刊於 1986 年 10 月號《Hi Fi Review》,作者 雷明先生)

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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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