空山微风
、什么是Hi-Fi? Hi-Fi既是我们常说的“高保真”的意思,其全称为High-Fidelity。它是指录放音设备能不能真实的记录、传输和重放原有的声源特性的能力,它包括了音频信号的音调、响度、音色及方向感等等。通俗的说,Hi-Fi就是衡量某个放音系统能不能把音乐厅等场景中的演奏现场真实的在你的放音系统中再现,并能保持在音乐厅中聍听音乐的真实感和临场感。 二、Hi-Fi的要求。 要想能Hi-Fi,首先电脑的各项设备都要过硬,它不光是声卡、音箱的事,从电源到光驱,从硬盘到主板都要求有良好的电声性能。这个要求对于一款由多种配件组合而成的电脑来说是有点难上加难,所以说电脑的放音系统中能真正达到Hi-Fi高保真标准的还真不多,我们也就将电脑中通常放音水准较好的放音系统称之为Hi-Fi或准Hi-Fi,和专业的音响设备相比,必尽青菜和萝卜不能扯到一样长吧。 对于电脑中的整个放音系统,同日常中我们使用的高保真音响系统一样要求其必须在频响、信噪比、灵敏度、分离度、瞬态响应、谐波畸变、指向性等方面达到很高的水平。当然这不光和配件器材本身有关,和声音播放器软件,声卡的驱动程序,DirectX*的功能是否强大等等皆有很大的关系,要求其能在良好的器材水平及做工等的基础上能进一步的对声音信号进行必要的修饰、加工,使声音不仅逼真的再现,而且还能得到一定的修饰和美化,这就更能迎合广大听音者在主观听觉上的特殊需要。这样经过合理修饰的Hi-Fi高保真放音系统放出来的原音,甚至于可以比在音乐厅现场听音更上一层楼,更细腻。 三、Hi-Fi的评价。 一款具备Hi-Fi素质的电脑高保真放音系统,一般要具有20Hz-20KHz的频率范围,小于%的谐波失真,90-110左右的信噪比等等。 个人要评价一款电脑Hi-Fi放音系统,应当从判断放音质量的主观标准和客观标准两方面出发。那么什么是评价电脑Hi-Fi的客观标准呢?它主要是指根据声音的各种物理量来进行比较,如在房间内由音箱或耳机重放产生的声场和节目源(CD唱片等等)的声场指标完全或基本相同,我们就可以称该电脑放音系统达到或具备了或基本接近了客观的Hi-Fi高保真标准。而主观的标准呢?主观的Hi-Fi高保真标准,则是根据听音者的听觉特性,对音频信号进行一些合理的加工,使大家觉得音箱或耳机发出的声场和在原声场身临其境有着相同的感觉,显然,主观标准更会受到器材水平,听音者的情绪、爱好、习惯、修养等心理领域的影响,对同一个电脑的放音系统也许不同的人就会有不同的评价。但这也是正常的,因为放音系统最终还是以人为本吧。这说明现有的对放音设备客观指标物理量的测定技术,还不足以表明事物的全部,它与主观的听音评价有时会很不一致。因此,Hi-Fi的放音质量的客观标准和主观标准两者之间既有矛盾,又有统一。笔者认为,对于电脑的Hi-Fi高保真放音系统应当建立在客观器材物理量的基础上,以达到大多数听音者所确认的主观真实的标准为目的,毕竟放音系统最终是将声音重放给大家听的,所以我们日常对一款电脑的放音系统的评价就应该以大家的主观标准为基准,而不是厂家给出的枯燥的客观物理数据。 对电脑的客观标准进行评价的主要技术性能指标有:频率特性、信噪比、谐波畸变、互调畸变、相位畸变、瞬态响应、瞬态互调畸变、声道分离度、动态范围、灵敏度、阻尼特性、阻尼系数、阻抗特性、指向特性等等。对于这些指标,大家可适当做些了解。
酒窝喵喵兔
音响与声学(1)声学历史 当森林中有一棵树倒塌下来时,发出一阵轰然大响声音,但是没有人在这个原始森林中,所以就听不到这声音。这算不算有声音发出来呢?声音是肯定发出来了,因为当树干及树枝接触地面时,它们都会产生某些声音,但是没有人听见,但这声音对于人类或其他动物所听到的是有所不同,所以这就是声学上所说的心理(Psychoacoustics)。 我在这里讲的声学原理,最主要是让一个调音员能够了解声学的各方面,而不是进行声学研究,或是硕士、博士的声学论文,所以我在这书内讲的声学理论都是实际可以给在现场操作音响的人用得上的。 1915年,有一个美国人名叫 E. S.Pridham将一个当时的电话收听器套在一个播放唱片音响的号角上,而声音可以给一群在旧金山市庆祝圣诞的群众听时,电声学就诞生了。当第一次世界大战结束之后,在美国哈定总统(Harding)就职典礼上,美国贝尔公司把电话的动圈收听器连接在当时的唱片唱机的号角上,就能够把声音传给观看总统就职典礼的一大群群众,因此就产生了很多专业的音响研究及开发了扩声工程这门学问。音响研究人员不单纯是努力地把音响器材进行改进,也做了各类不同的实验来了解人类对听觉的反应。但最高级的音响研究人同都明白音响学是要整体的研究,要了解音响器材的每一个环节,及人类对听觉的生理反应,他们在过去多年内直至现在都作出了很大的贡献。早在1877年,英国的莱李爵士(LordRaleigh)就已经做过声学的研究,他曾经说过:“所有不论直接或间接有关音响的问题,一定要用我们的耳朵来做决定,因为它是我们的听觉的器官,而耳朵的决定就应该算是最后决定,是不需要再接受上诉的。但这不是等于所有的音响研究都是单靠用耳朵来进行。当我们发现声音的根基是一个物理的现象时,我们探测这个音响境界就要转到另外一个领域范围,它就是物理学。重要的定率是可以从研究这方面而来,而我们的听觉感应也一定要接受这些定率。”我们可以从以上一段文字看到,就算在没有电声音响学产生的时候,老前辈科学家都认为这个是物理的领域。 著名科学家英国的卡尔文勋爵常常说:“当你度量你所述的事物,而能用数字来表达它,你对这事物已有些知识。但如果你不能用数字来表达它,那么你的知识仍然是简陋的和不完满的;对任何事物而言,这可能是知识的始源,但你的意念还未达到科学的境界。”卡尔文勋爵(1824—1907)是19世纪最出色的科学家之一,后世的科学家为了要纪念这位伟人,把绝对温度—273.16摄氏度命名为0度卡尔文度。 戴维斯夫妇(Don& Carolyn Davis)是《音响系统工程》(Sound SystemEngineering)这本书的作者。这书被称为音响圣经,几乎是每一个外国研究音响的人必读之物。我引述他书内这一段:“具有数学和物理学的知识,是实质上了解音响工程学的必要条件。对这两种科学认识越深,越能使你跨越从感觉上所得到的意念,而达到用科学来引证事实。著名音响家占士摩亚曾经说过:‘在音响学中,任何在表面看来很明显的事情,通常都是错误的’。” 我在以上引述了几位科学家及音响学家的训言,主要是因为现在大部分做音响的人士,他们当然是对音响及音乐很有兴趣,但是以为光靠他们的听觉就可以鉴定什么是好或不好的音响,不明白这是一门专业的工程学问,是做不好音响的。远在19世纪的莱李爵士已经指出这是一个科学的境界,现代的音响工程学也像其它科学学术一样正在努力地发展,所以音响工程学是离不开数学及物理学的。 ( 2)现场音晌与录音室音晌的分别 在这里所讲解的现场音响地操作,它与录音技术是有很多不同的地方,有很多人以为音响的最高境界就是录音技术,这是不全面的。在录音技术上,基本是没有碰到反馈的情况,因为在一个录音室内进行操作时,所有的外围因数都可以得到控制,但是在现场音响重播时,我们是不可以避免有很多现场音响的问题,所以现场音响和录音音响是两种不同的学问。 现场音响跟录音室音响的要求是不同的,所以有很多器材也是不同的。例如在录音室内所用的调音台,它们的每路输入都有多个参数均衡,让录音师可以把每路输入的音源尽量做最精密地微调,务求达到最好的音源效果。一个用来做现场音响的调音台,通常在它的每路输入,均衡都是比较简单的。因为很多时候,现场调音师根本就没有很多时间把每路的音源做很仔细地微调,而在现场音响的调音台每路的音量控制推杆,它们除了可以把音量做衰减外,也可以增益10—14dB。如果做录音室用的调音台,这推杆很多时候是不需要做增益的,所以这推杆的英文名称就是fader,意思就是衰减器。用在现场音响的大功率功放,它们都会有风扇作为散热用途,因为现场音响的功放是常常在最大功率输出的情况下工作,并且有很多时候是在户外做现场音响时,周围的温度可能相当高。如果在录音室内,通常都一定会有空调,温度当然不会太高,而录音室内的功放,主要是用来推监听音箱用的,当然不需要输出很大的功率,所以功放只需要用普通的散热器,就可以把很小的热量散走。如果功放装有风扇的话,风扇发出来的声音反而造成噪音,所以在录音室内的功放基本上是不需要风扇的。 现场音响所用的音箱,为着要把很大的声压传播绘在远距离的观众,所以它们是需要很高效率的,但在录音室内所用的监听音箱,是录音师用来监听声源或录音的最后结果,录音师是坐在距监听音箱很近的地方来监听,所以监听音箱是一种近音场的音箱,不需要高灵敏度,作用跟现场音响音箱是完全不同的。 (3)音频与波长的关系 很多现场调音师都没有理会到音频与波长的关系,其实这是很重要的:音频及波长与声音的速度是有直接的关系。在海拔空气压力下,21摄氏温度时,声音速度为344m/s,而我接触国内的调音师,他们常用的声音速度是34Om/s,这个是在15摄氏度的温度时声音的速度,但大家最主要记得就是声音的速度会随着空气温度及空气压力而改变的,温度越低,空气里的分子密度就会增高,所以声音的速度就会下降,而如果在高海拔的地方做现场音响,因为空气压力减少,空气内的分子变得稀少,声音速度就会增加。音频及波长与声音的关系是:波长=声音速度/频率;λ=v/f,如果假定音速是344 m/s时,100Hz的音频的波长就是3.44 m,1000hz(即lkHz)的波长就是34.4cm,而一个20kHz的音频波长为1.7cm。 (4)音箱的高、中、低频率 例如我们现在有一个18时的纸盆扬声器单元,装置在一个用木材造的音箱内,而这音箱的面板面积是 l平方米,即这面板的高度及宽度均是l米。我们怎样计算这音箱的高、中、低频率呢?首先我们要计算这音箱面板的对角长度,是2的方根=1.414m,任何频率的l/4波长是超过1.414m时,对这音箱来说它就是低频;如果一个频率的 l/4波长是1.414m时,波长就是4×1.414m=5.656m,这频率=344m/s÷5.656m=60.8/s=60.8Hz,所以任何音频低于60.8Hz时,对这音箱来说就是它的低频率。当60.8Hz或更低的频率从这音箱传播出来时,它们的扩散形象是球型的,等于如果我们把这音箱悬挂在一个房间中间时,这些频率的音量在音箱的前后左右及上下所发出来的声压都是差不多的,放出来的声音变成没有方向性。当某频率的l/4波长是小于音箱面板的对角长度,但这波长又大于扬声器的半径时,这段频率就是这音箱的中频率。例如我们现在是用一个18时单元,这单元的半径为9寸,就是,这个音频为344m/s÷02286m=1505Hz,从频就是这音箱的中频率。中频率从这音箱所扩散出来的形状是半球形的,即如果我们把这段频率从刚才悬挂在房间中心的音箱放出来时,声音从音箱面板扩散出来的形状是半球形。在音箱后面是听不到这段频率的声音。1505Hz及更高的频率,对这音箱来说就是它的高频率。高频率从音箱扩散出来的声音形状是锥形的,频率越高,锥的形状越窄。通常如果频率超过开始高音频的4倍时,声音扩散出来的形状会慢慢变成一条直线而不扩散,如果不是坐在对正单元的位置,就听不到这些高频率。所以很多高频率单元如果是纸盆型的话,这纸盆的直径是很小的,把这音箱的高频下限尽量提高,希望能够使高频扩散的宽度增加。我们常常见到家庭音响音箱中的高音单元,通常会用l—2时的纸盆单元,或半球状的单元,理由就是这个原因。而专业现场音响的高音单元,因为要发出很大的高频声压,所以说一定是采用号角处理的。 ( 5)各类不同的音场 当一个纸盆扬声器接受了从功放传过来的信号后,纸盆就会作出前后的摇动,当纸盆向前推进时,纸盆撞击到它前面的空气分子,在纸盆前面的空气就会增加压力,这些分子就会继续向前推进,碰撞它们前面的空气分子,造成轻微的高气压。当纸盆向后退时,纸盆前面的空气分子就会产生轻微的真空,然后这些分子会跟着纸盆的后退,造成这里的空气有轻微的压力减少。但我们不要忘记,空气是有弹力的,但在纸盆前面的空气是刚刚被纸盆的动作摇动,不能达到空气本身的弹力,这时我们便要看这频率的波长,声音是要直到离开纸盆的距离有2.5倍波长时,这些空气才发挥出造成声音的弹力。例如一个100Hz的频率,它的波长是3.44米,所以声音要离开纸盆2.5×3.44米=8.6米之外,才是真正的这个100Hz的声音。如果用10OHz来算,离开纸盆的距离还没达到8.6米就为 lOOHz的近音场,而超过8.6米才是100Hz的远音场。为什么我们要了解远近音场呢?很多时候在一队乐队中的电贝司手,他往往都不了解近音场的效果,而在他的电贝司音箱上,有一个均衡旋钮就是写着贝司(Bass),正是这乐手的称号。电贝司手通常会站在离开电贝司音箱不远的地方做演奏,如果他站在近音场时,有时会觉得低音不足,就会把这Bass的均衡旋钮尽量调大,但听众在他们的位置就会听得到很强烈的低音,很多时候造成不好的效果。这些强烈的低音也会跑进歌手的话筒,如果调音师因为觉得歌手的声音不足够时,就会把歌手这一路的声音提高,但也同时把电贝司的低音量也提高了,调音就遇上了困难。电贝司的最低E弦是41Hz,但因为拾音器是放在弦的末段,所以41hz第一个谐音82Hz才是主要的电贝司低频率,82Hz的波长是4.2米(344m/s 除以82/s=),所以差不多要离开电贝司音箱10米左右才是这82Hz的远音场,而因为电贝司手不会站到离开他的音箱这么远的距离时,他听到的声音只是近音场,而不是听众所听得到的声音。所以我们当说到扬声器的远近音场时,最主要是注意到频率及它的波长,而不是单纯看离开音箱多远就是等于远或近音场,最主要就是记得我们当欣赏音乐时,是要在远音场的位置,而不是在近音场的位置。 (6)直接音场、反射音场、不直接音场 当扬声器在一个房间内发出声音,听众可以听到直接从扬声器传过来的声音,这就是直接音场(indirectfield),但也可以听到从墙、天花板及地板所反射过来的声音,这就叫做反射音场(reverberantfield)。听众听到越多的直接音场的声音,反射音场的声音就越小时,这声音就越好,因为直接音场的声音是可以控制的,但反射音场的声音是不能控制的,只会把直接育场发出来的声音加上喧染,把原本声音的清晰度底减低,所以坐得离音箱比较近的听众就会感觉到好一点的音响效果,而坐在后面的听众很可能是他们听到的反射音场声音比直接音场声音更大,音响效果便会比较差及清晰度降低。有时候一队乐队在台上演出时,因为他们没有监听音箱,而两旁的主音箱是放在靠近台口的位置,乐队及歌手所听到的声音完全没有从直接音场放过来的,他们站立的位置就叫做不直接音场,声音效果当然不会好,这也会影响到乐队的表演水平,令观众听到不太好的演出声音。 (7)界面干扰 当我们选择放置音箱的位置时,很重要的一环是要注意到音箱所发出来的声音是会受到它旁边的界面影响而造成干扰。例如放在台口两旁的主音箱,它们的低音纸盆离开地面及旁边的墙壁如果是大约在1米的时候,一个4米波长的音频就会受到这两个界面的干扰。一个4米波长的频率是86Hz(344m/s ÷ 4m= 86Hz),当86HZ的声音从音箱放出来时,大的空气压力在1/4周内刚巧碰到地面及墙壁,再过l/4周就反射回到音箱的纸盆面前,但这个时候刚巧纸盆要后退,原来从地面及墙壁反射过来的大空气压力就会被纸盆后退的动作抵消很多,造成失去了很重要的低音。如果遇到这个情况,就应该把音箱向台后退0.5-1米,让音箱所发出来的声音不能直接射到地面上,而如果可以把音箱移到靠近两边的墙壁时,更可利用墙壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz这段频率是很重要的,它是我们肺部空间的共鸣点,也是低音鼓的共鸣频率,如果是因为不了解界面干扰而摆错了音箱放置的位置,实在是很不值得的。 (8)高、低音效果 我们很难指定某一频率以上为高音或某频率以下为低音,我们常常说人的听觉是从20Hh-20KHz,但20kHz的频率是很少人能够听到的,通常只有20岁以下的青年人,他们的耳朵没有受到任何的损坏时才可以听得到。如果做听觉测验,最高的测听频率只是8kHz。当声音传出去时,高频率是比低频率衰减快得多,如果用1kHz跟10kHz做比较时,当声音跑了100米后,10kHz的‘频率比起IkHz的音量会衰减30-35dB的。(请参看图①)比起低频率,高频率声音是比较有方向性的。高频率的声音从单元跑了出来后,如果受到物体的阻挡,高音就不能再传过去,这个是跟低频率有很大的不同,因为高频率的波长是比较短,受到物体阻挡之后不会转弯,但低频率的波长是比较长,所以很多时候就算有物体在前面阻挡,低频率也可以转弯过去。例如有些专业音箱的设计是把一个高音号角放在它的低音单元前面,但对这个低音单元所发出来的低频率,它根本就看不到前面是有什么东西阻挡声音似的,所以低频率可以照样传过去。 从我们的听觉上来说,我们是需要听到高频率的声音来辨别各类不同的声音,但如果单纯是讲人的谈话声时,我们只需要听到4kHz及以下的频率,就能马上辨别是什么人在说话。例如电话的声音传送,高频只达到4kHz,所以有时候当一个很久都没有和你谈话的人,当他打电话给你时,只要说:“喂!”,你就马上便可以鉴别他是你很久都没有谈过话的朋友的声音。我们听高频也有方向性,即是我们能够辨别高频声音来源的方向。因为高频的声音传到我们两个耳朵时,已经有了很细微的时间差,所以它们来到耳朵的时候有不同的相位改变,我们就借着这改变了的相位可以鉴定。音域音频范围音响系统重放声音的音域及音频范围是如何划分的?各个频段对音乐的表现如何? 音响系统的重放声音的音域范围一般可以分为超低音、低音、中低音、中音、中高音、次高音、高音、特高音八个音域。音频频率范围一般可以分为四个频段,即低频段(30~150Hz);中你频段(150~500Hz);中高频段(500~5000Hz);高频段(5000~20000Hz)。 其中,30~150Hz频段:能够表现音乐的低频成分,使欣赏者感受到强劲有力的动感。 150~500Hz频段:能够表现单个打击乐器在音乐中的表现力,是低频中表达力度的部分。 500~5000Hz频段:主要表达演唱者语言的清晰度及弦乐的表现力。 5000~20000Hz频段:主要表达音乐的明亮度,但过多会使声音发破。 主要技术指标 音响系统整体技术指标性能的优劣,取决于每一个单元自身性能的好坏,如果系统中的每一个单元的技术指标都较高,那么系统整体的技术指标则很好。其技术指标主要有六项:频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态响应、立体声分离度、立体声平衡度。 1、频率响应:所谓频率响应是指音响设备重放时的频率范围以及声波的幅度随频率的变化关系。一般检测此项指标以1000Hz的频率幅度为参考,并用对数以分贝(dB)为单位表示频率的幅度。 音响系统的总体频率响应理论上要求为20~20000Hz。在实际使用中由于电路结构、元件的质量等原因,往往不能够达到该要求,但一般至少要达到32~18000Hz。 2、信噪比:所谓信噪比是指音响系统对音源软件的重放声与整个系统产生的新的噪声的比值,其噪声主要有热噪声、交流噪声、机械噪声等等。一般检测此项指标以重放信号的额定输出功率与无信号输入时系统噪声输出功率的对数比值分贝(dB)来表示。一般音响系统的信噪比需在85dB以上。 3、动态范围:动态范围是指音响系统重放时最大不失真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值,单位为分贝(dB)。一般性能较好的音响系统的动态范围在100(dB)以上。 4、失真:失真是指音响系统对音源信号进行重放后,使原音源信号的某些部分(波形、频率等等)发生了变化。音响系统的失真主要有以下几种: a.谐波失真:所谓谐波失真是指音响系统重放后的声音比原有信号源多出许多额外的谐波成分。此额外的谐波成分信号是信号源频率的倍频或分频,它是由负反馈网络或放大器的非线性特性引起的。高保真音响系统的谐波失真应小于1%。 b.互调失真:互调失真也是一种非线性失真,它是两个以上的频率分量按一定比例混合,各个频率信号之间互相调制,通过放音设备后产生新增加的非线性信号,该信号包括各个信号之间的和及差的信号。 c.瞬态失真:瞬态失真又称瞬态响应,它的产生主要是当较大的瞬态信号突然加到放大器时由于放大器的反映较慢,从而使信号产生失真。一般以输入方波信号通过放音设备后,观察放大器输出信号的包络波形是否输入的方波波形相似来表达放大器对瞬态信号的跟随能力。 5、立体声分离度:立体声分离度表示立体声音响系统中左、右两个声道之间的隔离度,它实际上反映了左、右两个声道相互串扰的程度。如果两个声道之间串扰较大,那么重放声音的立体感将减弱。 6、立体声平衡度:立体声平衡度表示立体放音系统中左、右声道增益的差别,如果不平衡度过大,重放的立体声的声像定位将产生偏移。一般高品质音响系统的立体声平衡度应小于1dB。发展历史 音响技术的发展历史可以分为电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。 1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管,开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后,使音响技术的发展进入了一个崭新的时代,比较有代表性的如"威廉逊"放大器,较成功地运用了负反馈技术,使放大器的失真度大大降低,至50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期,各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润,至今仍为发烧友所偏爱。 60年代晶体管的出现,使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。 在60年代初,美国首先推出音响技术中的新成员--集成电路,到了70年代初,集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点,逐步被音响界所认识。发展至今,厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。 70年代的中期,日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同时具有电子管纯厚、甜美的音色,以及动态范围达90dB、THD<(100kHz时)的特点,很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。 音响技术的发展经历了电子管、晶体管、场效应管的历史时期,在不同的历史时期都各有其特点。预计音响技术今后的发展主流为数字音响技术。
芥末花vera
高保真音质叫做HIFI音质。
Hi-Fi是英语High-Fidelity的缩写,翻译为“高保真”,其定义是:与原来的声音高度相似的重放声音。评价一个音响系统或设备是否符合高保真要求,一般应采用主观听音评价和客观指标测试相结合的方式来进行,并以客观测试指标为主要依据。
因为采用仪器测试设备的性能指标,能得到很直观的可供参考比较的定量结果,无疑是最科学而值得信赖的。
HIFI音质的频段量感:
一般人耳朵能听到的频率大约从20Hz-20KHz,这是相当宽阔的一个范围,音响器材要尽量能发出这段完整的频率范围的声音,所表现的效果才会更好。
通常较难表现的是高低两端的部分,尤其是在较低的低频部分,由于其波长较长,它们需要有较大的共振腔,而较大的共振腔需要的能量也很大,不是极高等级的器材很难真正完美地将它们再现出来。
所谓高、中、低频段的能力分布,就是指在器材所能发出的频率范围内,各频段量的多与少。有些器材高频段较多,有些低频感强一些,也有些中频段的人声特别饱满,但高低两段的量就不是那么多了。总之不一为足,这就形成了各类音响在底气上的特色。
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想看懂频响曲线?想知道音箱功放如何正确搭配?想知道听感和数据有什么关系?这篇文章将会带你入门音响系统知识。 前言:音响系统是及其复杂的,包含了电学、声学、力学、心理学等各个领域的知识相结合,本文的目的是讲解基本知识,但并不全面,如果你有心学习音响知识 还是要靠看书学习自己努力。本文结合书本知识和笔者多年音响工程师经验来讲解音响基础知识, 由于知识面比较广,想要理清思路是很困难的,我还是尽力把文章流程写得清晰,凌乱之处请多多包含。 貌似在网络上搜索音响入门知识,总是星星点点的,而且很多主观意念的知识,本文的内容主要是想尽量全面的讲解比较客观准确的音响知识,错误在所难免,希望大家指正。 插一句话,很重要!:音响的听感(音色)分为两部分--主观听感和客观听感,本文先讲解了音响客观性能对客观听感的影响,最后讲解了主观听感部分(心理暗示/实验者的期望效应),谢谢。 从源头说起,声学。最基本的声学本段将不会详细讲解,参考文献《音乐声学与心理声学》。声音怎么来的?物体震动产生声波,在空气中传播到耳朵里,让耳膜振动转换为信号传输给大脑, 我们才感觉到声音。当声音不够大时,我们用麦克风、功放、音箱把声音放大,这样 路径就是:物体震动产生声波 通过空气传播给麦克风 麦克风振膜震动转换为电信号,功放把电信号放大,推动音箱,音箱的喇叭震动,产生声波,传入耳中。 录音就是把麦克风接受的声音保存下来,以前是模拟方法用磁带,现在是数字格式了,这里不具体讲,然后通过解码、前级、功放、音箱重放出来。 录音机原理就不说了,过时了。说说解码吧,数字录音技术把模拟音频信号转换为数字信号记录下来,简单讲模拟信号就是正弦波,数字信号就是1011011010这样的控制占空比的方波信号,音乐文件例如MP3格式 保存在电脑硬盘里,当你用音乐播放器打开这个音乐文件时,声卡就把数字信号转换成模拟信号 然后通过信号线传输到功放部分了。 接下来是音箱,喇叭震动发声,我相信这不用再讲了,但是我们有必要知道几个重点,频响曲线和失真曲线,以及指向性等问题,频响曲线让很多人苦恼 :一条曲里拐弯的线,到底什么意思啊!通常情况下,我们总是没仔细观察,那就是横坐标是频率 纵坐标是声压级,说白了,横坐标就是声音震动的快慢,纵坐标就是声音的大小,频响曲线的专业名称是幅频特性曲线 也就是幅度与频率的关系,下面我在一个频响曲线中画2条绿线。 这里就很明显了, 频响曲线是由点组成的,每个点是每个频率对应的声压级大小,上图中45hz频率对应75db声压级60hz频率对应85db声压级, 如果是一条水平直线的频响曲线 就意味着各个频率的声音一样大 就是保真的频响,那么像上图波纹状的频响曲线 就能看出不同频率声压级不一样 ,我们还可以看出4khz有一个凹陷 这就表示4khz的重放声音会小一些,4khz正是齿音的附近 我们就能知道这个音箱齿音会稍微弱一点。偏离直线的频响曲线 就是音染,也就是说改变了原始的声音 不保真了。 从上面的频响曲线还可以看出,大约低于平均频响曲线3db的频率是80hz和35khz,那么这就是这个音箱的频响范围80hz-35khz -3db,频响范围决定了这个音箱有能力重放声音的范围,就是高音能放多高 低音能放多低。频响曲线能客观看到音箱的音色,这就是频响曲线的含义。如何通过频响曲线看出音色呢?这个需要经验,建议使用foobar播放器的均衡器 调节各个频率声压级,然后感受每个频率的多少对音色的影响,例如3-4khz频响峰,齿音就重。 对于频响曲线和电声数据的争议很多,很多人认为电声数据没用,那就大错特错了,我要从两个方面说:第一点,频响曲线是判断保真度的重要指标之一(注意“之一”二字,频响曲线并不完全代表音箱的性能,还有失真等各个数据,请某些人不要断章取义),通过频响曲线是否平直,可以直观看到音染大小,这是判断监听音箱的指标之一。 第二点,频响曲线和实际听感的关系到底是怎样的,首先我表示当不考虑其他电声参数时判断频响曲线和实际听感的关系时,频响曲线完全客观反映了音箱的实际音色,但是由于人类的大脑不能完全将看到的频响曲线模拟成实际听感,所以 频响曲线只能做个参考,然后当我们考虑所有数据时, 频响曲线只是反应音箱性能的指标之一,还要加上失真度等数据。这里我的结论是 :频响曲线是准确的,是人脑无法准确模拟出来(包括其他数据),频响曲线只是数据之一,要综合所有参数才能判断音响实际性能。最终,主观音质评价(耳朵去听)和客观测量是要结合在一起的,所以只拿数据或者听感来评判音响是不够全面的。 下面说一下房间的声学特性,也就是房间的频响曲线,更详细的房间声学知识,参考文献《音乐声学与心理声学》。有时候 大家在音响店试听一套音响 觉得声音不错,买回家 声音就变了,这是因为房间各个墙面的反射造成了音染,下面我来实测一下我房间不同位置的频响,测试器材 我diy的索威4寸同轴,测试工具clio电声测试系统。注:本次简单测量在临时的房间里,近场测量并没有排除音箱障板边缘衍射效应的影响,这种影响的解释属于音箱设计研发的范围,本文不详述。 首先测一下近场。 然后测一下听音位置的频响。 结果,红线是近场测量结果 绿线是听音位置的频响,可以看到低频驻波导致了频响波动,这就说明了房间的声学特性会改变音箱原有的音色,要想听到音箱的本身音色 就要对房间做吸音等声学处理,这里是音响知识教程 我就不多说了。结论: 一套音响系统,音箱和房间各占一部分音色,要重视房间声学特性。那么这个房间的本身的频响曲线是如何呢? 用clio后处理一下,得到下图结果。 对于声压级的概念很多人都模糊极了,不知道到底是个啥概念,就像想体会10cm多长就买个尺子一样,你需要一个声压计 (噪声计) 也就100元左右,但是这能帮助你切实体会声压级的概念,而且可以让你知道自己的环境噪声 以及听音声压级。另外一个体验声压级的方法是用foobar播放器的音量控制条,它是以db标注的。你可以增减音量体会db于实际听感上声音大小的联系。 另外,声压级增大3db 功率要乘以2,并不是功率乘以2 声音大小也乘以2 。 下面讲失真。简单讲,失真就是播放的声波和原始信号不一样,产生了多余的分量,例如我们听到的音箱的破音 噼啪声 就是失真了,失真一般指谐波失真 (还有互调失真等等,谐波失真最严重),谐波失真THD用%表示,一般认为小于10%的谐波失真是音响系统的容忍度,那么人耳到底能分辨多大失真呢?由于多余变量和不可控因素(包括听觉特性:掩蔽效应等等),暂时没有证据证明人耳可闻失真的确切数字,我们一般追求更低的失真 让音箱的失真小于1%,但是事实是 厂家不会轻易把实测失真曲线拿出来 这会暴露产品的缺陷 影响销售,下面随便找个失真曲线看看。 失真度曲线很容易看懂,右边纵坐标写着百分之几 只要看各个频率的失真有多少就好了,这个音箱的失真度 在50hz-20khz看起来不错 失真小于1%,不过不要庆幸,这只是厂家在小音量下测得的,在最大声压输出时 失真会增大很多很多,因此 我到目前为止 没有看到敢把最大声压级输出的失真曲线拿出来的厂家。 下面我要拿出万元低音炮的实测失真曲线,不要惊呆哦。 紫色失真曲线是90db声压级的实测,而黄色失真曲线是106db声压级的实测,可以看出低频部分失真度直彪100%。 下面讲瞬态响应,瞬态响应就是音响能不能重放好一个突发的声音,例如一声枪响。如果枪响是非常利索的就啪的一声,那说明音响的瞬态很好,如果你听到了啪~~~~!这样很长时间的枪响,也就是拖尾,那就说明音响瞬态差,不能快速反应突发信号。瞬态差就像山谷里的回声,你在山谷里说话停止时,回声还在响。反应瞬态响应的电声数据有阶跃响应和累积频谱衰减图,先讲累积频谱衰减吧,下面再贴个图。 有人说了,频响曲线好不容易才看懂,这个曲线这么复杂,怎么学啊?我想说不要担心,只要你看懂了频响曲线 这个就是多了一个东西——时间。首先 我们看横坐标hz和纵坐标db,那么这就是频响曲线的坐标,我们看到的千层饼一样的频响曲线,实际上是反应了不同时间的频响曲线。说白了就是音响刚发声的时候测一条频响曲线对应秒那条, 等毫秒再测一条频响曲线再等几毫秒再测一条对应毫秒那条,这就反应出音箱什么时候才停止发声,这就是前面说的瞬态响应。那么看看上图中右边的z坐标,就是往里面看的,最里面是秒 就是刚开始对应的频响曲线,面向自己出来的频响曲线是毫秒对应的频响曲线,到了毫秒 基本停止发声了。那么怎么通过累积频谱衰减判断瞬态好坏呢?很简单,除了最里面毫秒那条频响曲线,多余的都是拖尾,简单吧?也就是说,拖尾越少,音箱的瞬态就越好。同样,累积频谱衰减也只有屈指可数的厂家敢拿出来。 瞬态响应的第二个电声数据是阶跃响应,这个数据我从来没看到哪个厂家主动拿出来 看下图 这是国外烧友自己测的。 阶跃响应怎么来判断瞬态呢?很简单 第一个波后面的波形越快衰减消失就说明瞬态响应越快,拖尾小。看第一个图片波形衰减快瞬态不错, 第二个图片波形20ms时间还没衰减消失,更长的拖尾,阶跃响应很容易判断低频瞬态,这里可以估计第一个是密闭箱体,第二个是倒相箱体。阶跃响应可以简单判断倒相和密闭箱体,说到这里,就过度到了音箱原理,下面就讲解密闭和倒相吧,这里为了省事,我把我监听低音音箱的介绍搬过来了。 在介绍密闭倒相原理之前,先说说为什么要箱体。因为低频的波长很长,所以会发生绕射,那么低音喇叭前面的声波就会和后面的声波抵消,所以用一个密闭的箱子把喇叭背部的声波阻隔,就剩下前面的声波了。先说密闭音箱,密闭音箱阻隔了扬声器背部辐射声波 防止低频绕射到前方声短路抵消低频,在动态时气压差会将振膜快速复位能快速重放连续变化的低频,有着极快的瞬态响应。但是密闭效率极低,而且扬声器低频振幅大,非线性失真和谐波失真也大,这就造成了密闭音箱声音做不大,下潜做不低,低音浑浊,就连瞬态响应快的优点也无济于事。这里特指低音音箱工作的频率极低,振幅极大,书架密闭箱并不严重。 倒相音箱利用了扬声器背部声波,效率提高,体积减小,而且分担扬声器振幅、失真明显下降,但是 为什么实际听音低频还是浑浊?这就是倒相的原理了:倒相管和箱体通过谐振把扬声器背部辐射声波延迟半个波然后辐射出去,加上谐振不会马上停止 一般功放停止驱动音箱后,倒相管的辐射声波要等n毫秒才停止发声,这个拖尾不但掩盖低频细节 而且会在复杂的快速变化的低频中与下一个低频混合,造成浑浊,这样造成瞬态差 不能反映快速变化的低频声波。当然这个解释只是片面的,设计良好的倒相音箱可以做到很好的瞬态,但是市面上设计不良的倒相音箱非常多,所以强化了倒相音箱和密闭音箱之间的差距更多知识,参考文献《扬声器系统设计手册》。 说到这里,有必要说说市面上的音箱类型,因为倒相的高效率,目前的监听音箱和hifi音箱几乎被倒相音箱占据,密闭箱很少,所以 追求澎湃低频的烧友可以选择倒相,追求准确 瞬态好的烧友可以选择密闭。 下面该说功放、前级、线材了,以音响工程师角度客观描述,对于这些设备,对于高保真级别的器材来说(大约千元以上),他们都是比较高保真的,和音箱10%甚至到100%的失真度来说,功放、前级的甚至的失真都是微不足道的,正如上面所说,测量的困难,这么大的失真可否忽略我不能断言,但是一般是听不出的(这个请大家自己斟酌)。对于功放和前级的音染到底多大,千元以上的高保真级别功放器材一般都是直线级别的频响曲线,音染可以忽略了,但是也有部分频响不平直的(高音染型),对于功放还有互调失真、阻尼系数,但是目前的功放的性能都很高了,这些一般情况不必在意,也有特例。所以高性价比的购买音响系统,还是多把钱花在音箱上。 功率搭配: 说到功率搭配,也是个很多人迷惑的问题,我有一只100w的音箱 到底配多大功率的功放呢?可以从2方面分析:1.功率,2.阻抗曲线 下面先说功率,这里我们先讲音箱的功率,音箱的功率分为标称功率、额定噪声功率、最大正弦功率、短期功率、音乐功率,看了这么多功率 一定很烦吧?我逐一解释一下。标称功率:规定一个失真度,音箱能输入的最大功率。额定噪声功率:根据IEC标准或国家标准,对音箱输入持续一小时或其他时间长度的粉红噪声信号,音箱不发生永久损坏的最大功率。最大正弦功率:根据标准对音箱输入正弦波信号 不损坏的最大功率。短期功率:根据标准对音箱输入1秒之内的突发脉冲信号,音箱不损坏的最大功率。音乐功率:这个说法不一,一般是放音乐节目,听音员感觉没有明显失真的最大功率。那么对于功率搭配 我们使用的是额定噪声功率,一般正规的高保真音响都有标注,但是多媒体音箱之类的都是随便乱标。功率搭配要看两个方面--静态和动态:静态很好理解 给音箱输入持续的信号,这时输入功率不能大于音箱额定噪声功率,否则音箱损坏,能理解吧?下面说说功放功率过小是如何烧毁音箱的,听起来很不符合逻辑,功放功率小于音箱额定噪声功率,应该不会损坏啊?!事实是,有时候当使用者得不到想要的声压级时,就会提高音量旋钮,当功放已经达到最大输出时,继续提高音量,就会造成削波失真,直流成分和高次谐波烧毁音箱。 动态,我们知道枪声是脉冲信号,是一个突发信号。那么如果一首歌曲里有一个枪声,比音乐大很多,那么这个枪声的信号功率就会比静态音乐功率大很多,如果比静态音乐声压级大3db,那么功率就是静态音乐的2倍,如果大6db就是4倍,那怎么办呢?不要担心,扬声器的峰值功率是可以短期承受额定噪声功率数倍的功率的。这时候,要求功放的功率余量一定要够用,否则就会削波失真 产生大量直流成分和高次谐波失真,烧毁高音喇叭,例如100w额定噪声功率的音箱,可以承受400w峰值功率,那么功放可以配500w,静态音乐可以给音箱输入100w功率,当出现一个高于平均水平6db的枪声时,功放可以瞬间提高400w功率给音箱,音箱可以承受,也就可以重放这个枪声。对于一般的音乐,一般没有超过3db的峰值音乐信号,所以以2倍于音箱额定噪声功率的功放功率搭配即可。但是,对于无源功放的这种搭配,会容易输入过大功率。因为音量旋钮可以调节到最大,让功放最大功率输出,这时候留作峰值余量的功率全部加在音箱上 音箱烧毁(专业扩声系统中有限幅器等设备),而高品质的有源音箱再内部电路已经设计了配合音箱的保护电路,不会发生这种情况。功率搭配的第二个问题是常被忽略的,那就是过低的阻抗,由于缺少统计,我不能明确表明有多少音箱的阻抗在高频出现了过低的阻值,但是单拿是个好例子,不过今天我拿出一个我仿真的例子来说明。 两张图片的阻抗曲线同样是一只音箱,只不过不同的分频器电路设计,标称阻抗6欧姆,第一张图片的阻抗算是正常,但是第二张图的阻抗曲线在高频出现了大概欧姆的阻值。假设音箱标称4欧姆阻抗,最低阻抗2欧姆,额定噪声功率100w,搭配4欧姆100w功放,功放输出电压为最大20v,电流5A,计算2欧姆会出现什么情况,20*20/2=200w功率,20/2=10A电流,也就是说功放无法提供电流,可能烧毁(或者动态不足)。如果你的音箱有过低的阻抗,请将其考虑到静态和动态功率的计算中。 对于线材,分为信号线、音箱线、电源线。在科学角度首先可以明确一点:电源线和音色无关,电源线是50hz差模信号 频率不变,供电电压自然不变,那么就不会对频响造成波动,所以一般电源线随便一条满足负载功率的就可以,然而特殊情况是干扰问题,需要屏蔽层的电源线。 信号线和音箱线由于不同频率的阻抗不同,会造成频响的波动。但是下面看看我用意大利clio电声测试系统的实测,测试对象是给坛友做的一条rca线。 没有仪器能检测出的频响波动,可以认为是零音染,那么信号线重要的一点是屏蔽能力,也就是抗干扰能力,例如打电话发出的干扰,会让音箱吱吱叫。 另外的情况是高输入阻抗的电子管功率放大器可能对线材阻抗、电感电容等参数敏感,不多解释。 对于音箱线,频响的波动一般无法检测到,重要的是要满足一点:那就是国家标准对高保真音响系统的要求,阻尼系数大于20,阻尼系数决定了功放对音箱的控制力,阻尼系数是音箱的额定阻抗除以(功放内阻+音箱线阻抗),它反映了功放对音箱的控制力,现在的功放都能做到欧以下的输出内阻了,所以举个例子,功放内阻欧、音箱阻抗8欧、音箱线阻抗欧、阻尼系数等于8/()=40.如果要计算音箱线的容忍阻抗,那么就用音箱阻抗除以阻尼系数20再减去功放内阻,例如8/欧。也就是对于这个例子,线材阻抗不能大于欧,否则控制力不良。这里顺便说下功放搭配音箱,对音箱的控制力取决于阻尼系数而不是功率。对于听出线材音色来说,这里就加入了主观因素,心理学方面,在心理学,心理暗示会让人感受到不存在的感受(实验者期望效应),所以难以判断音色的真实性。注:因为本文是讲解音响系统知识,所以要本着客观角度来讲解,以免误导,对于烧友可以听出线材等问题不多做解释。 首先强调一下 我不强迫别人一定要喜欢什么。我们在上文已经会看频响曲线了,那么我们可以用频响曲线简单判断音箱是否保真或者说保真度如何了(片面分析),那么世面上流行两大派音响种类--hifi音箱和监听音箱,hifi音箱表面上的意思是高保真音箱,但是 hifi音箱属于平民化民用产品,用于音乐欣赏。所以有意加入音染,美化声音,从频响曲线大家可以看出,看下图,惠威m200 hifi音箱。 波动的频响曲线可以看出音染吧,这就是唯美派喜欢的音箱,不同人喜欢不同的音染,也就是不同的频响曲线的音箱。 下面看看惠威x6监听音箱的频响。 可以看出它的频响非常平直,也就是保真度很高。这是唯真派喜欢的。 那么唯美派和唯真派的区别何在呢? 我们已经知道hifi音箱有较大音染 监听音箱音染很小,下面要了解音乐本身,首先音乐本身不是高保真的,歌手在录音棚录音后,录音师或音乐制作人要把母带经过各种效果处理例如回声 声像定位,清晰度提高等等处理,目的是做出好听的音乐,那么我们可以认为音乐已经被音染一次了,那么唯美派对成品音乐的音色不够满意 就要使用hifi音箱再音染一次,也就是二次音染 这样才能满足自己的喜好。对于唯真派来说,当然包括部分录音师,是用音箱来听音乐本身的音色。我们可以概括为唯美派听音箱 唯真派听音乐。那么有人注意到我上面说部分录音师 这是咋回事?录音师应该以监听音箱作为基准 来做出自己想要的音色啊,当然应该是唯真派,但是多数的录音师并不算合格,他们使用好听的监听音箱满足自己,然后做出的音乐就加上了他使用的音箱的音染。例如某录音师使用高频很弱的监听音箱,做出女声很甜美的音乐,那么实际上他的音乐高频已经多了,实际的音乐成品就会高频过多过于明亮刺耳。对于录音师而言,监听音箱是否高保真决定了音乐作品是否达到了录音师的设计目标,可想而知,如果使用不高保真的音箱做出的音乐也是个未知数,这就是很多烧友用频响准确的监听音箱欣赏某些音乐觉得高频多了,不耐听,从而认为监听音箱垃圾,而成为唯美派使用hifi音箱。 参考文献《2009电声技术新进展》 心理暗示最常见的表现是音响听音对比,随便拿两套音响系统一放,听音者听了之后发表意见 :这个音响什么什么音色,那个音响什么什么音色。殊不知99%的几率,我们已经被心理暗示拐走了。(另外,烧友做盲听对比缺少科学的手段,难以控制多余变量,详情参考参考文献)我总结了几点,心理暗示常常是因为:音响的外观、音响的价格、众人的评价。口说无凭,我们来看电声技术中扬声器主观评价中是怎么说的。注:音响系统的评价应该是尽可能全面的,数据或听感都不可作为唯一的衡量标准。 这里是重点,注意表一(4)可视偏见/期望,这里就是传说中的实验者的期待效应。 重点2:对声音的判断会受价格、品牌、外观等峰听觉因素的影响。 看图1,可视听音是如何导致不准确的听音结果的。 最后,重放链的电学表现,证实了我上面讲的现代的高保真功放已经足够保真。 无可否认,高频中频低频是一个整体,缺一不可,无法重放完整准确的低频也就不能听到完整的高保真的音乐。音乐源于创作者的意念和感受,音箱用于还原给听众感受,如果音箱不能完整还原音乐,是不是可以理解为,听众不能完全感受到作者的情感呢? 一个比方,高中低音是一个整体,就像味觉和嗅觉,当我们感冒的时候,嗅觉失灵,味觉正常,但是吃饭就感觉味道很轻了,不香了、低音和中高音同样如此,去掉低音,中高音也显得单薄了。生活中,我们也能感受低频的重要性,例如多数非烧友购买音箱 更亲睐于多媒体音箱,这是因为小型音箱虽然中高频音质很好,但是几乎都低频缺失,影响了整体效果,多媒体虽然全频带音质都不好,但是重放比较全面,这就好比偏科的学生:学生a语文90分、数学90分、英语20分=总成绩200分,学生b语文80分、数学80分、英语80分=总成绩240分 。如上所述,应该重视低频重放来完善声重放完整性,从而提高整体音质。 有声学基础的朋友都知道,人类听觉响应范围是20hz-20khz,少数朋友知道-3db频响范围一般是30hz-15khz。那么想要还原可以听到的音乐的声重放就应该达到30hz-20khz -3db(高频上限因为谐波成分的重放而扩展)。音箱的中高频重放已经技术成熟,中高频重放做到比较准确也很容易,但是一般书架箱低频下限50hz顶多了,无法重放到30hz的低频(即使做到也很难高保真,在上文音箱原理已经讲明)。 人类的听觉是非线性的。参考文献《音乐声学与心理声学》。当较小声压级时 听觉会对高音和低音不敏感,声压级较大时,听觉对高音和低音才敏感一些,也就是我们体会到的:在小音量下听歌,感觉高音很暗淡,低音也没了。 下面看一个简单的听觉等响曲线。 可以发现,在30db声压级时,我们可以听到100hz的最低频率,但是在120db声压级下,我们可以听到20hz最低频率。高频同样如此,但是这个图没有画出来。人类的听觉动态范围是130db左右,而我们听音员的声压级一般在70-90db左右。 下面看看比较准确的听觉等响曲线和相关解释,出自《音乐声学与心理声学》。 最终,祝大家玩的开心。
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