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-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-10-9 13:39:01 -- [原创] “狼音”&“松香味”——声学系统间谐波 探析
● 谐波(Harmonic)——频率为基波的倍数的辅波或分量。基波可以是交流信号/电磁波或者声波——从严格意义上,谐波频率是基波频率(fo)的整数倍;但从广义上,任何与基波频率不同的成分都可以称之为谐波。
谐波可以分为奇次谐波与偶次谐波——第3/5/7次等为奇次谐波;而第2/4/6次等为偶次谐波—— 奇次谐波频率为3fo/5fo/7fo等;偶次谐波频率为2fo/4fo/6fo等。
“间谐波”也有奇次/偶次之分——但奇次“间谐波”频率并非3fo/5fo/7fo等;偶次“间谐波”频率并非2fo/4fo/6fo等——为了与传统意义上的奇次谐波/偶次谐波区别,可以称之为“类奇次谐波”/“类偶次谐波”。
● “次谐波”(Sub-harmonics)——低于基频(fo)的谐波,包括“分谐波”(FH)/“次间谐波”(SIH)——“分谐波”(Fractional harmonics)即fo/2,fo/3,fo/4…,包括“奇次分谐波”(OFH)/“偶次分谐波”(EFH)。
对于扬声器,“次谐波”是一种失真——其影响甚于谐波失真(HD),因为高频对低频掩蔽很弱,其听感比高次谐波更明显——尤其是“大动态”时,可以使音质劣化。
“次谐波失真”(SHD)包括“分谐波失真”(FHD)/“次间谐波失真”(SIHD)——
“间谐波失真”(Inter Harmonics Distortion)——可以简称为IHD——事实上,一般音频指标的谐波失真(HD)往往只注重奇次/偶次谐波,而忽略了“间谐波”。
同为“声染色”——胆机的偶次谐波可以改善音色,使声音温暖/柔和;晶体管石机(B类/AB类)的奇次谐波则会声音尖硬;而“间谐波失真”更不动听(粗糙/冷硬)——声音和谐性:偶次谐波>奇次谐波>间谐波。
● 弦乐器—— 一般为“弦振动”耦合“板振动”(如小提琴)或“膜振动”(如二胡),小提琴也可形成整体性的“壳振动”——而管乐器则主要为“气柱振动”(驻波)。
“弦振动”/“气柱振动”谐波频率与基频成整数倍关系(奇次/偶次谐波)——“板振动”/“膜振动”谐波频率与基频不成整数倍关系——即“间谐波”。
成整数倍关系的偶次谐波才动听(构成“谐和音程”)——而成整数倍关系的奇次谐波与不成整数倍关系的“间谐波”——声音都不和谐,后者更甚。
从这种意义上,管乐器比弦乐器更动听——尤其是双簧管等“开管”(包含偶次谐波),音色圆润/柔和—— 弦乐器波形参差,而管乐器波形整齐/平滑。
“狼音”(Wolf-Tone)——是每个弦乐器演奏者挥之不去的梦魇,是困扰许多提琴制作家最头痛的问题——也是声学上至今尚未根本解决的问题之一。
德国物理学家亥姆霍茨(Helmholtz)用“双重冲撞”理论(Coupled Oscillator)来解释之——即琴弦的共振频率与琴身的共振频率发生冲撞时,就会发生“狼音”。
一般认为——“狼音”是由弦振动某个频率与共鸣箱的共鸣频率(Resonant Frequency)发生共振引起——其实这并不准确。
● 当弦振动产生的奇次分谐波/奇次谐波与板振动/膜振动的次间谐波/间谐波发生共振时——会导致“狼音”,使声音不和谐——而前者产生的偶次分谐波/偶次谐波与后者次间谐波/间谐波共振时,则可降低不和谐性,使声音动听(松香味)。
● 数字音源(如CD机/DVD机/PC声卡)——由于“量化噪声”(DAC)/非线性因素等会产生“间谐波失真”(IHD)与“次谐波失真”(FHD/SIHD);数字压缩技术(如MP3/AC-3/DTS)也会产生IHD/FHD/SIHD——故其音质生硬,即所谓“数码声”。
长期以来,大家都在“胆机”/“石机”(偶次谐波/奇次谐波)之间争论不休——却可能忽略了另一个重要因素——“间谐波”/“次间谐波”或许才是导致放大器失真的“祸魁罪首”。
实际上,“间谐波”/“次间谐波”对于音质的劣化影响大于奇次谐波——使声音不和谐/粗糙,听感比奇次谐波失真更差——大多数非线性失真(HD/TIMD/SWD等)都与“间谐波失真”/“次谐波失真”(FHD/SIHD)有关。
电源污染(高频纹波)/EMI(尤其是SWPS)/电压波动等都会导致间谐波/次谐波——改善电源滤波性能/↓EMI等有利于降低“间谐波失真”与“次谐波失真”。
● 电动式锥盆扬声器( ECL)“分割振动”包括弯曲波“径向振动”(节圆)与纵波“周向振动”(节径)——前者声辐射大于后者,而前者可以产生间谐波/次谐波——“间谐波失真”与“次谐波失真”会使音色不和谐,音质劣化。
静电式扬声器ESL(膜振动)/弯曲波模式扬声器BML(板振动)与弦乐器类似——主要产生“间谐波”/“次间谐波”,而非传统意义上的奇次谐波/偶次谐波——从本质上看,其音质/色并不和谐。
在一定程度上,频响曲线(FRP)可以反映“间谐波失真”/“次谐波失真”的状况(尤其是扬声器系统)——FRP平滑,则“间谐波失真”/“次谐波失真”↓ ;反之,则IHD/FHD/SIHD↑。
但是,ESL/PRL听起来仍然会有一种“不自然”的感觉(怪怪的)——实际上就是由于IHD/FHD/SIHD的缘故(音色不和谐)——尤其是振膜面积↑时驻波模态/数量↑,IHD↑。 故ESL/PRL更适合作高频单元/耳机。
振膜刚性↑,机械阻抗↑,则分割振动↓,IHD/FHD/SIHD↓(抗性)——振膜刚性↓,虽然分割振动↑,但阻尼↑,IHD/FHD/SIHD↓(阻性)。
实际上,刚性↑,只是↑振膜开始分割振动的频率(fo↑)——在高频段,刚性振膜的分割振动↑,比柔性振膜更明显且无节制,IHD/FHD/SIHD↑(强化)——铝带式(AL Ribbon)泛音↑,“金属味”↑。
柔性振膜(如PP盆/软球顶)分割振动↑(fo↓),但其阻尼大——有利于↓IHD/FHD/SIHD(柔化),使声音的和谐性↑。
BML采用蜂巢板(泡沫板)可以同时↑振板的刚性/阻尼——降低 “间谐波失真”/“次谐波失真”——中空结构相当于无数个“壳结构”(刚性↑);内部空气可↑阻尼。
“音响系统的狼音”——当放大器产生的奇次谐波/奇次分谐波与扬声器的间谐波/次间谐波发生共振时,也会产生类似于弦乐器“狼音”的失真——使音质/色不和谐,听感↓ (不“动听”)。
而电子系统(音源/放大器)比弦乐器更复杂——电子系统更易产生“间谐波失真”/“次谐波失真”——若电子系统的奇次分谐波/奇次谐波/次间谐波/间谐波与扬声器系统的次间谐波/间谐波发生共振时,导致的“狼音”比前者更严重。
↑偶次谐波并不会↓间谐波/次间谐波,而是“中和”之——使声音变得更和谐动听(不和谐性↓/和谐性↑)——“松香味”实际上就是一种“掩饰效应”。
相对于振膜材料选择/扬声器调校,采用电子管/放大器优化设计等方式——电源净化针对性↑,从源头控制间谐波/次谐波——可以事半功倍。
[此贴子已经被作者于2019-07-20 14:00:48编辑过]
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-- 作者:qiumingxun -- 发布时间:2012-10-25 11:24:11 -- 好长的一篇 |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-10-28 16:35:00 --
习作一篇——请多指正。 |
-- 作者:xiushuicunren -- 发布时间:2012-11-13 10:28:39 -- 好清新的文章,拜读了。 顺便说一句,““弦振动”/“气柱振动”谐波频率与基频成整数倍关系(奇次/偶次谐波)——“板振动”/“膜振动”谐波频率与基频不成整数倍关系——即“间谐波”。”这句话,可能在一点条件下成立。但也可能只是近似的,如在传输线音箱里,就未必有这样准确的结果。
不知道是不是?
风兄此文令人耳目一新,继续讲下去,谢谢! |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2012-11-13 18:29:48 --
上应该是可以产生奇次/偶次谐波的。
实际上,电动式锥盆扬声器ECL(膜振动)/弯曲波模式扬声器BML(板振动)主要产生“间谐波”,尤其是在中高频段——请问中低频段“活塞式振动”模式下,ECL/BML是否可以产生奇次谐波/偶次谐波?
[此贴子已经被作者于2012-11-18 07:26:06编辑过]
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-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2014-4-3 17:44:02 --
CD格式文件(采样频率44.1kHz)与HD Audio 高清音频(96kHz/192kHz)或视频伴音(48kHz)文件相互转换时——SRC非整数倍重采样会改变声音信号波形,而导致失真。
实际上,SRC(Sample Rate Conversion 采样率转换)问题也是“间谐波失真”(IHD/SIHD)问题——SRC可以产生与原频率信号非整数倍的间谐波(IH)/次间谐波(SIH) 。
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-- 作者:泊尔 -- 发布时间:2014-4-10 6:33:32 -- 一篇很好的文章,学习了。 不过只是从谐波失真角度描述听感,似乎缺了点什么? 例如在消声室听音乐和在音乐厅听音乐有着截然不同的感受,这是人们已经习惯了有混响的环境,完全的保真反而觉得不舒服。由此,在混响时间很短的环境中加入人工混响,也能缓解这种不舒服。 同样,器乐本身也有混响,只是表现在内部,以往习惯于用共振来描述,也是局限的,混响与共振是有区别的。 经常在现场听器乐演奏的人会发现,震颤的余音常常大于录音以后的重放,电声系统重放时,那些余音有了很多丢失。从录音、后期制作、编码解码、。。。。等等,直至扩声还原,有了太多影响损害这些余音的因素。还是不具体追究了。 如果将损害了的余音人工修补,同样能得到润色甚至温暖的感受,可能比胆机还要更暖。一个经过这种修饰的试音碟,已经在另一个网站(CA001)发出了一百多份,到目前为止还没有不良反应(尽管使用者有各种各样的不同设备)。说明人们普遍喜好这些增强了的余音存在。 当然,表现听感还有很多方面,不赘述了。 |
-- 作者:泊尔 -- 发布时间:2014-4-10 6:38:37 -- 补充一句,上面所说,不是否定楼主的观点,而是一种补充,仅供参考。 |
-- 作者:风的指纹 -- 发布时间:2014-4-10 12:33:20 --
欢迎交流探讨—— 实际上,往往并不“Hi-Fi”的声音(如胆机/BBE)更符合心理声学,更“好听”——谢谢! |
-- 作者:qinbin -- 发布时间:2014-12-11 22:13:20 -- 学习了 |