提问音视频专业人员：“保真度”到底有多重要？

5764698225 · 发表于 2019-6-21 21:41:48

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提问音视频专业人员：“保真度”到底有多重要？
保真度，对于音视频专业人员而言，是个熟悉且重要的术语。“增加或者改变保真度，真的会对系统整体产生影响吗?”如果会，代价是什么?Richard以他多年的实践经验给我们带来了一些思考。

　　我们音响行业的很多怪咖(年龄在50岁以上)*初都痴迷家庭音乐系统的音频，受此影响。我们垂涎于许多一线音频产品，狼吞虎咽地研读不同产品册。然后我们萌生这样的想法：现实应用中的音响系统必须拥有平坦的频率响应，从直流电到灯光，并且总谐波失真必须远低于0.1%。人们不怎么强调互调失真(IMD)，我们也没听说过瞬态互调失真(TIM——也被称为转换失真：SID)。

　　那时候几乎没有厂家能为家庭应用场景制造带指向模式的扬声器。虽然参数表上常列出扬声器的频响，但是那些数据大都基于市场营销需求，而不是基于实际测量而得。以往规格参数表上很少提及扬声器失真。

　　后来我们开始了专业音频职业生涯，其中很多人都抱着之前习得的知识/观点来工作，很少甚至几乎没有批判性思考。我们理所当然地认为，一个好的专业音响系统不过就是优秀家庭系统的扩大版本!重要的自然是频率响应，然后是失真电平。但再看看美国统计协会(ASA)、美国音响工程学会(AES)和其他专业协会杂志上发表的长达半个多世纪的研究成果，我们早期的观点中有多少仍然站得住脚?

　　随年龄产生的听力下降

　　还是业界新人时，我们认为，既然人的听力范围是20-20,000Hz，那么音响系统的响应至少也要覆盖这个范围。虽然当时我们已经知道，年长者的听力没那么灵敏，我们却还不清楚他们对高频段的听力损失更严重，不知道我们常听大音量摇滚音乐会损伤自己对高频段的听力。

　　

　　图 1: 听力损失 vs 年龄 (图片来源：http://www.roger-russell.com/hearing/hearing.htm)

　　图1显示，65岁男性的平均听力灵敏度比20岁男性低大约40 dB;女性的听力损失没那么严重，不过也损失近25 dB。我们年轻时候主张音乐功放至少应该保持在±3dB范围内的平坦性，*好能在±1dB范围内。和这种主张相比，这样的听力损失简直不要太大。(请注意这些只是平均值，对于懂得避免暴露在过大声音环境，且未受疾病影响或未被耳毒性药物损伤听力的人，他们在老年时对高频的听力损失可能更小。)

　　频率响应

　　这对专业音响系统设计有什么启示呢?如果听众的平均年龄为35岁，系统高频响应扩展到8 kHz就已经很优秀了。BBC(英国广播公司)曾在二十世纪六十年代做过测试，参与者有受过训练的听众，也有未受训练的听众。那些测试结果显示，几乎没有人可以区分哪只是平坦响应为15 kHz的录音室监听扬声器，哪只是低通滤波到12.5-kHz截频点的扬声器。考虑到背景噪音和混响，对于礼堂或教堂圣所的音响系统而言，高频扩展更加没那么重要了。

　　至于低频扩展，测量表明，大多数原声乐器很少包含40 Hz以下的能量(4弦的电贝斯或低音提琴使用标准调谐)。即使是这些乐器，也很少带基波能量，所以二次谐波——80 Hz及以上——成为有效的低频下限。但这样，就得有系统必须能够重现合成器和声音效果。我有一张CD，前几分钟在20 Hz含有强劲的分量;还有带爆炸声的影片，具有大量低至次低频的能量。所以，所需的低频下限取决于音响系统的使用。

　　说回我们所重视的±1dB或±3dB响应平坦度容差。图2为当今市场上*好的一款专业扬声器的频率响应。

　　

　　图 2:某款优秀扬声器的频率响应

　　从50 Hz到18 kHz范围内的响应平坦度大约为+3.5, -5 dB。可以观察到，平坦的频响图上的主要偏离，都为很窄的频段。根据我设计、建造和测量扬声器的经验，我发现，很难听辨在1/3倍频程之内的响应“偏离”。而且偏离范围越窄，它的表现可能越极端，但是却仍旧无法听辨。(确实，有时扬声器的共鸣会造成很窄的极端响应峰值，这只扬声器不断持续发出该频段的声音，这种声音很恼人，但这是该频率阻尼欠佳结果，阻尼欠佳源于响应平坦度差)。

　　失真

　　现在，我们讨论其它让刚入行的新人们讨厌的大麻烦：失真。在过去数年，调研者已经揭示了谐波失真和调制失真的感知阈值，包括0.03% – 10%范围内的谐波失真，以及0.1% - 1%范围内的调制失真(或互调失真)。它们的结论各异，原因可能是缺乏统一的测试协议标准。我自己的经验是，谐波失真要达到大约3%以上，我认真辨别才能发现它。如果我把注意力放在音乐的流畅度上，那么除非谐波失真达到5%以上，我都可能不会发现问题。我本人对IMD的敏感度是比较高的。

　　我去过很多音响系统备受听众赞誉的场地，但其实它们的失真度让我很不舒服。在20世纪50至60年代，人们常使用削波限幅器来制作军事训练电影，它会让声音峰值产生5%到10%的失真。据称，测试表明这种失真实际上增加了语音清晰度——大概因为稍微增强了高频的能量。在以高电平工作时，大多数扬声器都会在低频产生大于5%的总谐波失真。并且人类的耳朵在收听超过一定电平的声音，比如声压级90 dB的声音时，也会产生互调失真。

　　到*后，我们也就发现，我们不得不承认频率响应和失真并不是衡量音响系统质量的*标准。场地中存在很多同样重要的声学因素。不过这是另外一个话题了。

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