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HiFi基础谈(五):失真——TIM及其他

作者:Hi-Fi 音响/阅读:468/2017-3-19
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摘 要: TIM是瞬态互调失真三个英文字的缩写。70年代下半叶由于纯直流设计的流行,扩大器的TIM被Hi Fi厂家大加渲染。因为,纯直流扩大器是有本事把扩音器的TIM大大降低。电声界同意TIM的存在对扩音质素确实大有影响。

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TIM是瞬态互调失真三个英文字的缩写。70年代下半叶由于纯直流设计的流行,扩大器的TIM被Hi Fi厂家大加渲染。因为,纯直流扩大器是有本事把扩音器的TIM大大降低。电声界同意TIM的存在对扩音质素确实大有影响。但TIM并不像普通谐波失真(HD)或互调失真(IM)那样可以用传统方法测量出来,或用荧光幕表现出来,所以很多人不免争论它的重要性。山水业已发明了测量TIM的正确方法,该公司不但在消灭TIM方面有重大贡献,而且又发现了另一种以前不被重视的失真,Envelope Dist.也会影响重播质素。


另一家出产低TIM扩音器的著名厂家是Marantz,该厂在多年研究TIM的形成及降低TIM的工作上甚有心得。


什么叫TIM?


究竟什么叫TIM?一般认为TIM是扩音器在处理瞬态讯号时必有的副产品。扩大器在工作时,其本身的敏捷性跟不上在煞那间产生的极强讯号能量之变换,例如音乐演奏时一响包含着大量高周率的巨大声浪,它就会产生TIM。


故此,TIM在很多时是跟扩大器的削峰现象(Clipping)同时产生,更加使重播音色难于入耳。


扩音机的敏捷追随特性,从前只是用冒升时间(Rise Time)来表现。最近已经发觉不够贴切,因此又把Slew Rate这名词拿出来做规范。Slew Rate是个较新的名词,中文译名不一。如果照字面译,可写成「削切率」。它的定义,是扩音器在一微秒内可以处理多少伏特的电压(V/μs),由此看来,把它译为「变压率」较佳,译作「升压时间」则有点不对题。如果讯号变动率超越了扩音器的追随敏度,扩音器就产生跟削波现象有相似的过荷现象。通常,负反馈的数量直接影响「变压率」,反馈量愈大,「变压率」就有所降低,因为反馈的作用是能降低放大电路的工作敏度。基于此,以前一般以大量负反馈来降低互调失真及增加稳定率的作风,现在行不通了。新设计是利用纯直流,全对称及无电容器等技术,来做到更低的失真和更敏捷的操作。


大功率、低失真,声音却不悦耳


另一点值得注意的是,功率频带宽度愈大,变压率也相应增加,因为宽带带的扩音器在处理动态庞大的高频讯号时不易引起过荷现象。如果你相信上述理论的话,目前市上有些扩音器那些惊人的规范就不再是有权威无实际的数目字。有些纯直流扩音器的「变压率」高至500 V/μs,频带则阔至0~300KHz。


负反馈在扩大电路上对于动态强及动态弱的讯号有颇不相同的反应。TIM失真,在负反馈线路上常因动态强大的输入讯号而产生。而在处理动态微弱的讯号时根本没有什么失真。可惜一般B类扩大器的互调失真及交替失真都是在低输出时加大,所以就说明了为什么很多应用大量负反馈的B类机拥有良好的规范大功率、低失真而声音却不悦耳的原因。


纯直流扩大抑制TIM


一般B类机如果在线路上采用反馈数量多至足以产生相位失真的程度时,其削波失真,TIM等加起来的声音也就更难听。假设普通扩大器所用的大量负反馈是40至60dB之间的话,瞬态讯号通过线路时,就被严重的拖延而变形。不过,这些失真都是名符其实的瞬间失真,它由出现至消失都在于煞那间,以前的电声学界们对这种失真就算有注意到也认为无关重要,因为理论上任何扩音器的瞬变响应都比最快的扬声器更要快得多。不过,人们的耳朵却跟着扬声器的进步而一同进步。就算今日最快的扬声器仍然追不上今日最慢的扩音器,由扬声器重播出来的音响,如果能减去了瞬变失真,相位失真及TIM,其清晰度当然有显著的增加。


纯直流扩大器是臻达低TIM的理想设计,所谓纯直流DC,应该是直流扩大,全段直结,加上输入输出全对称,无电容器的结构。纯直流结构已臻达绝对可靠及稳定的程度,是由于不少新组件的妥善运用。


例如:

环状射极晶体(RTE):它是三百个微型晶体管以环状链接成一体。它使高频特性有最佳的改良。性能稳定和失真低。

场效应晶体(FET):纯直流扩大器的输入级普遍采用FET,特点是FET的操作并不需要偏压电流。

镜影电流线路(Current Mirror Circuit)的使用,使输出更强大更稳定。


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全对称电路,这是自有晶体机以来就被标榜的设计,把NPN晶体作直接交接,就可省掉了「不对称电路」所必须的反相电路,全对称推挽动作的相位特性优良,但早期的半对称电路(Quasi Complementary)是由于大功率PNP晶体成本昂贵,而作妥协性的设计,把推挽线路的另一端需要大电流PNP晶体与小电流PNP的耦合。严格上说,半对称不算纯直流结构。


低TIM的扩大器,目前以纯直流结构为主。TIM失真通常不会单独产生,这是因为扩大器在变压工作产生过荷时一并会引起削波失真、互调失真等。目前很多人仍然弄不清楚究竟高周率的铃振(Ringing)和超高频的振荡是属于TIM还是什么?总而言之,这些失真搅在一起就大有可能造成超音波频段的干扰,它对于闻限内的重播不但有严重影响,而且更会增加噪音和对扬声器造成无形的伤害。


这些失真混合的结果,使重播粗糙含糊,缺乏美感。任你拥有更大的输出功率,你也无法欣赏到清晰透明的声音。反之一部纯直流设计而功率较小的扩音器,在适当的匹配之下,会有满意的效果。


听觉心理学与失真


讲HD,IM,及TIM等最热门的失真时,我们又已提及了网络失真(Envelope Dist)等较冷门的失真。现在,趁读者们未打瞌睡之前,不妨先略略谈一下耳朵对诸般失真反应的情况。人耳(或动物耳)听力皆受物理环境因素限制听力,其中发烧友最要注意的是《掩盖效果》(Masking),因为它对失真的识别有决定性影响。掩盖效果是耳朵在接受一强一弱的两个声响时,那强音可能将弱音完全掩盖,结果耳朵所听到的只是一个强音。


另一方面,在电子声响愈来愈流行的今天,一切失真,已被电子音乐家们应用为营造新奇音响效果的工具。例如Flanger是制造波峰(Peak)的器材,Phaser将音响相位搅乱, Clipper是削峰器。这些特技,相当于照相学中一切在黑房中应用的器材,后者之目的,无非亦想制造失真,藉以增加画面之美感。


进一步了解,录音师在混音时,也少不免按个人或监制或社会的需要而在主带上渗入多少「味精」,这就是他们说的EQ。


换言之,人耳及录音两个极端,都是导至失真的源头源尾。


人耳本身在接受两个不同音波之时,听觉系统也会引发互调作用而令神经中枢“演译"出这两个波的和音或差音(Sum and Difference Tone)。这现象很多音乐家一早已经发觉,而且在他们的创作中刻意制造这些效果。


所以,阿福水听不到的失真,并非一定等于阿福水的听觉不灵敏,或可能是你本人的耳朵失真率较大。


反正,长在阁下骷髅头上的一双贵耳,与别人的耳朵无法互相印证。


今期引入名词

TIM = Transient Intermodulation:瞬态互调失真

Envelope Distortion:网络(包络)失真

Slew Rate:升压率(或变压率)

Rise Time:冒升时间

Current Mirror:电流镜影

Ringing:铃振

Masking:掩盖效果

Sum and Difference Tone:和差音


(原文刊于1986年9月号《Hi Fi Review》,作者 雷明先生)


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