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HiFi基础谈(六):相位

作者:Hi-Fi 音响/阅读:665/2017-3-26
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摘 要: 相位问题及各种形式的相位失真问题成为了影响扩音质素及听音室环境的重要关键。

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相位问题及各种形式的相位失真问题成为了影响扩音质素及听音室环境的重要关键。


相位是音波推进的动态 / 时间特性。先用简单例子解释;两个人在同一起点向同一方向同一速度出发,他们的动态 / 时间特性是“同相”(严格地说要同时起同一只脚才算)。若一切条件不变,而出发方向不同,便产生“相位”偏差。方向相差 45 度,便有 45 度相位的差异,两人以相反方向出发,便出现 180 度相位差,构成「正相」与「反相」之分别了。音波的相位问题,比上述两个缺德鬼的关系错综复杂十万倍。音波是一群由 20 至 2 万赫之间基周 + 谐波的连锁反应。在演奏现场,我们听到由音乐台上传来的“直射波”与音乐厅四周反弹回来的“反射波”之混合体,其相位结构简直“错乱”到无法形容。但,我们的耳朵却最喜欢这种活生生的音响。


用烛光实验解释相位


为甚么会讲音乐厅的音响相位结构错乱?直射波与反射波在空中相冲的结果,会产生新的音波,这就是上期提及的“和差音”(Sum and Difference)。两个同相音波相遇,产生一个新音波,频率是两音波的总和:正 500Hz 与正 700Hz 相「加」,差生 1.2KHz 的和(Sum)音,反之,两个反相音波相遇,便产生一个频率为两音波差值的差(Difference)音。我们念小学上物理课时,一定亲自做过“烛光实验”;一块纸片在两枝燃点的蜡烛间移动,在一个中央点上,纸面的正反两面都看不见有烛光透过,这是证明光波相位作用的原始试验。光波射在纸片正反两面的亮度相等时,产生抵消作用。依此类推,两个同等强度,同样周率,但相位相反的音波,在空间相遇便互相抵消。“和差音”的反应,跟核爆的连锁反应有得比,所不同者,是音波连锁反应能量衰减程度很快。和差音的活动情况,绝非相差 180 度的正、负相位那末简单。因为,相位的差别由几度至几秒钟不等。在教堂里演奏音乐,直接音与反射音(是回音而非残响了)的混合,会是三秒钟以上的相位时间差异了。音乐演奏所产生的和差音和超低频(Sub-sonic),超高频(Ultra-sonic)音域范围,会由直流(0Hz)开始至十几万赫。算它是 1Hz 至 100,000Hz 吧,这超听频的音波结构形态,数十年来一直是电声学界相当所谓“音乐厅临场感”的来源。人耳听不到这些和差音,但却可以体验到它们的存在。Hi Fi 重播软件,例如 CD,却只带给我们 20KHz 上限。又怎会提供“音乐厅临场感”呢。


Hi Fi 重播,起码要将在音乐厅现场所录到的 20 至 2 万赫相位形态原原本本从扬声器上交待出来。任何部份与原音有所出入,就叫做“相位失真”。


几乎每一个 Hi Fi 组合的环节都有相位失真,唱头,讯号线,扩大电路,CD 机的解码器,音箱……上述各环中,CD 机和音箱一直是相位失真最攞命的东西。


音箱的相位失真,主要来自声盆响应之不够敏捷和分音器。分音器的结构,好比一道水闸,把由水管(音箱线)导入的“水”分高低闸开。若一组三路分音器是要经两道闸的话,第一道闸将高中音“留后”,先让低周通过。第二道闸再将高音“留后”,让中音通过。可见,高、中、低音进入各该单元的时间已有先后之分。


此外,多单元体系每只单元本身的相位特性也不尽相同。犹如一队纪律不良的军队,士兵在踏步时步伐及速度不统一,自然阵容凌乱。


相位失真与瞬态失真(Transient distortion)在技术上是两个题目。但本质上都是相位(响应时间)的失真。机械性的瞬态失真(唱头、音箱)通常较难对付。但 CD 解码器引起的相位/瞬态歧变,却是电子方面最令专家头痛的失真。


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Absolute Phase 绝对相位


前些时,有朋友发觉有些唱片重播效果不理想,在无计可施之余,姑且把扬声器接线全部正负对调接,竟然发觉反相驳接之后音色比原来有改进,这个现象,就是音响重播专家们近年的新话题“绝对相位”。


绝对相位的简单定义,是扬声器所播出音响之相位状态与录音时咪高峰收入音响之相位状态相同。咪高峰收入一个正相音波时,扬声器也应该播出一个正相音波。


虽然时至今日仍有电声学家坚持扩音器及扬声器的相位失真并不影响听觉,但另一派人士早就已坚持重播绝对相位的重要性。美国发烧写稿佬把绝对相位被反转了的现象称为“倒后”(Backward)。即是说,咪高峰拾得一个“向前”(Forward)的波形时,扬声器却播出一个“倒后”的波形。


绝对相位影响重播的真实感,是容易理解的。一个“倒后”体系,理论上是在重播现场音响的“倒影”。扬声器在应该作凸出活动时反为变成凹入。听得出这些分别的人更绘声绘影地描述连那倒后音波所凑合的“倒后音场”都能听得出。记忆中,最先论及绝对相位之人是 Sound Advice(执笠发烧刊物)编辑,亦即 Spectral 控音器设计人添文‧马田(D.Martin)。后来,Absolute Sound 的皮亚逊和林莉就不停地讨论它。


事实上,绝对相位的反应并非每位发烧友每套发烧机都能够听到。你只要学那位朋友一样,拣张件头较少的发烧碟(最有效的是人声钢琴伴奏,或大小提琴/钢琴,或木管乐/钢琴,用一对咪或三枝咪的立体声录音),先听一段,然后将音箱线全部反相驳再听(多路电分音玩家最简单做法是将唱头线相位掉转。MM 头不适用此法。),如果听出了分别,那是意味着体系本身的相位关系并不算太复杂。相位关系最繁复的是多路多单元电分音扬声器,同一路里的一串单元之间已出现相位参差,一串相位偏差达 ±10 度的高中音单元,不仅音色有宽阔感,而且音质有流畅感。


低音与中音或中音与高音单元之相位飘移,更动辄超过 ±100 度。因此,将唱头全部反相所做成的 ±180 度相位转移,在一柱本身已有超过 ±120 度相位飘移的扬声器上恐怕好难听得出分别。多路电分音扬声器耦合的相位问题,来自电分音器线路及单元特性的错误匹配,是多路电分音的致命缺点。我玩了二十年电分音,最后终于放弃多路体系,乖乖的玩二路,也是因为单元匹配及分音器的相位问题无法改善。环观今日扬声器分音器结构之进步,电子分音器的停滞不前实在是个倒退!


唱头极性影响音场


言归正传,如果你的体系的确分得出“向前”及“倒后”音色的分别时,你就应该注意绝对相位的重要性了。


研究绝对相位,先要考虑所采用的放音软件之相位真实性。既知多路分音多单元扬声器很难建立起明确的相位统一状态,就不难推想到多咪多频道式录音技术基本上是没有绝对相位的技术。人耳在音乐厅里欣赏音乐是可以体验到完整的相位结构,但如果你是一个长有 24 只耳朵的航天员,而你在地球的音乐厅里欣赏音乐时又可以把这24只耳朵随意分布在乐队的周围,那末,这 24 只耳朵所集合起来的情报就出现错纵复杂的相位偏差。24 只咪高峰散布在乐队周围进行录音,足以做成 200 度以上的相位偏差。录音师在将这 24 个频道的讯号混合时,又可以自由营造相位效果以臻达某种需要的立体声“分隔”感。例如,将右声道小音箱专用的频道反相混入,这小音箱就产生了超越左右扬声器距离之“极右”音源。此外,就算在聆听任何录音时将唱头反相都会听出这个分别,但颇难判断那一个“极向”才是绝对。简单说一句,在制造唱片印模的过程中,有几个步骤可能将绝对相位弄错的,而有关的技师根本就不理会这些细节。


最有趣的一点,是市上有多款“上榜”名唱头,都是特意在制作时“倒后”装嵌出厂的。据 Absolute Sound 测试报告,光悦、Accuphase AC 2 和范登豪 EMT、Shure U-500 等皆属“倒后”的唱头。光悦拥趸,大概都相信它是菅野刻意制造出来的“特性”。如果阁下是光悦头的拥有者,不妨将光悦的相位反转试试。在我的组合上,把光悦头输出端红与绿对调,白与蓝对调,效果是整个音场扯向前方。协奏曲的独奏乐器被推出在扬声器的前面,而且响度加大,而乐队的响度却相对地降低。中间声道显得更坚实,极左极右的情报量却似乎减少了。在另一位朋友家中试验,结果也是一样。有理由相信上述三种名唱头是将绝对相位反转企图获得更有“深度”的效果。假如你认为 Dynavector 音色太推前,请先勿把原因委诸红宝石杆。把相位反转,它的弦乐音色就不觉得推前了。


肯定是采用绝对相位方式臻达最佳效果的唱片,是犀飞叻“大力咳”(Sheffield Lab)。其他软件未必能确立出绝对相位的好处。可能是听音室环境未够绝对吧。


绝对相位状态,被一些发烧 CD 机制造者看中了,拿来做绰头。据说,CD 碟的绝对相位好多时都是反转者。正确的绝对相位,可以降低 CD 中、高音的不良刺耳声及获得深度更好的层次。你试过没有?


无可否认,相位失真严重影响 CD 音质。因此,多路电子分音,百鸟归巢式扩音器群,配成队兵咁多单元之扬声器的组合,唱 LP 或会好声(但定位随音压之变化而走动是可肯定),唱 CD 就没可能了。


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


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