關於聲道分離度,你需要知道的

2021-02-13 理性派HiFi

本文講的主要是功放和耳放的聲道分離度。

首先先簡短介紹一下什麼是聲道分離度。放大器的聲道分離度通常是描繪當一個聲道輸出信號時,另外的聲道輸出多少殘餘信號。例如,測試時當音源只播放左聲道時,放大器左聲道會輸出信號,但是右聲道也會有殘餘信號輸出。此時,右聲道輸出的殘餘信號越大,則這個放大器的聲道分離度越低。當然,聲道分離度本身也有多種測試方法,這裡舉得只是一個典型例子。

而關於聲道分離度你需要知道的最主要的問題有兩點。

1. 關於人類聽覺極限

音箱功放的聲道分離度低時,左右聲道會有一定的串擾,可能導致立體聲效果受到影響。但是,一旦聲道分離度高於一定的值時,人耳就很難察覺甚至已經無法察覺。而對於目前的放大器製作,通常,合格的聲道分離度其實實現起來並不是什麼難事。一般在做功放或者一些主從式的有源音箱時都會對聲道分離度有定義。總之,以目前的行業水平,很多情況下聲道分離度屬於感知不強甚至無法感知的範疇。我過去的測評中很少去測試,原因之一在於我時間有限,優先測試重要參數,對於感知不強或者無法感知的數據測試通常沒有時間精力去測試。(懶)

當然,關於聲道分離度的一些作用我其實在一年多之前的文章中也有所提及。

2. 對於耳放或者說耳機系統而言聲道分離度很微妙

如果從一開始就看我文章的朋友,或者對聲音的重現、音箱與耳機回放聲音的區別有較為深入理解的人應該明白。為了更深入的了解這個問題本身,我在此還是簡單再重複一遍。我們常說的聲場的寬度和人聲/樂器聲像的寬度在心理聲學中通常統稱為感知聲源寬度(ASW)。對於聲場的寬度,可以用直線a與直線b所成角度θ來表示。這本來是一個衡量音樂廳好壞的重要指標,最早被Floyd Toole博士引入家用HiFi領域。Floyd Toole博士和Sean Olive博士通過數十年的研究發現ASW與IACC(雙耳聽覺互相關函數)和LF(早期側向聲能比)有關。通常播放一首音樂來說IACC越小,θ越大,我們聽到的聲音越寬。LF越大,ASW也越寬。

上圖是一個典型的錄音室,錄音室在這裡完成錄音和混音的工作。在這裡我先以左聲道為例。為了簡化問題,在這裡我們只討論直達聲所引起的IACC區別。那麼錄音師在錄音室,我們可以把左聲道的監聽音箱抽象為下圖。我們不難發現,左聲道的音箱所發出的聲音不只傳輸到人的左耳,也會傳輸到右耳。因此左聲道的音樂,傳播到我們人耳時,左右耳具有一定的相似度,即相關係數較強,IACC較大,ASW較小。所以當我們用音箱聽歌時,也會有相似的聲場寬度,即我們聽到聲場的寬度,也就是最左側樂器與最右側樂器之間的夾角θ與錄音師想要表達的音樂比較接近。而當我們使用耳機聽歌時,左聲道發出的聲音指揮傳達到左耳,不會傳達到右耳,使得雙耳能量相似度較低,雙耳聽到的聲音相關係數較低,即IACC較低,ASW較高,θ角遠大於實際值,聲場過寬。

如何評價一套HiFi系統,如何進行主觀評價?

什麼是聲場?如何評價?聲場由什麼決定?

耳機和音箱有什麼區別?哪一種更好?

其實不難發現,耳機還原聲場的缺陷之一就在於沒有crosstalk。那麼從某種角度上講,反而是耳機系統擁有一定的crosstalk更有利於聲場的還原。

而事實上,很多耳機虛擬聲場算法都會有一定的左右聲道混音算法。把一個聲道的聲音經過一定的處理之後混入另一個聲道,提升耳機的聲源定位和聲場表現。

並且,我在一年多一年的飛利浦9500的調音指南中也簡要的說明並搭建了類似算法的基礎混音邏輯並且簡單的調試了一下。

因為飛利浦這個耳機的整體音質還可以,所以打算進一步發揮它的潛能——讓這個耳機也有個還說得過去的聲場表現。

此處我用到的是大名鼎鼎的AudioMulch,因為蘋果的音頻管理更省心一些,所以此處用MacBook Pro 15寸2018版做演示。

AudioMulch是一套交互的聲音合成與音效處理軟體,可以用來當作音效處理或當作一套完整的音樂編輯與執行系統。AudioMulch內含了許多的聲音合成及處理模組,也可以當作VST插件的主機。並且適用於MacOS系統的軟體。(Windows也是可以用的,只是和macOS的相比略有差別)早在之前就曾經講過耳機的聲場相對於音箱而言存在三個先天缺陷:

耳機沒有串擾(Crosstalk)

耳機沒有反射聲

耳機的入射角度與音箱不同

其中,第三個問題可以通過頻響曲線在一定程度上解決。但是前兩個問題,在錄音文件也就是音源不是人頭錄音的情況下,基本只能靠算法來解決。這裡試聽曲目首先選擇王靖雯的《天空》;中的影子,因為這首歌的image(聲像)和聲源定位比較明顯,比較適合聽聲場和聲像。關於crosstalk的調節。由於比較複雜的、集成度較高的VST插件往往是各個公司的專有模塊,所以這裡我只採用最基本的VST插件,一來是不會產生侵權問題,二來是基本的插件都是隨應用自帶的,如果你真的有時間精力折騰Audiomulch不需要再在網上絞盡腦汁去找各種特殊的插件。不過,我還是覺得macOS版Audiomulch自帶的一些audiounit插件比較好用。。。怎麼說呢,這個軟體還是更適合蘋果電腦。Crosstalk本身可以看作把左聲道的音源經過一定的延時和衰減處理,再加一個濾波器通過mixer作用到右聲道。這個延時量,也就是單獨聲道到達人左右耳的時間差與音箱距離人的距離和入射角度有關,通常如果音箱距離人耳大約2.5m並以30度入射時,這個時間差大概在0.25ms。不過,值得注意的是,有的延時模塊不是以毫秒為單位,而是採樣點數。而衰減的強度和濾波函數則與人頭的外形有關,因人而異。如上圖所示,為了簡化問題,我們只需要保留最重要的兩個早起反射聲即可,也就是每個聲道分別從前方入射我們左右耳的一階反射聲。但是上圖中的數據並不絕對。這些數值作用在耳機上時需要再針對耳機重新調節。而每個反射聲的濾波函數依舊因人而異。最後就是關於混響時間,由於一般的聽音房間都屬於「小房間」的範疇,並且帶有吸聲材料,所以混響時間較短;之前所加的早期反射聲已經有足夠的延時和能量,我在加混響模塊後總覺得聽起來有些拖泥帶水,所以我個人沒有加混響模塊。以上就是一個簡單的耳機模擬音箱系統的調音過程,經過這樣的調音之後聲場會變得合理很多,人聲的聲像也變得更窄更真實,但由於算法比較簡單,依舊有一定的頭中效應。當然,現在有很多更複雜的算法可以達到更好的效果,但就像我這段調音指南開頭所講的,這些算法往往都是各大公司的專利,一般玩家很難獲得。總的來說飛利浦9500這款耳機在這個價位還是非常不錯的,整體沒有太大缺點,可玩性也比較高。

飛利浦S9500詳細調音指南

。。。

當然,這裡並不是說耳放的聲道分離度越低反而越好,具體要理解這個問題,還是要搞清楚耳機回放時如何模擬音箱或者真實聲源的回放的基礎原理以及如何主觀評價聲場等基礎問題。

最後,防止還是想不明白這個簡單問題的一些人抬槓。

這是Crosstalk。

在音樂製作時,混音師用監聽音箱混響時,Crosstalk和Mix Logic是同時存在的。

所以在Mix Logic保存的音樂,必須要對應的Crosstalk才能做到完美還原。在音樂製作時,混音師用監聽音箱混響時,Crosstalk和Mix Logic是同時存在的,所以在Mix Logic保存的音樂,必須要對應的Crosstalk才能做到完美還原。簡而言之,音箱或真實樂器的Crosstalk受到HRTF和房間同時作用。這也是絕大多數耳機虛擬環繞算法一直效果不太行的原因。

寫在最後。

其實關於聲道分離度或者聲場(空間印象)的一些問題。我個人認為除了沒有深入了解一些基本的聲學和心理聲學相關知識以外。根源還是在於不論是一些消費者還是一些所謂的專業從業者,大多數人只聽過聲音而沒有聽過音樂。

影音設備的物理限制

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