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關於高頻響應的「謎思」

2024-01-22數碼

很久以來我們聽到過這樣一個說法:CD的規格不夠。它44.1kHz的采樣頻率根據山農的定理只能確保高頻延伸達到44.1kHz的一半,即22000赫茲。雖然這已經超出了人耳的聽域,但是,20000赫茲以上的超高頻訊號仍是對聲音有影響的。而模擬系統就能重播出更高的頻率 ……

其實這個說法是不確的。無論是黑膠還是開盤帶或家用盒式磁帶,都在20000赫茲以上沒有什麽輸出了。

關鍵是,模擬錄音時期,從話筒到母帶(開盤帶),其高頻響應其實就只能做到20000-22000赫茲。音響系統裏,高頻響應最牛逼的是放大器,其次是音箱。都能比較容易地做到20000赫茲以上。放大器搞到10萬赫茲頻寬也沒有難度。音箱很早就依靠鈹振膜等突破了三四萬赫茲。但是,錄制的話筒、記錄訊號的磁帶,都是「瓶頸」,沒法記錄下20000赫茲以上的超高頻訊號。

下圖是美國EV話筒RE20的頻響曲線。

專業話筒的高頻響應到了2萬赫茲也開始下跌

模擬開盤帶有各種轉速,轉速越快,頻響越佳,但也越費帶子。然而即便用快轉速、名牌的高級專業帶,也就能保證高頻響應平直地到20000-22000赫茲。所以事實上CD的創始者們把取樣頻率定在44100赫茲真的不是胡亂定的。

家用盒式磁帶的頻響就更弱一些。優質普通帶能到15000赫茲,優質鉻帶和金屬帶能到17000赫茲。

家用盒式磁帶裏的高檔金屬帶

其實,專業開盤帶在經過拷貝、編輯混音後,指標也會劣化一些,最後到了做成黑膠的成品時,高頻已到不了20000赫茲。不過基本能有效延伸到15000赫茲,這個是模擬時代的「底線」。

由於有這個底線,所以在模擬音訊時期,國際電工委員會(IEC)編定過一個High Fidelity的標準。在這個標準裏,頻響的要求就是15000赫茲。

從實際的聽感來說,當一套系統的高頻響應能平直回放到15000赫茲,就會覺得音質很好了。足夠Hi-Fi了。CD的標準其實是很高的,完全滿足甚至超越了模擬時代「高保真」的要求。

大多數成年人的聽覺上限其實是不到20000赫茲的,能有個17000-18000已經屬於很棒的了。中年人則幾乎都跌落到14000-15000赫茲甚至更差。再高的頻率訊號,聽不到了。耳蝸裏能感知極高頻訊號的纖毛,都掉了。這個過程不可逆轉。

所以模擬音訊的鼓吹者(「鼓吹」不是貶義詞哦)其實不用貶低CD的44.1kHz取樣頻率,也不用去誇大黑膠和磁帶的高頻特性。前者並不差,已經是模擬時代開盤帶的能力上限,後者,實際地說,沒有記錄下什麽超高頻訊號。市面上絕大多數的黑膠唱片、磁帶成品,也就記錄到15000-16000赫茲。少數「發燒級」的模擬音樂出版物,如45轉LP、金屬帶,能接近20000赫茲。

不過有意思的是,人隨著年齡增長,對高頻訊號的感知力越來越弱,但是隨著經驗積累,對聲音的整體「鑒賞力」和「判斷力」是在加深的。小朋友能聽到20000赫茲,但沒有卵用,他們對聲音沒有什麽「鑒賞力」,說不出好壞。

有一點是不少發燒友都已經知道的——數碼音訊不斷提高取樣頻率,其實主要目的並不是推高能夠重播的高頻上限,而是因為取樣頻率推高之後,低通濾波更容易做得接近理想,而且高頻的aliasing失真會被遠遠推到人耳聽域之外,對聲音的整體還原度有好處。如果只是單純把系統的高頻上限從20000赫茲提高到3萬、4萬,沒有什麽實際意義。而且,寬頻的系統其實更難做好,寬頻會引入更多的雜訊和失真。很多人反而會覺得一個窄頻(但足夠)的系統更容易「好聽」。

關鍵的一點是,很多人覺得「好聽」的開盤帶系統、黑膠系統,其有效頻寬「不超寬但足夠」。而頻響超寬的數碼音訊系統,反而不容易好聽。很多人會覺得頻寬拉到很寬之後,聲音似乎被拉得稀薄了。沒有模擬磁帶和黑膠的那種「濃密感」。

很多發燒友覺得好聽的開盤帶

最後,我要說的是什麽呢?放大器和音箱在不斷拓寬頻響,那個是為了有效頻帶內重播更準確(1-2萬的可聞頻帶播放更理想);數碼音訊系統不斷提高取樣頻率,那是主要不是為了能夠記錄和播放出耳朵聽不到的超高頻訊號,而是因為更高的取樣頻率對可聞音域的回放有好處(失真更低)。

究竟頻寬是否越寬越好呢?可能也不是,可能有個Sweet Spot。頻寬超寬會引入新的問題。對音響來說,一個永遠應牢記的準則是——它是服務於人耳的。

對於音樂和耳朵而言,高頻能有效、準確地播放到近20000赫茲完全足夠了。開盤帶和黑膠的好聽就是這樣。

(完)