由樂理音程觀念分析音響偶次、奇次諧波失真的聽感關聯

LAXICON

  在音響圈,常言道「偶次諧波失真對於聽感是正面的,奇次諧波失真是負面的」,或說「真空管機以偶次失真為主,聲音會比以奇次失真為主的晶體機好聽」。類 似說法,在我聽來都是似是而非,不完全對,也不完全錯。別的不說,光是「晶體機是奇次失真為主」此論述本身就存在謬論,我大可拿出10部晶體機的 Audio Precision測試圖證明晶體機也可以作到以偶次諧波失真為主,一切端看設計師如何設計。反之,管機亦然,並非管機的電路失真特性就一定是以偶次諧波 為主。

  暫且不提管機、晶體機的電路失真特性有何殊異,將焦點放在諧波失真本身-「偶次諧波失真是好的,奇次諧波失真是壞的」,此論述到底對不對?為什麼?我曾讀過許多種說法,但是,根 據我將全台灣過去40年曾經出現過的音響雜誌全數讀完的印象,從來沒有人將音響諧波(失真)與樂理音程、和弦、泛音序列作對應討論過,因此,我試著以樂理 方式來申論此一命題,若各位學過樂器,學過樂理,肯定能理解我的論述脈絡,若沒有學過樂理,沒關係,以下所談的都是基本樂理,不難理解。

ONIC

  首先,得先定義接下來所談到的「泛音」暫且排除無偶次諧音的單簧管類樂器,並以樂器之王「鋼琴」作為參考樂器,以標準中央A440Hz為參考基音。

  彈一聲中央A(440Hz),第一個八度自然泛音應為880Hz,第二個八度自然泛音為1760Hz,第三個八度自然泛音為3520Hz,往後以此類推,逐次向上延伸。

  若將上述自然泛音關係換成音響圈所用的諧波觀念來看,第一個八度自然泛音就是二次諧波(440Hz x 2),第二個八度自然泛音就是四次諧波(440Hz x 4),第三個八度自然泛音就是八次諧波(440Hz x 8),往後以此類推。

  各位要知道個樂器的獨特「音色」是「基音」與其「泛音」間的能量比例關係再加上波形相位差等因素交叉影響而成。

  各位也要曉得音響設計是不可能無失真,不可能無失真,不可能無失真-因為很重要,所以我講三次不可能無失真,就算是Audio Precision界定「近乎」無失真的標準是殘餘雜訊只有在「-140dB~-130dB」訊號值範圍間出現,但,如此微弱的失真還是失真,不會是嚴格 哲學定義下的「空無」,更不會是數學定義的「零」。所以,若失真是音響設計揮之不去的必然之惡,如何控制失真就是各家音響設計師展現聲音美學的必要手段。 不知如何控制失真,就無法隨心所欲地創造聲音美感,更不可能塑造出辨識度高的品牌之聲。

  倘若失真是難以避免,音響設計師應該思考的就 是如何將失真成為創造聲音美感的工具?如果設計師所追求的聲音是和諧的美感,那麼盡可能控制失真在2、4、8諧波失真是最理想的,或至少要讓2、4、8諧 波失真大於3、5次諧波失真。換成頻率來看,也就是當輸入鋼琴中央A(440Hz)訊號,將失真控制在880Hz、1760Hz、3520Hz是最好的, 因為基音(主音)與各諧音都是八度音關係,聲音聽來會格外有厚度,富肉感,音色也更為溫潤。就音樂聆聽的實用性來說,音響若能將其諧波失真控制在只有2、 4、8次諧波失真時,就算播放再乾澀的錄音唱片,聽起來也會更富水分,更富生機。

LEAD AUDIO

  曾聽聞有音響設計師不認同音響設計一定要控制失真在偶次的說法,如果不想要在偶次,想將諧波失真控制在奇次,未嘗不可,但只能留住3次與5次諧波失真,7次、9次最好不要出現,若要有,則得適可而止。至於大於10次以上所謂「高次段」的奇次,絕對不能出現,為什麼?

  依舊以鋼琴中央A(440Hz)舉例,其3次諧波為1320Hz,對應音高為E;5次諧波為2200Hz,對應音高為Db(C#);7次諧波為 3080Hz,對應音高「接近」G-為什麼是接近?因為12平均律在越高頻段,誤差越大,所以3080Hz聽起來也會接近F#(A的大六度音)的錯覺。再 算到9次諧波為3960Hz,音高為B;11次諧波為4840Hz,音高「接近」D#(Eb),也會有D的錯覺;13次諧波為5720Hz,音高「接近」 F。

  若不考慮十二平均律在越高頻段的音高誤差,將以上中央A440Hz的奇次諧波頻率對應的音高重新整理排列會得到:A、E、 Db(C#)、G、B、D#(Eb)、F,換成樂理音程關係來看就是基音(A)、純五度(E)、大三度(DB)、小七度(G)、大二度(B)、增四度 (D#)、小六度(F)。

  基礎樂理告訴我們,基音加純五度加大三度的音程組合會得到大三和弦,屬於聽安定和諧的大和弦,換言之,基音 訊號加上三次諧波失真加上五次諧波失真是安定、和諧且能讓「原音」增加更多和聲色彩的諧波失真排列組合。不過,五次諧波失真絕對不能高過三次諧波失真,更 不可以高過基音,為什麼?除了人耳對於越高頻的失真越敏感外,基礎樂理也告訴我們,大三度音(五次諧波)屬於不完全和諧的音程,也就是與基音一起彈奏,能 明顯聽出是兩個音,雖不至於造成完全扭捏、突兀的不和諧感,但若大三度音音量大過基音,就會造成和音壓過主音,主音模糊,質感混濁等負面印象。

  以上就是我所謂如果要留下奇次諧波失真,只能留三次諧波、五次諧波,且五次諧波不得大過三次諧波的原因。

NSD DAC

  又為什麼「最好不要有」七次、九次諧波?前面提到,七次諧波就是基音的小七度音,九次諧波為大二度音,基礎樂理告訴我們,小七度與大二度都屬於不和諧音 程,也就是當與基音或大三和弦一起彈奏成時,不管小七度與大二度音彈多大聲,多小聲,都會被明顯被聽見且感覺不平衡,不安定,不和諧。如此特性,對於音樂 創作者,用上小七度、大七度與大二度、小二度,強調屬音,音樂表情會格外亢奮賁張,便很適合表現搖滾樂、爵士樂,但在古典樂就不常見了。若是用在電路設計 的諧波失真控制上,一但出現七次、九次諧波失真,聽感上就會刺激、鼓譟,除非府上喇叭高音是軟到不能在軟,暗到不能在暗的軟膜單體,否則,擴大機、訊源的 電路設計都不該出現七次、九次諧波失真。如果控制不了或者是刻意要保留,那也只能作為調「脆度」、拉「輪廓線條」用,而且不能多,絕對不能多。

  再說到十次以上諧波失真通常都歸在高次諧波失真,通常我們認為十次以上不分偶次、奇次諧波失真都不該出現,因為頻率實在太高,人耳很容易就聽出來,進而 感覺吵雜、刺耳。不過,若您是設計電吉他,電貝斯的破音、OverDrive校果器,想要聽Tone起來夠兇,夠狠,十一次諧波失真會得到基音的增四度 音,也就是魔鬼三全音,這個諧波失真點一定要好好利用。另外,十三次諧波失真屬於不完全和諧音程的小六度音,其實只要「失真量」控制妥當,是會讓整體音色 聽來有股難以言喻的高貴飄逸感。舉例來說,Bumester、Jadis就很常玩這個諧波失真點,所以這兩個品牌的高音音色聽來都特別高貴。

  行文至此,作個虎頭蛇尾的結論-我從來不反對音響電路設計出現失真,因為失真再怎麼低,也不可能是無失真,而近乎無失真的音響聽來經常是「水至清則無 魚」。因此,我看待任何音響,觀察重點始終放在該品牌或該設計師是否有能力控制各種失真,進而把玩失真,利用失真來調配出品牌專屬的聲音美學。如果某品牌 10年之內所發表的10部機種,失真特性關係都一樣,聲音美感聽來也都如出一轍,我就會認為這樣的聲音就是該設計師的美學,就算我不喜歡,也會尊重。反 之,如果某品牌10年之內推出的10部機種,失真特性關係都不一樣,聲音聽來也都不同調性,我就會認為該設計師心中根本沒有以一貫之的聲音美學,甚至,完 全沒有能力控制失真。

YBA

  這是調音派代表品牌之一YBA WD202的總諧波失真測試圖,測試條件是輸入-3dB的400Hz訊號。如果該機真能「原音重現」、「沒有失真」、「零失真」,測試結果應該只會有輸出 一根座標 -3dB的400Hz訊號。結果,一根弦的單音(400Hz)卻輸出了一組交響樂團。所幸,YBA作為調音派代表,深知所有偶次與奇次諧波都應該符合泛音 序列原則,也就是彼此都要呈現八度音泛音序列結構,且各組泛音隨著頻率漸高,音量要漸次下降。其次,絕對不能有電源失真(60Hz與其諧波),否 則,60Hz電源諧波訊號會與原音樂訊號產生調變,調變出來的訊號所對應的音高,按樂理來看,全都會落在不和諧音程與和弦內,聽感上,就會不自然,不耐 聽,不和諧。

  若就聲音純度,剔透感論,這部YBA WD202絕對是不及格的,但是,因為他能替原生訊號額外增加大量八度和音,大量泛音,大量和聲,聽起來就會更厚,更潤,更富能量感,只是音質不會是乾淨 剔透純潔無瑕的類型。再加上奇奇次諧波大於偶次諧波,音調必然是偏硬。高次諧波高成那樣,音色絕對是偏亮,而且容易刺耳,尤其是用金屬高音單體聆聽。

QUAD

  對照組QUAD ELITE CD,電源底躁乾乾淨淨,背景當然也就寧靜致遠。失真諧波結構幾乎沒有偶次諧波,但是奇次也只有三次、五次與七次諧波,而無高次諧波,就樂理看,等於是給你Power Chord或七和弦的興奮感,爽朗感,聽起爵士、搖滾,肯定入味。

附註:計算泛音的實用網站:http://www.sengpielaudio.com/calculator-harmonics.htm

About Tzara Lin

查拉(Tzara),重度影癡,超自由影評人、半調子偽樂評、高傳真視聽雜誌前主編、假文藝青年俱樂部主唱,業餘PA音控、舞監...興趣多元,身分多重。現於翻面映畫任職,餬口飯吃。

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